dotnet 读 WPF 源代码笔记 启动欢迎界面 SplashScreen 的原理
dotnet 读 WPF 源代码笔记 启动欢迎界面 SplashScreen 的原理
本文是我在读 WPF 源代码做的笔记。在 WPF 中的启动界面，为了能让 WPF 的启动界面显示足够快，需要在应用的 WPF 主机还没有启动完成之前就显示出启动图，此时的启动图需要自己解析图片同时也需要自己创建显示窗口
从 WPF 的 src\Microsoft.DotNet.Wpf\src\WindowsBase\System\Windows\SplashScreen.cs 文件可以看到 WPF 的 SplashScreen 的核心逻辑
在 SplashScreen 的构造函数会传入资源名，也就是启动图的资源名，或者加上指定程序集和图片资源名
public SplashScreen(string resourceName) : this(Assembly.GetEntryAssembly(), resourceName)
{
}
public SplashScreen(Assembly resourceAssembly, string resourceName)
{
// 忽略代码
}当然了，这个设计扩展性不够好哈，不支持指定任意的图片。如果想要指定本地路径的任意图片作为启动图的，可以使用 lsj 提供的 kkwpsv/SplashImage: Fast splash Image with GDI+ in C# 库，当然了，这个库代码量特别少，我推荐大家可以抄抄代码。这个库提供的是高性能的版本，可以在另一个线程中执行，换句话说，就是使用 kkwpsv/SplashImage 作为欢迎界面，是可以做到不占用 WPF 主线程时间的，性能比 WPF 提供的好
在 WPF 的 SplashScreen 的 Show 方法，就是启动图的核心逻辑
先调用 GetResourceStream 从自己的程序集里面读取图片资源的原始 Stream 对象，通过此方式的读取性能特别强，因此不是真的读取到内存里面，而是获取一个指针而已。但是有趣的是在这个方法上面有注释说比 Assembly.GetManifestResourceStream 慢 200-300 毫秒，也许是当年的设备才需要这么长的时间
// This is 200-300 ms slower than Assembly.GetManifestResourceStream() but works with localization.
private UnmanagedMemoryStream GetResourceStream()在获取到启动图片的 UnmanagedMemoryStream 之后，将使用下面代码转换为指针，用于后续传入给 WIC 层
IntPtr pImageSrcBuffer;
unsafe
{
pImageSrcBuffer = new IntPtr(umemStream.PositionPointer);
}接下来就是调用 CreateLayeredWindowFromImgBuffer 创建一个窗口然后这个窗口显示图片内容
if (CreateLayeredWindowFromImgBuffer(pImageSrcBuffer, umemStream.Length, topMost) && autoClose == true)
{
Dispatcher.CurrentDispatcher.BeginInvoke(
DispatcherPriority.Loaded,
(DispatcherOperationCallback)ShowCallback,
this);
}可以看到在调用 CreateLayeredWindowFromImgBuffer 方法成功之后，就会调用 Dispatcher 插入 ShowCallback 函数，在 ShowCallback 里面用来自动关闭启动界面，如下面代码
private static object ShowCallback(object arg)
{
SplashScreen splashScreen = (SplashScreen)arg;
splashScreen.Close(TimeSpan.FromSeconds(0.3));
return null;
}从上面代码可以看到，在 WPF 中默认的启动图界面将会在 Loaded 完成之后延迟 0.3 秒执行，而具体是什么 Loaded 就不需要关注了。因为通过 BeginInvoke 插入的优先级是 DispatcherPriority.Loaded 优先级，也就是启动过程如果再没有什么比 DispatcherPriority.Loaded 更高的优先级，那就是启动完成了
在 WPF 里面的 SplashScreen 的核心逻辑里面包含以下三步
第一步是通过 WIC 层解码咱传入的图片，这样就支持不做任何优化的图片都能作为启动图
第二步就是将解码之后的图片编码为 BGRA 图片格式传给 GDI 图片对象，这样就能将咱的图片作为 GDI 图片对象能使用的资源
第三步是创建窗口显示这张 GDI 图片
回到创建窗口的核心方法 CreateLayeredWindowFromImgBuffer 上，这个方法里面大量调用 WIC 层的逻辑，用来处理图片的渲染，过程代码大概如下，下面代码为了方便说明，和 WPF 源代码有些不相同
private bool CreateLayeredWindowFromImgBuffer(IntPtr pImgBuffer, long cImgBufferLen, bool topMost)
{
bool bSuccess = false;
IntPtr pImagingFactory = IntPtr.Zero;
IntPtr pDecoder = IntPtr.Zero;
IntPtr pIStream = IntPtr.Zero;
IntPtr pDecodedFrame = IntPtr.Zero;
IntPtr pBitmapSourceFormatConverter = IntPtr.Zero;
IntPtr pBitmapFlipRotator = IntPtr.Zero;
// 创建图片工厂，也就是获得 pImagingFactory 对象
// 在 WPF 里面使用的 WINCODEC_SDK_VERSION 是 0x0236 一个比较古老的版本，在下文有告诉大家有哪些更新
UnsafeNativeMethods.WIC.CreateImagingFactory(UnsafeNativeMethods.WIC.WINCODEC_SDK_VERSION,
out pImagingFactory);
// 使用 pImagingFactory 图片工厂创建出一个空的 Stream 返回指针给到 pIStream 变量
// Use the WIC stream class to wrap the unmanaged pointer
UnsafeNativeMethods.WIC.CreateStream(pImagingFactory, out pIStream);
// 使用传进来的图片指针和长度，初始化图片工厂创建出来的 pIStream 对象
UnsafeNativeMethods.WIC.InitializeStreamFromMemory(pIStream, pImgBuffer, (uint) cImgBufferLen);
// Create an object that will decode the encoded image
Guid vendor = Guid.Empty;
// 拿到编解码器
UnsafeNativeMethods.WIC.CreateDecoderFromStream(pImagingFactory, pIStream,
ref vendor, 0, out pDecoder);
// Get the frame from the decoder. Most image formats have only a single frame, in the case
// of animated gifs we are ok with only displaying the first frame of the animation.
// 从图片解码里面获取图片的第一帧，如果是 Gif 图片也只是显示第一帧
UnsafeNativeMethods.WIC.GetFrame(pDecoder, 0, out pDecodedFrame);
// 获取格式转换器
UnsafeNativeMethods.WIC.CreateFormatConverter(pImagingFactory, out pBitmapSourceFormatConverter);
// 定义了 32 位的 BGRA 图片格式，转换为此格式方便创建窗口使用 GDI 渲染
// Convert the image from whatever format it is in to 32bpp premultiplied alpha BGRA
Guid pixelFormat = UnsafeNativeMethods.WIC.WICPixelFormat32bppPBGRA;
// 初始化转换器
UnsafeNativeMethods.WIC.InitializeFormatConverter(pBitmapSourceFormatConverter, pDecodedFrame,
ref pixelFormat, 0 /*DitherTypeNone*/, IntPtr.Zero,
0, UnsafeNativeMethods.WIC.WICPaletteType.WICPaletteTypeCustom);
// Reorient the image
// 获取图片的裁剪和旋转
UnsafeNativeMethods.WIC.CreateBitmapFlipRotator(pImagingFactory, out pBitmapFlipRotator);
// 初始化图片的裁剪和旋转特效，此时的 pBitmapFlipRotator 就是最终叠加了特效的图片
UnsafeNativeMethods.WIC.InitializeBitmapFlipRotator(pBitmapFlipRotator, pBitmapSourceFormatConverter,
UnsafeNativeMethods.WIC.WICBitmapTransformOptions.WICBitmapTransformFlipVertical);
// 获取图片的大小，用来在下面创建像素数组
Int32 width, height;
UnsafeNativeMethods.WIC.GetBitmapSize(pBitmapFlipRotator, out width, out height);
// 因为一个像素由 BGRA 格式定义
Int32 stride = width * 4;
// 创建一个 GDI 对象，对象的大小通过上面的逻辑拿到
// initialize the bitmap header
MS.Win32.NativeMethods.BITMAPINFO bmInfo = new MS.Win32.NativeMethods.BITMAPINFO(width, height, 32 /*bpp*/);
bmInfo.bmiHeader_biCompression = MS.Win32.NativeMethods.BI_RGB;
bmInfo.bmiHeader_biSizeImage = (int) (stride * height);
// 创建 GDI 图片对象的内存填充
// Create a 32bpp DIB. This DIB must have an alpha channel for UpdateLayeredWindow to succeed.
IntPtr pBitmapBits = IntPtr.Zero;
_hBitmap = UnsafeNativeMethods.CreateDIBSection(new HandleRef(), ref bmInfo, 0 /* DIB_RGB_COLORS*/,
ref pBitmapBits, null, 0);
// 从 WIC 解码器里面拷贝像素内容到 GDI 图片里面
// Copy the decoded image to the new buffer which backs the HBITMAP
Int32Rect rect = new Int32Rect(0, 0, width, height);
UnsafeNativeMethods.WIC.CopyPixels(pBitmapFlipRotator, ref rect, stride, stride * height, pBitmapBits);
// 使用 GDI 图片 _hBitmap 去创建一个窗口
_hwnd = CreateWindow(_hBitmap, width, height, topMost);
bSuccess = true;
// 忽略一些清理资源的代码
return bSuccess;
}上面代码中的 UnsafeNativeMethods.WIC 就是调用 WIC 层的逻辑，在 WPF 中的 WIC 层逻辑和其他 Win32 应用一样，通过 WindowsCodecs.dll 提供，只是在 UnsafeNativeMethods.WIC.CreateImagingFactory(UnsafeNativeMethods.WIC.WINCODEC_SDK_VERSION, out pImagingFactory); 可以看到 WPF 使用的版本是 0x236 比较古老
通过对比 6.2.9200.21830-Windows_7.0 和 6.3.9600.17415-Windows_8.1 版本的 windowscodecs.dll 可以看到有做了如下的更改
- #define WINCODEC_SDK_VERSION 0x0236
+ #define WINCODEC_SDK_VERSION1 0x0236
+ #define WINCODEC_SDK_VERSION2 0x0237
- DEFINE_GUID(CLSID_WICImagingFactory, 0xcacaf262, 0x9370, 0x4615, 0xa1, 0x3b, 0x9f, 0x55, 0x39, 0xda, 0x4c, 0xa);
+ DEFINE_GUID(CLSID_WICImagingFactory, 0xcacaf262, 0x9370, 0x4615, 0xa1, 0x3b, 0x9f, 0x55, 0x39, 0xda, 0x4c, 0xa);
+ DEFINE_GUID(CLSID_WICImagingFactory1, 0xcacaf262, 0x9370, 0x4615, 0xa1, 0x3b, 0x9f, 0x55, 0x39, 0xda, 0x4c, 0xa);
+ DEFINE_GUID(CLSID_WICImagingFactory2, 0x317d06e8, 0x5f24, 0x433d, 0xbd, 0xf7, 0x79, 0xce, 0x68, 0xd8, 0xab, 0xc2);
+ #if(_WIN32_WINNT >= _WIN32_WINNT_WIN8) || defined(_WIN7_PLATFORM_UPDATE)
+ #define WINCODEC_SDK_VERSION WINCODEC_SDK_VERSION2
+ #define CLSID_WICImagingFactory CLSID_WICImagingFactory2
+ #else
+ #define WINCODEC_SDK_VERSION WINCODEC_SDK_VERSION1
+ #endif新版本的 WindowsCodecs.dll 更新请看 What’s New in WIC - Win32 apps
在调用到使用 GDI 图片创建窗口的逻辑就十分简单了，都是一些 Win32 的接口调用
private IntPtr CreateWindow(NativeMethods.BitmapHandle hBitmap, int width, int height, bool topMost)
{
if (_defWndProc == null)
{
_defWndProc = new MS.Win32.NativeMethods.WndProc(UnsafeNativeMethods.DefWindowProc);
}
// 基本的 Win32 窗口创建方法，没啥特别的
MS.Win32.NativeMethods.WNDCLASSEX_D wndClass = new MS.Win32.NativeMethods.WNDCLASSEX_D();
wndClass.cbSize = Marshal.SizeOf(typeof(MS.Win32.NativeMethods.WNDCLASSEX_D));
wndClass.style = 3; /* CS_HREDRAW | CS_VREDRAW */
wndClass.lpfnWndProc = null;
wndClass.hInstance = _hInstance;
wndClass.hCursor = IntPtr.Zero;
wndClass.lpszClassName = CLASSNAME;
wndClass.lpszMenuName = string.Empty;
// 加上消息循环，不然会提示应用停止响应
wndClass.lpfnWndProc = _defWndProc;
// We chose to ignore re-registration errors in RegisterClassEx on the off chance that the user
// wants to open multiple splash screens.
_wndClass = MS.Win32.UnsafeNativeMethods.IntRegisterClassEx(wndClass);
if (_wndClass == 0)
{
// 下面代码不太合理，于是我就提了一个更改 https://github.com/dotnet/wpf/pull/3923
if (Marshal.GetLastWin32Error() != 0x582) /* class already registered */
throw new Win32Exception();
}
// 决定启动窗口显示到哪
int screenWidth = MS.Win32.UnsafeNativeMethods.GetSystemMetrics(SM.CXSCREEN);
int screenHeight = MS.Win32.UnsafeNativeMethods.GetSystemMetrics(SM.CYSCREEN);
int x = (screenWidth - width) / 2;
int y = (screenHeight - height) / 2;
// 窗口的样式，核心的就是 WS_EX_LAYERED 和 WS_EX_TOOLWINDOW 样式
HandleRef nullHandle = new HandleRef(null, IntPtr.Zero);
int windowCreateFlags =
(int) NativeMethods.WS_EX_WINDOWEDGE |
NativeMethods.WS_EX_TOOLWINDOW |
NativeMethods.WS_EX_LAYERED |
// 是否显示到最前
(topMost ? NativeMethods.WS_EX_TOPMOST : 0);
// 创建窗口
// CreateWindowEx will either succeed or throw
IntPtr hWnd = MS.Win32.UnsafeNativeMethods.CreateWindowEx(
windowCreateFlags,
CLASSNAME, SR.Get(SRID.SplashScreenIsLoading),
MS.Win32.NativeMethods.WS_POPUP | MS.Win32.NativeMethods.WS_VISIBLE,
x, y, width, height,
nullHandle, nullHandle, new HandleRef(null, _hInstance), IntPtr.Zero);
// 将图片在窗口上显示出来
// Display the image on the window
IntPtr hScreenDC = UnsafeNativeMethods.GetDC(new HandleRef());
IntPtr memDC = UnsafeNativeMethods.CreateCompatibleDC(new HandleRef(null, hScreenDC));
IntPtr hOldBitmap = UnsafeNativeMethods.SelectObject(new HandleRef(null, memDC), hBitmap.MakeHandleRef(null).Handle);
NativeMethods.POINT newSize = new NativeMethods.POINT(width, height);
NativeMethods.POINT newLocation = new NativeMethods.POINT(x, y);
NativeMethods.POINT sourceLocation = new NativeMethods.POINT(0, 0);
_blendFunc = new NativeMethods.BLENDFUNCTION();
_blendFunc.BlendOp = NativeMethods.AC_SRC_OVER;
_blendFunc.BlendFlags = 0;
_blendFunc.SourceConstantAlpha = 255;
_blendFunc.AlphaFormat = 1; /*AC_SRC_ALPHA*/
bool result = UnsafeNativeMethods.UpdateLayeredWindow(hWnd, hScreenDC, newLocation, newSize,
memDC, sourceLocation, 0, ref _blendFunc, NativeMethods.ULW_ALPHA);
UnsafeNativeMethods.SelectObject(new HandleRef(null, memDC), hOldBitmap);
UnsafeNativeMethods.ReleaseDC(new HandleRef(), new HandleRef(null, memDC));
UnsafeNativeMethods.ReleaseDC(new HandleRef(), new HandleRef(null, hScreenDC));
if (result == false)
{
UnsafeNativeMethods.HRESULT.Check(Marshal.GetHRForLastWin32Error());
}
return hWnd;
}当然了，在 WPF 里面再快的启动图显示速度都不如 UWP 快，因此 UWP 是系统给的优化，通过 AppFrameHost 显示的，基本上点击应用立刻打开
当前的 WPF 在 https://github.com/dotnet/wpf 完全开源，使用友好的 MIT 协议，意味着允许任何人任何组织和企业任意处置，包括使用，复制，修改，合并，发表，分发，再授权，或者销售。在仓库里面包含了完全的构建逻辑，只需要本地的网络足够好（因为需要下载一堆构建工具），即可进行本地构建
本文会经常更新，请阅读原文： https://blog.lindexi.com/post/dotnet-%E8%AF%BB-WPF-%E6%BA%90%E4%BB%A3%E7%A0%81%E7%AC%94%E8%AE%B0-%E5%90%AF%E5%8A%A8%E6%AC%A2%E8%BF%8E%E7%95%8C%E9%9D%A2-SplashScreen-%E7%9A%84%E5%8E%9F%E7%90%86.html ，以避免陈旧错误知识的误导，同时有更好的阅读体验。
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