WPF學習筆記二 依賴屬性實現原理及效能分析
在這裡討論依賴屬性實現原理，目的只是學習WPF是怎麼設計依賴屬性的，同時更好的使用依賴屬性。
首先我們來思考一個簡單的問題：我們希望能驗證屬性的值是否有效，屬性變更時進行自己的處理。回顧一下.net的處理方式
Public Class MyClass{
private int index;
Public int Index{
get{
return index;
}
set{
if(屬性變更時){
//有效性檢查
//處理或激發事件通知外部處理
}
}
}
}現在，我們希望設計一套屬性系統，能驗證屬性的值是否有效，屬性變更時能進行處理（WPF屬性系統肯定不是為這個設計的，但它支援這種功能）。我希望讀者在這裡思考一下，你會怎麼做，最後看WPF怎麼做。
我先提出第一種設計：設計一個基類，用來實現以上需求。當你定義一個屬性，希望該屬效能驗證屬性的值是否有效，屬性變更時能進行處理時，讓該屬性從這個基類繼承，就可以達到目的了。基類定義如下：
Public Class PropertyBase {
protected bool virtual IsValidValue(object value){
return true;
}
protected void virtualValueChangedHandler(Object sender, PropertyChangedEventArgs e){
}
}
但顯然，WPF不會這麼做。倒不是這種方法實現不了WPF屬性系統的功能，而是這樣做對WPF開發者來說真的是災難。想想如果你定義一個簡單的double型的依賴屬性FontSize，卻要去寫一個類。從系統性能，記憶體亂費來說也是不能接受的。既然不能採用這種繼承方式，那就定義一個類，所有依賴屬性均宣告為這個類的物件，讓這個類來完成以上功能。WPF中這個類的名字叫DependencyProperty，依賴屬性的宣告如下：
public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
我們知道.net屬性一般有訪問器，WPF也不例外，上面程式碼完善一下：
public class Control {
public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
publicdouble FontSize{
get{...};
set{...};
}
}
從內部來說，FontSizeProperty才是真正的依賴屬性，FontSize只是外部訪問FontSizeProperty的介面。很顯然，上面的get/set必須和FontSizeProperty關聯，所以WPF加入了一對訪問函式SetValue/GetValue.至於怎麼關聯，那是SetValue/GetValue的實現問題。由於每一個依賴屬性的訪問要通過SetValue/GetValue，因此WPF定義了一個DependencyObject，來實現SetValue/GetValue，進一步完善以上程式碼：
public class Control :DependencyObject{
public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
public double FontSize{
get {
return (double)GetValue(FontSizeProperty);
}
set {
SetValue(FontSizeProperty, value);
}
}
}
還有一個問題，FontSizeProperty為什麼定義為publicstatic readonly ？
定義為public是有原因的，WPF有一種特殊屬性，叫附加屬性，需要直接訪問FontSizeProperty的方法才能實現，所以FontSizeProperty是public的。至於static，和依賴屬性的實現有關，也就是說，一個類，不管同一個依賴屬性有多少個例項，均對應同一個DependencyProperty 。比如你建立100個Control ，每個Control 都有一個FontSize屬性，但這100個FontSize均對應同一個FontSizeProperty例項。
接下來想知道的是：DependencyProperty怎麼實現？
我們知道一個依賴屬性可以是簡單型別(如bool,int),也可以是複雜型別（如List,自定義型別），大家一定想到了一個東西，那就是泛型別技術，.net中就大量使用了泛型別技術，我們使用泛型別來定義依賴屬性：
public class DependencyProperty<T> {
}
但事實上WPF的DependencyProperty不是泛型別！為什麼？
原因很簡單，WPF屬性系統想知道的不僅僅依賴屬性的型別，還有依賴屬性名，所有者的型別，元資料，回撥代理等，泛型別並不能解決這些問題，所以WPF使用了一個Register()函式，由該函式將所有資訊提供給WPF屬性系統。就這樣，我們完成了定義一個依賴屬性的完整定義。
public class Control :DependencyObject{
public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
public double FontSize{
get {
return (double)GetValue(FontSizeProperty);
}
set {
SetValue(FontSizeProperty, value);
}
}
static Control () {
FontSizeProperty= DependencyProperty.Register(
"FontSize", typeof(double), typeof(Control),
new FrameworkPropertyMetadata()，null));
}
}
這裡也有人會問了：為什麼使用Register()函式來傳遞資料，而不用建構函式來傳遞？如果在建立一個依賴屬性時忘了呼叫Register()怎麼辦？此問題由於涉及到DependencyProperty的具體實現，稍後再說。
上面提到，100個Control例項會有100個FontSize，均對應同一個FontSizeProperty例項。讀者一定會想，哦，那DependencyProperty中一定有一張表，來儲存每個FontSize的值。開始我也這麼想，但事實上不太一樣。不過，DependencyProperty中確實有一張表，並且還是靜態的！！
public sealed class DependencyProperty {
//全域性的IDictionary用來儲存所有的DependencyProperty
internal static IDictionary<int, DependencyProperty> properties =
new Dictionary<int, DependencyProperty>();
｝
那這張表裡儲存什麼呢？就讓Register（）函式來回答吧，這是建立DependencyProperty的入口。下面程式碼不全，但已能說明問題。
public sealed class DependencyProperty {
//全域性的IDictionary用來儲存所有的DependencyProperty
internal static IDictionary<int, DependencyProperty> properties = new Dictionary<int, DependencyProperty>();
private static int globalIndex = 0;
private int _index;
//建構函式私有，保證外界不會對它進行例項化
private DependencyProperty(string name, Type propertyType, Type ownerType, PropertyMetadata defaultMetadata) {
...
}
public int Index {
get{
return_index;
}
set{
_index =value;
}
}
//註冊的公用方法，把這個依賴屬性加入到IDictionary的鍵值集合中，GetHashCode為name和owner_type的GetHashCode取異，Value就是我們註冊的DependencyProperty
public static DependencyProperty Register(stringname, Type propertyType, Type ownerType, PropertyMetadata defaultMetadata) {
DependencyProperty property = new DependencyProperty(name, propertyType, ownerType, defaultMetadata);
globalIndex++;
property.Index =globalIndex;
if(properties.ContainsKey(property.GetHashCode())) {
throw new InvalidOperationException("A property with the same name already exists");
}
//把剛例項化的DependencyProperty新增到這個全域性的IDictionary
properties.Add(property.GetHashCode(), property);
returnproperty;
}
}
由此可見，DependencyProperty的properties中儲存的是所有依賴屬性建立時的資料，也就是為什麼WPF每個依賴屬性都可以恢復到預設值，即使你改變了該依賴屬性的值很多次。
這段程式碼也解釋了另外一個問題：為什麼使用Register()函式來傳遞資料，而不用建構函式來傳遞。因為DependencyProperty的建構函式是私有的。當然你也可以和WPF不一樣，去掉Register()函式，把建構函式改為Public，並把Register（）中的其他功能移到建構函式中來。至於其中利弊你自己去衡量吧。
DependencyProperty的屬性當然不止上面程式碼中的幾個，我特意保留了一個Index，因為Index將關係到依賴屬性值的真正訪問。分析上面程式碼，得出結論：Index的值是和每一個依賴屬性一一對應的，不管你現在開發的系統有多少個類，每個類有多少個依賴屬性。同時，一個依賴屬性不管有多少個例項，都只有一個Index值。上面提到的100個FontSize對應的也是同一個Index。
使用者設定的依賴屬性值到底儲存在哪裡？別忘了SetValue/GetValue，它們是DependencyObject的方法。到這裡讀者大概想到了使用者設定的依賴屬性值到底儲存在哪裡。沒錯，就在DependencyObject的_effectiveValues中。
public abstract class DependencyObject : IDisposable{
private List<EffectiveValueEntry> _effectiveValues = new List<EffectiveValueEntry>();
public object GetValue(DependencyProperty dp)｛...｝
public void SetValue(DependencyProperty dp, objectvalue)｛...｝
｝
由於DependencyObject是依賴屬性擁有者的基類，因此，每建立一個例項，就會建立一個List<EffectiveValueEntry>，以List的方式儲存該例項的使用者設定的依賴屬性值。
繞了一圈，從終點又回到原點，WPF中屬性的使用者值和.net中一樣，都儲存在該例項中。只不過.net區分不了使用者值和預設值，只有當前值，而WPF把預設值儲存到了DependencyProperty中。
留一個問題給讀者思考：依賴屬性FontSize對應一個DependencyProperty的Index值，是FontSize在DependencyObject.List<EffectiveValueEntry>中的位置索引嗎？
關於依賴屬性的效能問題，就簡單說一下：
1.所有依賴屬性的預設值儲存在DependencyProperty的屬性表中，讀取（不寫）時通過屬性的HashCode檢索
2.每個例項也有一張屬性表，儲存該例項當前依賴屬性的使用者值，通過DependencyProperty的Index匹配。
因此依賴屬性的效能由屬性表的檢索效能決定。不能說使用預設值比使用使用者值快，但一個例項裡，使用者設定值太多肯定影響依賴屬性訪問速度。