通过Measure & Arrange实现UWP瀑布流布局

简介

在以XAML为主的控件布局体系中，有用于完成布局的核心步骤，分别是measure和arrange。继承体系中由UIElement类提供Measure和Arrange方法，并由其子类FrameworkElement类提供protected的MeasureOverride和ArrangeOverride方法来为自定义控件提供实现自定义布局的接口。本文通过一个瀑布流布局实现来为大家简单地介绍这两个核心方法。

所谓瀑布流布局，是多列布局的一种形式，列中元素等比缩放使得自身与列等宽，每列再以StackPanel的形式布局，下一个元素自动排布到最短的那一列上。

大致效果可以参考百度图片首页，点击“摄影”，“美食”或“宠物”后进入的页面效果。（宠物here：http://image.baidu.com/channel?c=%E5%AE%A0%E7%89%A9&t=%E5%85%A8%E9%83%A8&s=0）

MeasureOverride方法

一言以蔽之，获取大小。

每个控件有提供给外部调用的Measure方法，用来决定该控件需要的空间。这个方法会对布局设置进行简单的处理，比如对Margin等属性进行预处理，然后把主要的步骤交给MeasureOverride方法。

这一方法的参数代表了该控件本身能拥有的大小。布局时需要考虑到它。

在这一方法中，控件需要做的就是遍历所有子控件，并调用他们的Measure方法，按照自己的布局方式对这些空间的大小进行运算。最后递归出一个总的空间大小，然后返回给它的父控件。

在这一过程中，按照需要，可能连子控件的位置信息也需要考虑（比如我们的瀑布流）。

所有的控件在计算完自己的所需控件后，会设置自己的DesiredSize属性，表明它所需的尺寸。这一属性在之后的Arrange过程中可以使用（不过不要在非自定义布局的情况下使用哦）。

此时控件和子控件的大小都已经确定了。

我们通过继承Panel来实现自己的瀑布流布局，这么做的目的，主要是可以将Panel用于ItemsControl及其子类的ItemsPanel属性（Panel类此时或许可以有另一个名字：LayoutPolicy）。配合ItemTemplate和ItemsSource，可以方便的填充和具象数据。

让我们看看如何实现一个这样行为的MeasureOverride：

protected override Size MeasureOverride(Size availableSize)
{
    // 记录每个流的长度。因为我们用选取最短的流来添加下一个元素。
    KeyValuePair<double, int>[] flowLens = new KeyValuePair<double, int>[2];
    foreach (int idx in Enumerable.Range(0, 2))
    {
        flowLens[idx] = new KeyValuePair<double, int>(0.0, idx);
    }
 
    // 我们就用2个纵向流来演示，获取每个流的宽度。
    double flowWidth = availableSize.Width / 2;

    // 为子控件提供沿着流方向上，无限大的空间
    Size elemMeasureSize = new Size(flowWidth, double.PositiveInfinity);
 
    foreach (UIElement elem in Children)
    {
        // 让子控件计算它的大小。
        elem.Measure(elemMeasureSize);
        Size elemSize = elem.DesiredSize;
 
        double elemLen = elemSize.Height;
        var pair = flowLens[0];
 
        // 子控件添加到最短的流上，并重新计算最短流。
        // 因为我们为了求得流的长度，必须在计算大小这一步时就应用一次布局。但实际的布局还是会在Arrange步骤中完成。
        flowLens[0] = new KeyValuePair<double, int>(pair.Key + elemLen, pair.Value);
        flowLens = flowLens.OrderBy(p => p.Key).ToArray();
    }
 
    return new Size(availableSize.Width, flowLens.Last().Key);
}

返回值是该元素本身实际需要的大小。

可看出我们也没有考虑缩放的问题。如果子控件要求的大小（特别是宽度）比流的宽度要大，就会导致显示不全的情况。这一点我们可以通过ViewBox来调整，不一定要在这个panel里实现（当然有特殊需求的除外）。

至此，panel和子控件的大小计算都已结束。

ArrangeOverride方法

Arrange，一言以蔽之，设置位置和大小。

这里的大小，就是通过Measure系列方法确定的DesiredSize。

在ArrangeOverride方法中，我们要做的，同样是遍历子控件，利用它们在Measure过程中确定的大小，来为它们加上位置信息。

可以看到，虽然我们的瀑布流panel在measure过程中也记录了位置信息，但只是用于计算总大小。而在arrange过程中，位置信息将被确实的利用上。

让我们看看ArrangeOverride方法的实现。对本例来说，它和MeasureOverride十分相似。

protected override Size ArrangeOverride(Size finalSize)
{
    // 同样记录流的长度。
    KeyValuePair<double, int>[] flowLens = new KeyValuePair<double, int>[2];
 
    double flowWidth = finalSize.Width / 2;

    // 要用到流的横坐标了，我们用一个数组来记录（其实最初是想多加些花样，用数组来方便索引横向偏移。不过本例中就只进行简单的乘法了）
    double[] xs = new double[2];
 
    foreach (int idx in Enumerable.Range(0, 2))
    {
         flowLens[idx] = new KeyValuePair<double, int>(0.0, idx);
         xs[idx] = idx * flowWidth;
    }
 
    foreach (UIElement elem in Children)
    {
        // 直接获取子控件大小。
        Size elemSize = elem.DesiredSize;
        double elemLen = elemSize.Height;
 
        var pair = flowLens[0];
        double chosenFlowLen = pair.Key;
        int chosenFlowIdx = pair.Value;
 
        // 此时，我们需要设定新添加的空间的位置了，其实比measure就多了一个Point信息。接在流中上一个元素的后面。
        Point pt = new Point(xs[chosenFlowIdx], chosenFlowLen);

        // 调用Arrange进行子控件布局。并让子控件利用上整个流的宽度。
        elem.Arrange(new Rect(pt, new Size(flowWidth, elemSize.Height)));
 
        // 重新计算最短流。
        flowLens[0] = new KeyValuePair<double, int>(chosenFlowLen + elemLen, chosenFlowIdx);
        flowLens = flowLens.OrderBy(p => p.Key).ToArray();
    }
 
    // 直接返回该方法的参数。
    return finalSize;
}

至此，整个流的布局都已经完成。

效果

让我们看看，这个瀑布流实现了怎样的效果。

我们先定义个结构，主要使用随机数来造成流中元素参差不齐的效果：

class MyItem
{
    private double _height = double.NaN;
    public double Height
    {
        get
        {
            if (double.IsNaN(_height))
            {
                Random r = new Random();
                _height = 200 + (r.NextDouble() - 0.5) * 100;
            }
            return _height;
        }
    }
 
    public string Text
    {
        get; set;
    }
}

ic是一个ItemsControl（也可以是其子类，如ListView。这样我们的panel就只负责布局，至于子控件的点击行为，动画行为，全部交给ListView）。

我们在UI事件中设置数据源：

ic.ItemsSource = Enumerable.Range(0, 30).Select(i => new MyItem { Text = i.ToString() });

XAML中对ItemsControl的设置如下。Border尝试占满其水平空间。同时所有的流内容可以上下滚动。

<ItemsControl x:Name="ic">
    <ItemsControl.ItemsPanel>
        <ItemsPanelTemplate>
        <!-- 使用我们的自定义布局 -->
            <local:MyPanel />
        </ItemsPanelTemplate>
    </ItemsControl.ItemsPanel>
    <ItemsControl.Template>
        <ControlTemplate>
            <ScrollViewer>
                <ItemsPresenter/>
            </ScrollViewer>
        </ControlTemplate>
    </ItemsControl.Template>
    <ItemsControl.ItemTemplate>
        <DataTemplate>
            <Border Margin="10"
                    Height="{Binding Height}"
                    BorderBrush="Aqua"
                    BorderThickness="5"
                    HorizontalAlignment="Stretch">
                <TextBlock Text="{Binding Text}"
                           HorizontalAlignment="Center"
                           VerticalAlignment="Center"/>
            </Border>
        </DataTemplate>
    </ItemsControl.ItemTemplate>
</ItemsControl>

效果如下：

我们可以直接把ItemsControl换成ListView，再进行简单的Style设置，直接让我们的瀑布流与ListView的丰富特性融合：

<ListView x:Name="ic" SelectionMode="Multiple">
    <ListView.ItemsPanel>
        <ItemsPanelTemplate>
            <local:MyPanel />
        </ItemsPanelTemplate>
    </ListView.ItemsPanel>
    <ListView.ItemContainerStyle>
        <Style TargetType="ListViewItem">
            <Setter Property="HorizontalContentAlignment"
                    Value="Stretch"/>
        </Style>
    </ListView.ItemContainerStyle>
    <ListView.ItemTemplate>
        <DataTemplate>
            <Border Margin="10"
                    Height="{Binding Height}"
                    BorderBrush="Aqua"
                    BorderThickness="5">
                <TextBlock Text="{Binding Text}"
                           HorizontalAlignment="Center"
                           VerticalAlignment="Center"/>
            </Border>
        </DataTemplate>
    </ListView.ItemTemplate>
</ListView>

总结

这篇博客只是为大家介绍了一下对Measure和Arrange的简单尝试，但XAML中的控件却全部依赖这样的规则来完成布局。

每当大家遇到不同的控件组合达到的效果时，比如用Canvas可以让内容画在范围之外，StackPanel对其内容的处理等等，往往可以通过分析那个控件树的Measure和Arrange过程从中获得解答。

希望本文抛砖引玉，让UWP开发中出现更多有趣的设计和实现。