摘要：学习如何为基于 .NET Framework 精简版的应用程序创建有效的用户界面引擎。
下载 FormStack.msi（英文）。
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简介
在进行绝大多数应用程序设计时，首先要考虑的设计问题之一是如何实现图形用户界面 (GUI) 导航，即如何向用户显示新的信息屏幕。在传统的 PC 环境中，应用程序只为每个信息屏幕创建一个新窗体（或对话框）。
在开发人员使用 Microsoft® eMbedded Visual Basic® (eVB) 之前，这种方法一直很有效。使用 Microsoft® eMbedded Visual Basic® (eVB) 后，如果应用程序中包含很多窗体，则很快会将宝贵的内存资源用尽；如果在所有窗体中都需要使用菜单，则最终不得不复制大段代码以保持行为的一致性。
为解决这一问题，许多 eVB 开发人员选择在单个窗体中使用多个框架。开发人员要使用 Microsoft® .NET Framework 精简版，应再次检查生成有效用户界面 (UI) 引擎（未与使用此引擎的应用程序紧密耦合）的方法。
限制资源的使用
使用现今的计算机，桌面应用程序开发人员几乎无须顾虑内存的使用情况。而智能设备开发人员则不得不考虑这个问题。要尽量减少内存的使用，方法之一是尽可能重复使用类，尤其是 Forms 类。
例如，让我们来看看可以在当地录像带出租商店找到的电影查询应用程序。我们假设此应用程序启动时将显示所有电影的列表。不可否认，这将是一个庞大的列表，而且是一个很糟糕的应用程序设计，但出于演示目的我们假设它是合理的。
现在，如果某位用户选择了一部电影的名称，应用程序将显示另一个窗体，其中显示这部电影的详细信息（包括演员）和另一个类似的推荐电影列表（“如果您喜欢这部电影，那么可能也会喜欢 . . . ”）。
图 1：屏幕流程图
在流程图中，我们假设用户既可以从新列表中选择电影，仅将有关这部电影的新信息重新填充到当前窗体中；也可以选择演员。如果选择演员，可以立即显示演员的信息，包括合演的明星以及另一个电影列表，这次将显示列出此演员出演的电影列表。
很显然，如果查看的每个窗体都是带有所有关联数据的新窗体实例，则应用程序将很快占用大量内存。而且，Windows CE 设备的处理器性能通常都赶不上台式计算机的性能，使用新数据加载每个窗体将生成一个缓慢、响应迟钝且用户不友好的应用程序。
堆栈和缓存
现在，我们将深入了解另一个对用户有益的功能，即查看上一个窗体，它与浏览器中的“后退”按钮功能类似。这就意味着，应用程序必须“记住”用户的位置。
在某些应用程序中实现此操作比较简单，因为窗体的“目标”和“起始”路径很有限，可通过硬编码来实现。对于我们的应用程序，您可以看到这些窗体显示给用户的顺序几乎是随机的（参见图 1）。
因此，我们现在需要了解基本要求。首先，我们希望尽量减少内存中保留的窗体数；其次，我们希望记录用户查看过的窗体以及查看顺序。事实上，我们可能还希望跟踪在每个窗体中查看的数据，但是完成架构后，它只是一个简单的新增部分，请读者自己练习。
那么，到底什么解决方案能够满足这些要求呢？要尽量减少窗体数，可以使用所谓的缓存。缓存只是一种存储机制，可用于保存已加载窗体的单个副本，并在可用时重复使用缓存的窗体。这就意味着当用户要查看窗体时，应首先检查它是否位于缓存中。如果不在缓存中，则按正常方式加载。但如果不是简单地显示缓存的窗体，而是要在内存中保存一个新副本，则还需要考虑实际创建窗体的时间。
可以使用堆栈跟踪已查看的窗体的历史记录。假设查看的每个屏幕都可以表示为一张卡片，而这些卡片可以插入到堆栈中。用户查看每个屏幕时，可以将卡片插入（压入）堆栈中。也就是说，位于顶部的卡片是最后查看的窗体；要查看历史记录，只需从堆栈中删除（或弹出）卡片即可。使用这种方法，应用程序可以“撤消”由用户执行的任意数量、任何顺序的浏览操作。
设计 FormStack
我们已经了解了需要满足的要求和基本方法，现在让我们看看如何实现它们。首先，让我们仔细考虑完成这项工作需要执行的操作。
我们将需要 FormStack，它可以作为类来实现。它需要一种压入和弹出窗体的机制。还需要一个用于存放实际窗体的缓存和一个堆栈，鉴于前面介绍的资源问题，缓存不应该保存窗体的实际副本，而应该只保存一个标识符。我们将窗体类的类型用做字符串。
加载窗体并非瞬间即可完成，尤其是当窗体包含许多控件时。必须创建窗体的所有控件，通常可能需要为列表和下拉列表提取数据。提取数据后，则需要填充控件。如果在应用程序进程的主线程中执行以上所有操作，则在加载窗体的过程中，用户必须等待很长时间。
为了减少等待时间，需要添加两个功能。首先，应该使用辅助线程提取所有需要的数据；然后，添加一个方法，允许应用程序在缓存中“预先加载”一个窗体。这就使应用程序能够在后台或在空闲时（例如启动画面过程中）加载“重型”窗体。
实现缓存和堆栈时还需要考虑其他一些问题，但是我们先定义所需的核心内容。由 FormStack 类完成的实际操作几乎都会在“压入”或“预先加载”过程中启动，因此，我们先看一下其中的逻辑。
图 2：执行压入
图 2 显示了“压入”的执行流程图。正如您看到的，我们只检查缓存是否存在，如果不存在，则调用“预先加载”；否则，只显示窗体并将其添加到堆栈中。
图 3：执行预先加载
尽管预先加载（参见图 3）执行的步骤略多一些，但还是比较直观。首先，必须创建 Form 类。在调用标准 InitializeComponent 方法创建窗体的所有控件之前，启动数据查询线程。
一个重要的步骤是，创建所有控件后，必须等待数据查询线程完成才能填充控件，因此需要处理一些基本的线程同步。
填充控件后，最后一步是将控件添加到缓存中。
StackForm 类
FormStack 的实际代码实现与这些流程图基本相同。首先，我创建了所有窗体必须继承的 StackForm 基类。这样，即使窗体不使用基本架构，也可以确保其存在（例如数据线程和控件填充方法）。
StackForm 执行以下任务：
- 添加一个 EventHandler 来截取窗体中的 Closing 事件，这样当窗体关闭而不是实际卸载时可以调用“弹出”。
- 提供 LoadData 辅助线程函数和 Populate 函数，并在辅助线程完成后调用它们。
- 为 InitializeComponent 提供一个公共的抽象方法签名。这很重要，因为 Form Designer（窗体设计器）默认情况下创建 InitializeComponent Private，而 FormStack 类又需要调用它。通过提供一个抽象实现，编译器会确认我们已进行了此更改。
遗憾的是，Visual Studio .NET 2003 中的 Form Designer（窗体设计器）只能使用从 Form 类继承的内容。我执行的操作是：当窗体继承 Form 时使用设计器设计的窗体，然后在生成期间将基类更改为 StackForm。尽管这有点不方便，但要比手动对窗体进行编码好一些。
FormStack 类
然后，我创建了 FormStack 类。FormStack 实现“压入”和“预先加载”的方法与流程图相同。堆栈本身是使用 ArrayList 实现的，因此便于添加或删除项目。窗体 Cache 是通过从 CollectionBase 继承 FormStack 类来实现的。它提供了一个 List 成员集合，大大简化了 FormStack 对象的存储过程。
除了“压入”和“预先加载”，我还实现了“弹出”（只需删除堆栈中的弹出项目并向下显示下一个 StackForm）。它并未从缓存中删除 StackForm，我也未实现完成该操作的函数。尽管在某些情况下，从缓存中实际释放窗体的方法可能更有用，但它过于复杂，已超出本文的范围。
实际上该体系结构较大的障碍之一是运行应用程序。.NET Framework 精简版提供了入口点 Application.Run，它加载一个窗体并提供一个消息泵。使用 Run 在体系结构中无法正常运行，因为它需要一个实例化的窗体，应用程序中的每个其他窗体必须在该初始窗体中运行。我们需要提供自己的消息泵，以调度系统消息，并为应用程序实际结束提供一个简单方法。
虽然这看似复杂，但实际上却非常简单。我使用一个紧密的循环在 FormStack.Run 中实现了消息泵，只要缓存中包含窗体，该循环即调用 Application.DoEvents。这就意味着在调用 Run 之前必须先将 StackForm 压入堆栈。我还实现了只清除缓存的互补方法 Stop，该方法能够使消息泵退出，并运行到完成。
最后，我重写了 StackForm.ToString。这只是提供了一个极好的字符串，允许您了解缓存中 StackForms 的数量和堆栈的精确内容。
继承 StackForm 类
最后需要考虑的是如何真正实现 StackForm。由于 StackForm 是一个抽象类，因此无法将其实例化。而必须在自行派生的类中继承 StackForm。继承性是面向对象编程的优点之一，可以变得非常复杂，因此我假设您已经完全理解它，只介绍从 StackForm 中继承时需要牢记的特殊事项。
首先，构造函数必须调用 StackForm 基本构造函数。这是因为基本构造函数围绕 Closing 事件。
接下来，默认构造函数调用 InitializeComponent。在我们的实现中，FormStack 调用 InitializeComponent，因此我们不希望构造函数真正调用它，但是由于我们确实希望设计者能够呈现窗体，因此需要在此处进行调用。.NET Framework 精简版的一大优点是具有一个编译器指令，允许我们按照以下方法排除调用：
#if NETCFDESIGNTIME InitializeComponent(); #endif
最后，我们还可以选择实现 DataThread 和 Populate 方法（如果需要）。
同样，DataThread 在单独的线程中执行，并应该用于提取数据。请记住，在 DataThread 完成其工作之前，StackForm 不会被完全压入和显示，因此不要执行可能中断执行的任务（例如调用 Sleep）。如果选择实现 DataThread，则需要做的最后一件事（并且必须实现以发出线程完成信号）是调用 base.DataThread。
最后，InitializeComponent 和 DataThread 方法完成后，将调用 Populate，以便在 StackForm 可见之前有机会填充列表、下拉列表或其他控件。
请记住，由于这些 StackForms 已被缓存，因此 DataThread 和 Populate 只在 StackForm 加载到缓存时被调用，而不是每次显示时都调用。
小结
正如我在本文开头提到的，在开发较为复杂的应用程序时，您将发现 FormStack 缺少一些功能，例如根据显示内容刷新数据的功能。请记住，堆栈变量本身不仅易于保存窗体类型，而且可以保存数据库中的实体 ID 值并允许快速重写窗体。
编程的优点是随时可以添加其他功能，但应始终记住智能设备编程与桌面应用程序编程有着本质上的区别。设备资源通常都很有限，处理器的速度也往往慢很多，因此，作为应用程序编程人员，要想开发成功的应用程序，必须记住以上两点。FormStack 这个工具可以帮助开发人员尽量减少对应用程序资源的影响，同时可以管理 GUI 引擎的复杂功能，这样可以通过缓存快速更改窗体并通过堆栈轻松导航。