使用智能设备扩展在 C# 中开发自定义控件

本页内容

	简介
	问题
	对象模型
	构建自定义连接器

简介

Smart Device Extensions for Microsoft Visual Studio .NET (SDE) 提供了一种可以在应用程序中使用的很好的基本控件。遗憾的是，嵌入式设备应用程序涉及的范围非常广，这就使得开发人员几乎肯定会在某些地方缺少合适的控件，此时，基本上有两个选择：重新进行应用程序的结构设计以使用可用的控件，或者采用您自己的自定义控件。

SDE 的第一个版本不支持设计时自定义控件，这意味着为了使用它们，必须手动编写将它们放入窗体并设置其大小和属性的代码。它只需很少的额外工作量，并且只需要您接受没有可用于自定义控件的 Form Design Support 这一事实。

问题

最近，我一直在为 Visual Studio .NET 创建类库，用于包装很多硬件的功能。通过使用一个可以为他们完成所有 P/Invoking 和资源管理工作的类库，托管代码开发人员使用这个类库来访问机载微型控制器和 Microsoft Windows CE 端口就容易多了。我开发用于 Graphics Master 设备的 I/O 的类库，以便提供对两个单独的头上的引脚的读取和写入功能。

我需要一个测试和示例应用程序，该程序能够使用户轻松地通过恰当的图形接口设置或读取数字 I/O 状态并读取模拟 I/O。我希望有某个东西看起来像示意图上的接头或类似板上的物理插头。由于我要处理两个物理上不同大小的接头，所以我需要多个控件，或最好是一个可以定义大小的控件。很显然，SDE 的工具箱中没有我想要的控件。

我本来可以使用大量的 Label、CheckBox、PictureBox 和 TextBox，但是我认为这种替代方案看起来很难看。让我们尝试编写自己的控件。

对象模型

第一个任务是决定整个对象模型。我们需要什么样的组成部分，这些组成部分将如何融合在一起，它们如何相互交互，如何与它们的环境交互？

我们将创建连接器，用来包含大小可变的引脚集合，以便能够连接不同大小的接头。每个引脚必须有可以放在被显示的“引脚”的左侧或右侧（取决于它是偶数还是奇数引脚）的标识标签。每个引脚还可以是数字的或模拟的 I/O，因此每个引脚都需要有范围从零到 0xFFFF 的单独的值。最好能够一眼即可识别每个引脚的类型和值，所以将需要使用一些颜色。当然，并非接头上的所有引脚都可用于 I/O，所以我们需要能够禁用它们中的一部分，此外，我们希望引脚是交互的，这样当我们接通一个引脚时，它可以做某些操作，比如更改状态。

图 1 是一个控件在屏幕上显示的外观的很好模型。

基于这些要求，我们提出了一个如图 2 所示的对象模型。

整体的思路是，我们将有一个 Connector 基类，然后从它派生出其他几个自定义的 Connector 类。Connector 将包含一个 Pins 类，这个类只是通过从 CollectionBase 派生，使用索引器来公开 Pin 对象的 ListArray。

实现 Pin 对象

因为此控件的骨干是 Pin 对象，所以我们首先介绍它。Pin 对象将处理控件的大多数显示属性，并处理用户交互。一旦我们可以成功地在窗体上创建、显示单个引脚并与之交互，构建一个连接器将它们组合在一起就非常简单了。

Pin 对象有四个在创建它时必须设置的属性。默认的构造函数会设置它们中的每一个，但其他构造函数还可以用来允许创建者传递非默认的值。

最重要的属性是 Alignment。这个属性确定了绘制对象时文本和引脚的位置，但更重要的是，设置属性时，它将创建和放置用于绘制引脚和文本的矩形。这些矩形的使用将在随后解释 OnDraw 时进行讨论。

清单 1 显示了基本构造函数和 Alignment 属性的代码。为引脚子组件周围所定义的偏移量和边框使用了常量，但这些常量也很容易成为控件的其他属性。

清单 1. 引脚构造函数和 Alignment 属性

public Pin()
{
  showValue = false;
  pinValue = 0;
  type = PinType.Digital;
  Alignment = PinAlignment.PinOnRight;
}
public PinAlignment Alignment
{ // determines where the pin rectangle is placed
  set
  {
    align = value;
    if(value == PinAlignment.PinOnRight)
    {
      this.pinBorder = new Rectangle(
        this.ClientRectangle.Width - (pinSize.Width + 10),
        1,
        pinSize.Width + 9,
        this.ClientRectangle.Height - 2);
        this.pinBounds = new Rectangle(
        this.ClientRectangle.Width - (pinSize.Width + 5),
        ((this.ClientRectangle.Height -
        pinSize.Height) / 2) + 1,
        pinSize.Width,
        pinSize.Height);
        this.textBounds = new Rectangle(
        5,
        5,
        this.ClientRectangle.Width - (pinSize.Width + 10),
        20);
    }
    else
    {
      this.pinBorder = new Rectangle(
        1,
        1,
        pinSize.Width + 9,
        this.ClientRectangle.Height - 2);
        this.pinBounds = new Rectangle(
        6,
        this.ClientRectangle.Height - (pinSize.Height + 4),
        pinSize.Width,
        pinSize.Height);
        this.textBounds = new Rectangle(
        pinSize.Width + 10,
        5,
        this.ClientRectangle.Width - (pinSize.Width + 10),
        20);
    }
    this.Invalidate();
  }
  get
  {
    return align;
  }
}

由于 Pin 对象不会提供很好的用户交互或可自定义性，所以引脚的核心功能是我们将重写的绘图例程 OnDraw，重写该例程是为了可以由我们来绘制整个引脚。

每个引脚将绘制三个部分：引脚本身将是一个圆（除非它是 Pin 1，这时它将是一个方块），我们将围绕引脚绘制边框矩形，然后在引脚的左侧或右侧留出一个区域用来绘制引脚的文本。

要绘制引脚，我们首先确定表示实际引脚的圆所使用的颜色。如果引脚被禁用，它的颜色是灰色。如果启用，则要确定它是什么类型。模拟引脚将是绿色，而数字引脚根据情况而不同，如果是低 （关）则是蓝色，如果是高（开）则是橙色。

下一步，我们使用 FillEllipse 来绘制所有实际的引脚，但 PinNumber=1 时除外，这时使用 FillRectangle 绘制引脚。通过绘制在矩形 (pinBounds) 中而不是控件的边界上，我们能够在创建引脚时设置引脚的位置（左侧或右侧），并且从这一点开始，我们可以在不用关心引脚的位置的情况下进行绘制。

下一步我们绘制标签，它将是引脚的文本或引脚的值，这取决于 ShowValue 属性。

我们使用与绘制引脚时类似的策略来绘制文本，但这次我们必须计算水平和垂直偏移量，因为在 Microsoft .NET 压缩框架中，DrawText 方法不允许有 TextAlign 参数。

最终，我们通过调用 Dispose 方法清理我们手动使用的 Brush 对象。

清单 2 显示了完整的 OnDraw 例程。

清单 2. OnDraw() 方法

protected override void OnPaint(PaintEventArgs pe)
{
  Brush b;
        // determine the Pin color
  if(this.Enabled)
  {
    if(type == PinType.Digital)
    {
      // digital pins have different on/off color
      b = new System.Drawing.SolidBrush(
      this.Value == 0 ? (digitalOffColor) : (digitalOnColor));
    }
    else
    {
      // analog pin
      b = new System.Drawing.SolidBrush(analogColor);
    }
  }
  else
  {
    // disabled pin
    b = new System.Drawing.SolidBrush(disabledColor);
  }
  // draw the pin
  if(this.PinNumber == 1)
    pe.Graphics.FillRectangle(b, pinBounds);
  else
    pe.Graphics.FillEllipse(b, pinBounds);
  // draw a border Rectangle around the pin
  pe.Graphics.DrawRectangle(new Pen(Color.Black), pinBorder);
  // draw the text centered in the text bound
  string drawstring;
  // are we showing the Text or Value?
  if(showValue)
    drawstring = Convert.ToString(this.Value);
  else
    drawstring = this.Text;
  // determine the actual string size
  SizeF fs = pe.Graphics.MeasureString(
        drawstring,
        new Font(FontFamily.GenericMonospace, 8f,
                 FontStyle.Regular));
  // draw the string
  pe.Graphics.DrawString(
      drawstring,
      new Font(FontFamily.GenericMonospace, 8f,
      FontStyle.Regular),
      new SolidBrush((showValue ? analogColor : Color.Black)),
      textBounds.X + (textBounds.Width - fs.ToSize().Width) / 2,
      textBounds.Y + (textBounds.Height - fs.ToSize().Height) /
                 2);
  // clean up the Brush
  b.Dispose();
  }
}

构建 Pin 类的最后一步是添加 Click 处理程序。对于我们的 Pin 类来说，我们将使用自定义的 EventArg，以便可以向事件处理程序传递引脚的文本和编号。要创建自定义的 EventArg，我们只是创建了一个从 EventArgs 类派生的类：

public class PinClickEventArgs : EventArgs
{
  // a PinClick passes the Pin Number and the Pin's Text
  public int number;
  public string text;
  public PinClickEventArgs(int PinNumber, string PinText)
  {
    number = PinNumber;
    text = PinText;
  }
}

下一步，我们将一个委托添加到命名空间中：

public delegate void PinClickHandler(Pin source, PinClickEventArgs args);

现在，我们需要添加代码来确定什么时候发生单击，然后引发事件。对于我们的 Pin 类，当引脚的边框矩形内部发生 MouseDown 和 MouseUp 事件时即为一个逻辑上的单击 － 这样，如果用户单击引脚的文本部分，则不会触发 Click 事件，但如果点击表示实际引脚的区域，则触发该事件。

首先，我们需要一个公共 PinClickHandler 事件，其定义如下：

public event PinClickHandler PinClick;

我们还需要一个私有的布尔变量，我们将在 MouseDown 事件发生时设置该变量，用于指示我们正在单击过程中。然后，我们检查 MouseUp 事件的该变量，以确定事件是否是按连续的顺序发生的：

bool midClick;

下一步，我们需要为 MouseDown 和 MouseUp 添加两个事件处理程序，如清单 3 所示。

清单 3. 用于实现 PinClick 事件的事件处理程序

private void PinMouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
  if(!this.Enabled)
    return;
  // if the user clicked in the "pin" rectangle, start a click process
  midClick = pinBorder.Contains(e.X, e.Y);
}
private void PinMouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
  // if we had a mousedown and then up inside the "pin" rectangle,
  // fire a click
  if((midClick) && (pinBorder.Contains(e.X, e.Y)))
  {
    if(PinClick != null)
      PinClick(this, new PinClickEventArgs(
               this.PinNumber, this.Text));
  }
}

最后，我们需要为每个引脚实现事件处理程序。引脚的基本构造函数是添加这些挂钩的好地方，我们可以通过直接在构造函数中添加以下代码来完成：

this.MouseDown += new MouseEventHandler(PinMouseDown);
this.MouseUp += new MouseEventHandler(PinMouseUp);

实现 Pins 类

一旦有了 Pin 类，就可以创建从 CollectionBase 派生的 Pins 类。该类的目的是提供索引器，这样我们就可以很容易在集合内添加、删除和操纵 Pin 类。

清单 4. Pins 类

public class Pins : CollectionBase
{
  public void Add(Pin PinToAdd)
  {
    List.Add(PinToAdd);
  }
  public void Remove(Pin PinToRemove)
  {
    List.Remove(PinToRemove);
  }
  // Indexer for Pins
  public Pin this[byte Index]
  {
    get
    {
      return (Pin)List[Index];
    }
    set
    {
      List[Index] = value;
    }
  }
  public Pins(){}
}

实现 Connector 类

既然我们已经获得了 Pins 类，我们现在需要构建 Connector 类，该类将是一个简单的包装类，这个包装类包含 Pins 类，并在每个引脚和连接器容器之间封送 PinClick 事件，而且它有一个表示连接器上的引脚数的构造函数。清单 5 显示了完整的 Connector 类。

清单 5. Connector 类

public class Connector : System.Windows.Forms.Control
{
  public event PinClickHandler PinClick;
  protected Pins pins;
  byte pincount;
  public Connector(byte TotalPins)
  {
    pins = new Pins();
    pincount = TotalPins;
    InitializeComponent();
  }
  private void InitializeComponent()
  {
    for(int i = 0 ; i < pincount ; i++)
    {
      Pin p = new Pin(PinType.Digital,
            (PinAlignment)((i + 1) % 2), 0);
      p.PinClick += new PinClickHandler(OnPinClick);
      p.PinNumber = i + 1;
      p.Text = Convert.ToString(i);
      p.Top = (i / 2) * p.Height;
      p.Left = (i % 2) * p.Width;
      this.Pins.Add(p);
      this.Controls.Add(p);
    }
    this.Width = Pins[0].Width * 2;
    this.Height = Pins[0].Height * this.Pins.Count / 2;
  }
  public Pins Pins
  {
    set
    {
      pins = value;
    }
    get
    {
      return pins;
    }
  }
  private void OnPinClick(Pin sender, PinClickEventArgs e)
  {
    // pass on the event
    if(PinClick != null)
    {
      PinClick(sender, e);
      if(sender.Type == PinType.Digital)
        sender.Value = sender.Value == 0 ? 1 : 0;
      else
        sender.DisplayValue = !sender.DisplayValue;
    }
  }
  protected override void Dispose( bool disposing )
  {
    base.Dispose( disposing );
  }
}

Connector 的 InitializeComponent 方法是创建所有被包含的 Pin 类并将其添加到连接器的控件中的地方，并且是连接器本身调整大小的地方。InitializeComponent 也是最终被 Form Designer 用来显示我们的连接器的方法。

构建自定义连接器

Connector 类本身很简单，它不会修改任何默认的引脚设置。但是，我们现在可以通过从 Connector 类派生新的类，从而构建一个自定义连接器，并修改单个引脚（例如，使某些引脚成为模拟引脚，或将其禁用）。

在示例应用程序中，我为 Applied Data Systems 的 Graphics Master 板创建了两个连接器，一个用于 J2，一个用于 J7。构造函数基于连接器设置引脚的类型以及引脚的文本。图 2 是窗体上有 J2 和 J7 的示例应用程序的屏幕快照。

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