第八章 用户界面（一）

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第八章 用户界面（一）

在这一章，我们将学习程序员最重要的任务之一：把像素放到屏幕上艺术。在 F# 中，所要做的就是调用库和 API，在这方面有很多选择，因为有了 .NET 平台，就更加多样。第一个选择是要确定是想创建桌面应用程序，它运行在本地，用一系列窗口和控件把信息显示给用户；还是想创建网站应用程序，应用程序的界面用 HTML 定义，然后，通过浏览器渲染。

用 .NET 创建桌面应用程序，可以有四种选择：WinForms、Windows Presentation Foundation (WPF，[ 原文这里有笔误 ])、GTK# 和 DirectX。在这一章，我们将学习 WinForms、WPF 和GTK#，但不包括 DirectX。WinForms、WPF 和GTK# 对窗口和控件有基本相同的隐喻（metaphors）[ 不懂说的是什么 ]。WinForms 最古老也最简单，我们已经遇到过几个WinForms 的示例了；WPF 是一个新的库，比WinForms 稍微复杂一些，但是，也更一致，提供了更多的功能，包括令人印象深刻的3D 图形；GTK# 提供了比其他两个库更好的平台。因为有了 Mono，现在WinForms 可以运行在所有平台上，Mono 团队建议 GTK# 运行在非 Windows 平台。DirectX 的目标是想得到更快 3D 图形的游戏制造商；WPF [ 同误 ] 提供了更简单的产生 3D 图形的方法，因此，本书不讨论DirectX。

要创建网站应用程序，可以使用 ASP.NET 框架，它提供了简单的方法创建基于服务器的、动态 HTML 的应用程序。ASP.NET 提供了灵活的方式产生 HTML，以响应来自浏览器的 HTML 请求。近年来，网站应用程序已经有了极大地进步，因此，ASP.NET 平台的进步也毫不为奇。ASP.NET 中增加了ASP.NET AJAX、ASP.NET MVC 和 Silverlight，作为竞争对手的平台Mono Rail，也有了很大的进步。然而，本书并不讨论这些事情，因为我们的目标只是为了展示用 F# 生成 HTML 的基础知识。

本章将要学习的每个主题，已经写在全书中了，因此，这里只关注一些基本知识。无论选择哪种技术创建用户界面，都需要在之前花点时间学习如何使用库。

介绍WinForm

WinForms 是包含在 System.Drawing.dll和 System.Forms.Windows.dll 的类，编译所有的 WinForms 都需要添加对它们的引用。这个库是基于 System.Windows.Forms.Form 类的，它代表显示给用户的窗口。当创建这个类的实例时，本质上就可创建了一个新的窗口。然后，必须创建一个事件循环（event loop），它可以保证用户响应与窗口的交互；通过调用 System.Windows.Application.Run 方法，并把创建的窗体对象传递进去即可完成。通过设置属性、调用方法，可以控制窗体的外观。看下面的例子：

open System.Drawing

openSystem.Windows.Forms

//create a new form

let form = new Form(BackColor = Color.Purple, Text = "IntroducingWinForms")

//show the form

Application.Run(form)

[

1、需要引用 System.Drawing，System.Windows.Forms；

2、交互运行用 form.Show()

以下同

]

这个例子不能运行在 F# 的交互模式 fsi 下，是因为不能从 fsi 启动事件循环。为了能在 fsi 下运行，有一个简单的方法，调用窗体的 Show 方法，或设置窗体的 Visible 为 true。看下面的代码：

open System.Drawing

open System.Windows.Forms

let form = newForm(BackColor=Color.Purple,Text="IntroducingWinForms",Visible=true);;

不论哪种方法，都可以动态地和窗体进行交互。例如：

> form.Text <- "Dynamic!!!";;

使用 WinForms，有两种可选的方案：自己画窗体，或者使用控件构建。下面我们首先看一下如何自己画窗体，然后再尝试用控件。

画 WinForm

自己画窗体，就要负责把像素表示到屏幕上。这种低级方法对许多 F# 用户仍有吸引力，因为他们相信许多 WinForms 库中控件不可能非常适合显示一些数据结构，或函数和算法的结果。然而，要注意这种方法会耗费大量时间，通常更多地花在寻找抽象表现逻辑的图形库上。

为了画 WinForm，需要将事件处理程序附加到窗体或控件的 Paint 事件上。就是说，每次 Windows 请求绘制窗体时，函数都会调用。传递到此函数的事件参数有一个属性 Graphics，它包含一个类的实例，也叫 Graphics，这个类的方法（如 DrawLine）可以在窗体上绘制像素。下面的例子显示一个简单的窗体，在上面画了一个饼：

let form =

  // create a new form setting the minimum size

  let temp = new Form(MinimumSize = new Size(96, 96))

  // repaint the form when it is resize

  temp.Resize.Add (fun _ -> temp.Invalidate())

  // a brush to provide the shapes color

  let brush = new SolidBrush(Color.Red)

  temp.Paint.Add (fun e ->

    // calculate the width and height of the shape

    let width, height = temp.Width - 64, temp.Height - 64

    // draw the required shape

    e.Graphics.FillPie (brush, 32, 16, width,height, 0, 290))

    // return the form to the top level

  temp

Application.Run(form)

// form.Show()

可以在图 8-1 中看到这个窗体，即代码的运行结果。

图 8-1. 包含饼图的 WinForm

这个图像的大小和窗体相关，因此，无论什么时候改变窗体大小时，必须告诉窗体必须重画自己，这是通过把事件处理函数附加到 Resize 事件实现的。在这个函数中，调用窗体的 Invalidate 方法，告诉窗体需要重画自己。

现在，我们再看一个更完整的例子。假设我们想创建一个窗体，显示 Tree 类型，在下面的代码中定义，显示结果如图 8－2。

//The tree type

type ‘a Tree =

|Node of ‘a Tree * ‘a Tree

|Leaf of ‘a

//The definition of the tree

let tree =

  Node(

    Node(

      Leaf "one",

      Node(Leaf "two", Leaf"three")),

    Node(

      Node(Leaf "four", Leaf"five"),

      Leaf "six"))

图 8-2. 显示树型结构的 WinForm

可以用清单8-1 的代码画出这个树。

清单 8-1 画树

open System

open System.Drawing

openSystem.Windows.Forms

//The tree type

type ‘a Tree =

|Node of ‘a Tree * ‘a Tree

|Leaf of ‘a

//The definition of the tee

let tree =

  Node(

    Node(

      Leaf "one",

      Node(Leaf "two", Leaf"three")),

    Node(

      Node(Leaf "four", Leaf"five"),

      Leaf "six"))

// Afunction for finding the maximum depth of a tree

let getDepth t =

  let rec getDepthInner t d =

    match t with

    | Node (l, r) ->

      max

        (getDepthInner l d + 1.0F)

        (getDepthInner r d + 1.0F)

    | Leaf x -> d

  getDepthInner t 0.0F

//Constants required for drawing the form

let brush = new SolidBrush(Color.Black)

let pen = new Pen(Color.Black)

let font = new Font(FontFamily.GenericSerif, 8.0F)

// auseful function for calculating the maximum number

//of nodes at any given depth

let raise2ToPower (x : float32) =

  Convert.ToSingle(Math.Pow(2.0,Convert.ToDouble(x)))

let drawTree (g : Graphics) t =

  // constants that relate to the size and position

  // of the tree

  let center = g.ClipBounds.Width / 2.0F

  let maxWidth = 32.0F * raise2ToPower (getDepth t)

  // function for drawing a leaf node

  let drawLeaf (x : float32) (y : float32) v =

    let value = sprintf "%A" v

    let l = g.MeasureString(value, font)

    g.DrawString(value, font, brush, x -(l.Width / 2.0F), y)

  // draw a connector between the nodes when necessary

  let connectNodes (x : float32) y p =

    match p with

    | Some(px, py) -> g.DrawLine(pen, px,py, x, y)

    | None -> ()

  // the main function to walk the tree structure drawingthe

  // nodes as we go

  let rec drawTreeInner t d w p =

    let x = center - (maxWidth * w)

    let y = d * 32.0F

    connectNodes x y p

    match t with

    | Node (l, r) ->

      g.FillPie(brush, x - 3.0F, y - 3.0F, 7.0F,7.0F, 0.0F, 360.0F)

      let d = (d + 1.0F)

      drawTreeInner l d (w + (1.0F / d))(Some(x, y))

      drawTreeInner r d (w - (1.0F / d))(Some(x, y))

    | Leaf v -> drawLeaf x y v

  drawTreeInner t 0.0F 0.0F None

//create the form object

let form =

  let temp = new Form(WindowState = FormWindowState.Maximized)

  temp.Resize.Add(fun _ -> temp.Invalidate())

  temp.Paint.Add

    (fun e ->

      e.Graphics.Clip <-

        new Region(new Rectangle(0, 0, temp.Width,temp.Height))

      drawTree e.Graphics tree)

  temp

form.Show()

//Application.Run(form)

注意如何定义函数 drawTree，它有两个参数：Graphics 对象和需要画的树：

let drawTree (g : Graphics) t =

这是画 WinForm 的通常模式，创建一个函数，参数为 Graphics 对象和需要画的数据类型，这样，函数可以很容易被其他窗体和控件重用。

为了实现 drawTree，首先计算出这个函数的两个常量center 和 maxWidth。不能在函数 drawTree 的外边看到这些常量，这样在函数 drawTree 的内部使用，而不必须作为参数来传递：

// constants that relate to the size andposition

// of the tree

let center = g.ClipBounds.Width / 2.0F

let maxWidth = 32.0F * raise2ToPower(getDepth t)

实现函数的其余部分，是通过把任务分解成许多内部函数。定义 drawLeaf 去画叶结点：

// function for drawing a leaf node

let drawLeaf (x : float32) (y : float32) v=

  letvalue = any_to_string v

  letl = g.MeasureString(value, font)

  g.DrawString(value,font, brush, x - (l.Width / 2.0F), y)

用 connectNodes 在适当的地方画结点之间的连接线：

// draw a connector between the nodes whennecessary

let connectNodes (x : float32) y p =

  matchp with

  |Some(px, py) -> g.DrawLine(pen, px, py, x, y)

  |None -> ()

最后，定义一个递归函数 drawTreeInner，实际完成遍历这个 Tree 类型，并画出来：

// the main function to walk the treestructure drawing the

// nodes as we go

let rec drawTreeInner t d w p =

  letx = center - (maxWidth * w)

  lety = d * 32.0F

  connectNodesx y p

  matcht with

  |Node (l, r) ->

    g.FillPie(brush,x - 3.0F, y - 3.0F, 7.0F, 7.0F, 0.0F, 360.0F)

    letd = (d + 1.0F)

    drawTreeInnerl d (w + (1.0F / d)) (Some(x, y))

    drawTreeInnerr d (w - (1.0F / d)) (Some(x, y))

  |Leaf v -> drawLeaf x y v

该函数使用参数保存递归调用期间的值，可以知道，因为这是内部函数，不会被外边程序初始化成不正确的值而滥用，在外边根本看不到它。隐藏参数保存递归调用期间的临时值，是函数编程的另一个常用模式。

在某种程度上，这个画树的函数还是令人满意的，仅用了简短的 86 行 F# 代码，就提供了树不错的层次视图。然而，这种方法只能用于小规模的图形。当画更为复杂的图形时，代码数就会迅速膨胀，规则出所有的几何图形是非常耗时的。为了有效地控制复杂性，F# 可以使用控件，我们在下一章讨论。

为了更好地在 WinForm 上画图，应该了解 System.Drawing.dll 中的 System.Drawing 命名空间。还应该注意两个方面，第一，需要学习如何使用 Graphics 对象，特别是重载前缀为 Draw 或 Fill 的方法。表 8-1 中汇总了Graphics 对象的方法。

表 8-1 System.Drawing.Graphics 对象中的重要方法

第二个需要关注的部分是与 System.Drawing.Graphics 对象密切相关的 System.Drawing的命名空间，需要学习如何使用Graphics 对象的方法创建 Icon、Image、Pen 和 Brush 对象。表 8-2 展示了如何通过各自的构造函数创建这些对象。

表 8-2 使用System.Drawing.Graphics 对象创建对象

如果你喜欢使用标准对象，可以使用 System.Drawing 命名空间中的几个类，它预定义了一些对象，包括：Brushes、Pens、SystemBrushes、SystemColors、SystemFonts、SystemIcons、SystemPens。下面简单例子就说明了如何使用这些预定义的对象：

open System.Drawing

let myPen = Pens.Aquamarine

let myFont = SystemFonts.DefaultFont

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