深入理解WPF中的依赖注入和控制反转

在WPF开发中，依赖注入（Dependency Injection）和控制反转（Inversion of Control）是程序解耦的关键，在当今软件工程中占有举足轻重的地位，两者之间有着密不可分的联系。今天就以一个简单的小例子，简述如何在WPF中实现依赖注入和控制反转，仅供学习分享使用，如有不足之处，还请指正。

什么是依赖注入和控制反转？

依赖注入又称为依赖项注入，那什么是依赖项呢？比如在一个类A中，实现某中功能，而此功能是另外一个类B实现的，那就说明A依赖B，B就是A的依赖项。或者是另一个对象A所依赖的对象B。示例如下：

namespace DemoIoc
{
    public class MessageWriter
    {
        public void Print(string message)
        {
            Console.WriteLine($"MessageWriter.Write(message: \"{message}\")");
        }
    }
 
    public class Worker : BackgroundService
    {
        private readonly MessageWriter writer = new();
 
        protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
        {
            while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
            {
                writer.Print($"Worker running at: {DateTimeOffset.Now}");
                await Task.Delay(1_000, stoppingToken);
            }
        }
    }
}

注意：在上述示例中，Worker类依赖于MessageWriter类，所以MessageWriter就是Worker的依赖项。 硬编码的依赖项（如前面的示例）会产生问题，应避免使用。

强依赖关系具有以下几个问题：

如果要用不同的实现替换 MessageWriter，必须修改 Worker 类。
如果 MessageWriter 具有依赖项，则必须由 Worker 类对其进行配置，且很难进行初始化。
这种实现很难进行单元测试。

那如何解决上述依赖关系所造成的弊端呢？答案就是依赖项注入。可通过如下几个步骤实现：

使用接口或基类将依赖关系实现抽象化。
在服务容器中注册依赖关系。
将服务注入到使用它的类的构造函数中。

.NET 提供了一个内置的服务容器 IServiceProvider。服务通常在应用启动时注册，并追加到 IServiceCollection。添加所有服务后，可以使用 BuildServiceProvider 创建服务容器。框架负责创建依赖关系的实例，并在不再需要时将其释放。

简单一句话说：依赖注入（DI）将所依赖的对象参数化，接口化，并且将依赖对象的创建和释放剥离出来，这样就做到了解耦，并且实现了控制反转（IoC）。

控制反转（IoC）具有如下两个特点：

高等级的代码不能依赖低等级的代码；
抽象接口不能依赖具体实现；

控制反转解决代码的强耦合，增加了代码的可扩展性。依赖注入将依赖具体实现类和控制实现类的创建和释放，变成了依赖接口或抽象类，不再控制接口的创建和释放。两者之间相辅相成，互相成就。

WPF中实现依赖注入的步骤

1. 安装DI库

首先创建一个WPF应用程序，然后在Nuget包管理器中安装微软提供的依赖注入库【Microsoft.Extensions.DependencyInjection】，如下所示：

2. 创建接口和实现类

创建测试用的接口ITextService和实现类TextService，如下所示：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
 
namespace DemoIoc
{
    public interface ITextService
    {
       public string GetText();
    }
 
    public class TextService : ITextService
    {
        public string GetText()
        {
            return DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff");
        }
    }
}

3. 接口注入

在需要调用的地方（如：MainWindow）进行ITextService接口注入，如下所示：

namespace DemoIoc
{
    /// <summary>
    /// Interaction logic for MainWindow.xaml
    /// </summary>
    public partial class MainWindow : Window
    {
        private ITextService textService;
 
        public MainWindow(ITextService textService)
        {
            this.textService = textService;
            InitializeComponent();
        }
 
        private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            this.txtCurrentTime.Text = textService.GetText();
        }
    }
}

注意：以上可以看出MainWindow依赖ITextService接口，而不依赖于接口的实现。这样就实现了依赖注入。

4. 配置容器

在启动程序App.xaml.cs中，添加当前对象成员，和服务提供对象，并在实例化服务对象的时候一次性注册，以便在后续需要的时候进行获取。如下所示：

namespace DemoIoc
{
    /// <summary>
    /// Interaction logic for App.xaml
    /// </summary>
    public partial class App : Application
    {
        /// <summary>
        /// 获取当前 App 实例
        /// </summary>
        public new static App Current => (App)Application.Current;
        /// <summary>
        /// 获取存放应用服务的容器
        /// </summary>
        public IServiceProvider ServiceProvider { get; }
 
        public App()
        {
            ServiceProvider = ConfigureServices();
        }
 
        /// <summary>
        /// 配置应用的服务
        /// </summary>
        private static IServiceProvider ConfigureServices()
        {
            var serviceCollection = new ServiceCollection()
                .AddSingleton<ITextService,TextService>()
                .AddSingleton<MainWindow>();
                
            return serviceCollection.BuildServiceProvider();
        }
 
        protected override void OnStartup(StartupEventArgs e)
        {
            var mainWindow = ServiceProvider.GetRequiredService<MainWindow>();
            mainWindow.Show();
        }
    }
}

注意：在此示例中，MainWindow通过服务注册的方式进行实例化，所以需要删除默认的App.xaml中StartUri属性设置，否则将提示默认构造函数不存在。