C#应用 - winform跨DPI的缩放一致性

前言
1，概念
2，问题
3，解决

前言

我之前做的winform应用，都是在一台分辨率1920x1080，缩放100%的电脑上开发的。且正好客户的电脑分辨率都小于等于1920x1080，缩放也是100%。直到我获得到一台分辨率1920x1080，缩放125%的新电脑。

好在最终还是找到了一种通用的方法，解决绝大部分情况下由缩放变化导致的问题。

1，概念

简单介绍几个概念

DPI：每英寸像素，即显示器用多少个像素来显示1英寸。windows系统中缩放100%相当于DPI=96，用96个像素表示1英寸。缩放125%相当于DPI=120，用120个像素表示1英寸。
Point：磅，指 1/72 英寸。缩放100%时，1point = 96 / 72 ≈ 1.3333pixel。
DPI Aware：DPI感知，桌面应用软件的一种功能，此功能会抑制系统对软件的缩放，使软件控件尺寸按开发者给定的像素显示。比如软件窗体大小尺寸为400x300，那么就会使用400x300的像素来显示窗体（或许叫DPI抑制更容易理解）。

2，问题

开发配置，IDE是VS2022，框架是.Net Framework 4.7.2。

从缩放100%转到缩放125%，会导致两个问题。

一是运行时，在缩放125%的电脑运行项目，控件和字体都会放大1.25倍，并且字体会变得模糊，同分辨率下还会导致软件页面显示不全。
二是设计时，在缩放125%的电脑用VS2022打开项目，布局显示不一样，更诡异的是有些控件变了，有些控件又没变，设计器控件尺寸与缩放100%时相同，但是字体尺寸变大了1.25倍（或者说字体尺寸相同，但是控件尺寸变小了），问题出在字体上。

反过来从缩放125%转到缩放100%，也会带来这些问题，只不过表现是反过来的。

注意这两个问题是相对独立的，需要逐个解决。

3，解决

我的目的也是两个。

一是运行时，在任意缩放的电脑上软件都是按开发者给定的像素显示。

二是设计时，在任意缩放的电脑上都具备相同的设计器开发体验。

3.1 运行时

运行时就只需要给开发的桌面软件加上DPI感知功能就行了。办法很简单，网上有已经大量文章描述，简单说一下步骤。

右键项目添加app.manifest。
在app.manifest中添加如下文字。

<dpiAwareness xmlns="http://schemas.microsoft.com/SMI/2016/WindowsSettings">PerMonitorV2</dpiAwareness>
<dpiAware xmlns="http://schemas.microsoft.com/SMI/2005/WindowsSettings">true</dpiAware>

重新编译项目运行。<dpiAware>true</dpiAware>的作用是开启DPI感知。<dpiAwareness>PerMonitorV2</dpiAwareness>的作用是动态DPI感知，即修改了缩放后不用重启电脑。
从.NET Core 3.0开始，winform就自带了DPI感知，不需要上述操作了。

3.2 设计时

3.2.1 猜测

探索过程中，我们发现控件的缩放和字体的缩放总是不同步的。那么控件尺寸和字体尺寸的区别在哪？这是否就是问题的本质呢？

事实证明猜想是对的，本质就在于控件的单位是pixel，而字体的默认单位是point。

3.2.2 分析

普通控件的尺寸为什么没事？

打开任何一个Form的Designer.cs，你可能会看到这样的代码，this.button1.Size = new Size(100, 30)。
button1.Size 存的都是像素，是绝对值。96 DPI 下写的 100px，到 120 DPI 下还是 100px。所以控件是稳定的。
而point做单位时，其占用像素数依赖DPI，像素数 = 磅数 × DPI ÷ 72。同一个9pt，在缩放 125% 的机器上渲染出来放大了 25%。于是所有尺寸由字体决定的控件都膨胀了。
哪些控件的尺寸会出问题？

比如Label，AutoSize=true时，其宽高随文字计算。
比如Button/CheckBox的文字区域。
比如DataGridView的行高(默认跟随字体尺寸)。
AutoScaleMode 从中作梗

Form有AutoScaleMode属性，其VS模板的默认值是AutoScaleMode.Font。当前 DPI 与设计时的基准不一致时，自动缩放窗体的控件布局。
1. AutoScaleMode.Font：根据字体大小的比例缩放所有控件，它会与上文point做单位时依赖DPI的膨胀叠加，让问题更加扑朔迷离
2. AutoScaleMode.DPI：根据屏幕显示分辨率缩放所有控件，让问题更加扑朔迷离
3. AutoScaleMode.None：什么都不缩放，控件按像素值表现
所以必须把AutoScaleMode设置成AutoScaleMode.None。

3.2.3 办法

清楚了原因，那么就可以转换成3个工程目标了

把项目里所有控件的Font的Unit改成pixel，并且Size按标准的DPI=96进行换算，1point = 96 / 72 ≈ 1.3333pixel。Font 的其他属性保持不变。就能使控件和字体的尺寸具有相同的表现。
把项目里所有容器(Form/UserControl/Panel/GroupBox等)的 AutoScaleMode 统一为 None。
设计时（设计器视图）和运行时都生效，且设计器里所见即所得。

这样我们至少能得到如下好处：

任意缩放下，在设计器视图都具有在缩放100%时的开发体验。
只需要修改代码，不需要修改任何开发环境或系统的设置。
在设计器中你给Control.Size或Font.Size设置成多少，那么它就会占用显示器多少个物理像素，与缩放无关。

在我看来，这是一个很棒的方法，下文重点讲解如何实现。

3.3 工程实现

3.3.1 方法一

使用正则表达式，修改所有 *.Designer.cs 中有关 Font 的语句。

举个栗子，正则表达式如下：

(.*).Font = new System.Drawing.Font\((.*), (.*)\);
替换为
$1.Font = new System.Drawing.Font($2, $3 * 96F / 72F, GraphicsUnit.Pixel);

替换效果如下：

this.label1.Font = new System.Drawing.Font("宋体", 9F);
替换为
this.label1.Font = new System.Drawing.Font("宋体", 9F * 96F / 72F, GraphicsUnit.Pixel);

具体的替换表达式要根据现有代码来定，所以非常繁琐。而且此方法有个重大的缺陷，控件从工具箱拖到窗体上时，*.Designer.cs中根本就没有生成Font相关的代码，替换也无从谈起。还须继续探索。

3.3.2 方法二

给 Form 做一个基类 FormFontUnit ，把转换逻辑放在基类，项目里所有 Form 只要继承它，就自动获得转换能力。

public partial class FormFontUnit : Form
{
    public FormFontUnit()
    {
        InitializeComponent();
    }

    private bool _designHooked;   // 防止 Site 被多次赋值时重复订阅

    // ISite是控件在设计器里的登记对象
    // 设计时，设计器给控件登记时会调用 set
    // 运行时，Site 恒为 null
    public override ISite Site
    {
        get 
        { 
            return base.Site; 
        }
        set
        {
            base.Site = value;
            if (_designHooked || value == null)
            {
                return;
            }
            _designHooked = true;
            FontUnitHelper.HookDesigner(this, value);  // 向设计器订阅 LoadComplete 事件
        }
    }

    // OnLoad在设计时和运行时都会触发
    protected override void OnLoad(EventArgs e)
    {
        base.OnLoad(e);
        // 设计时交给 LoadComplete
        // 运行时交给 OnLoad，控件树已建立，整个控件树 Font 转换
        if (LicenseManager.UsageMode == LicenseUsageMode.Runtime)
        {
            FontUnitHelper.ConvertAll(this);
        }
    }
}

// Font转换工具（pt → px），其他 Font 属性保留
public static class FontUnitHelper
{
    // 换算系数，1 point = 96/72 pixel = 1.33333
    private const float PointToPixel = 96f / 72f;

    // 设计时用，向设计器订阅"加载完成"事件
    public static void HookDesigner(Control root, ISite designSite)
    {
        IDesignerHost host = designSite.GetService(typeof(IDesignerHost)) as IDesignerHost;
        if (host == null)  // 设计器宿主，非null表示处于设计时，null表示处于运行时
        {
            return;
        }
        host.LoadComplete += (s, e) => ConvertAll(root);  // 设计器加载完成时 Font 转换
    }

    // 把 root 及其所有后代(包括 UserControl 内部)的 Font 单位全部换成 pixel
    public static void ConvertAll(Control root)
    {
        // 容器(Form/UserControl/Panel/GroupBox都是ContainerControl)的AutoScaleMode统一为None
        // 必须在改字体之前统一为None，防止字体变化触发布局自动缩放导致控件错位
        if (root is ContainerControl containerControl && containerControl.AutoScaleMode != AutoScaleMode.None)
        {
            containerControl.AutoScaleMode = AutoScaleMode.None;
        }

        // 转换自身字体
        ConvertFont(root);

        // DataGridView 的单元格字体是独立对象，不在 Control.Font 体系里，单独处理
        // 此处只列举了 DataGridView，其他类似控件也需要在此处理
        if (root is DataGridView dataGridView)
        {
            dataGridView.DefaultCellStyle.Font = ConvertFont(dataGridView.DefaultCellStyle.Font);
        }

        // 递归所有子控件
        foreach (Control c in root.Controls)
        {
            ConvertAll(c);
        }
    }

    // Font转换（pt → px）
    public static Font ConvertFont(Font old)
    {
        // 仅当单位是 Point 时换算
        if (old == null || old.Unit != GraphicsUnit.Point)
        {
            return old;
        }
        return new Font(old.FontFamily, old.Size * PointToPixel, old.Style, GraphicsUnit.Pixel, old.GdiCharSet, old.GdiVerticalFont);
    }

    // Font转换（pt → px）
    private static void ConvertFont(Control c)
    {
        Font newFont = ConvertFont(c.Font);
        if (!ReferenceEquals(newFont, c.Font))
        {
            c.Font = newFont;
        }
    }
}

ConvertAll是递归找出所有控件的Font重新赋值（注意某些特殊控件比如DataGridView需要单独处理）。
在设计时通过LoadComplete事件调用ConvertAll，在运行时通过OnLoad方法触发调用ConvertAll。

使用上很简单，让所有Form继承FormFontUnit就完事了。

public partial class Form1 : FormFontUnit  //Form
{
    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
    }
}

编译项目跑起来，没错这就是我要的效果！

然后对于UserControl，依葫芦画瓢，定义了UserControlFontUnit

public partial class UserControlFontUnit : UserControl
{
    public UserControlFontUnit()
    {
    	InitializeComponent();
    }
    // 其余代码与FormFontUnit一模一样
}

然后让所有Form继承FormFontUnit，所有UserControl继承UserControlFontUnit，勉强算大功告成了。

3.3.3 FormFontUnit详解

先补充3个基础概念

Font是自动继承的：控件没有设置过 Font 时，Designer.cs 里没有给控件 Font 赋值。控件就会当场向父容器要，labe控件 → 没有Font → 问窗体 → 窗体也没有 → 继续问基类。并且窗体 Font 一变，所有没设置过 Font 的子控件立刻跟着变。
设计器的奇葩行为：设计器只实例化基类，然后对基类执行 Designer.cs 中的的语句。比如打开 Form1 的设计器时，VS 不创建 Form1 这个类的实例，而是真实地 new 一个基类 FormFontUnit，然后调用基类的 OnLoad 方法，此时控件树还没有建立。最后把 Form1.Designer.cs 里的语句逐行执行到这个基类实例上，比如 new Label、设置属性、添加控件。而 Form1 自己的任何代码（构造函数、OnLoad）一行都不会运行。
VS保存规则：键盘 Ctrl+S 保存时，VS 按内存里对象的当前值整体重新生成 Designer.cs 文件。但有一条省略规则，当前值与属性默认值或继承值相同时不会写到Designer.cs，反之则显式写出。

让Form1继承FormFontUnit，打开Form1的设计器时，设计时完整时间线如下

T1：反序列化开始，设计器读取Form1.Designer.cs
T2：创建根实例，即new FormFontUnit()，调用构造函数，执行InitializeComponent方法
T3：设计器显示FormFontUnit实例，OnLoad触发，此处选择跳过ConvertAll。理由如下，此刻Controls是空的，执行ConvertAll只能改变自己，而且后面有LoadComplete兜底，所以跳过就好
T4：执行Form1.Designer.cs的InitializeComponent方法，应用到根实例上，比如AutoScaleMode = AutoScaleMode.Font，控件的Font设置成"宋体 9pt"等
T5：根实例构建完成，触发LoadComplete事件，调用ConvertAll(this)，重新把AutoScaleMode.Font变成AutoScaleMode.None，Font.Unit=Point 变成Font.Unit=Pixel，设计时达到最终正确状态
T6 ：按 Ctrl+S 保存文件，重新生成Form1.Designer.cs文件，达到AutoScaleMode.None + Font.Unit=Pixel的目标状态。此处有个小技巧，若 Ctrl+S 是灰的，随便拖动一个控件再拖回原位（把文档标脏）再保存，注意观察保存后Designer.cs文件的具体变化。

然后把exe跑起来，运行时完整时间线如下

T1：创建Form1，即 new Form1，执行InitializeComponent
T2：窗体显示之前，触发OnLoad，执行ConvertAll(this)，对整颗控件树进行AutoScaleMode和Font.Unit的转换

3.3.4 探查ConvertAll的调用

在FormFontUnit的OnLoad方法增加一行MessageBox.Show

protected override void OnLoad(EventArgs e)
{
    base.OnLoad(e);
    MessageBox.Show($"OnLoad {LicenseManager.UsageMode} {(DesignMode ? "DesignMode":"RunMode")}\r\n");  // 新增
    // 设计时交给 LoadComplete
    // 运行时交给 OnLoad，控件树已建立，整个控件树 Font 转换
    if (LicenseManager.UsageMode == LicenseUsageMode.Runtime)
    {
        FontUnitHelper.ConvertAll(this);
    }
}

在FontUnitHelper的ConvertAll方法增加一行MessageBox.Show

public static void ConvertAll(Control root)
{
    MessageBox.Show($"{ LicenseManager.UsageMode} {(root.Site.DesignMode ? "DesignMode":"RunMode")} {root.Name}\r\n");  // 新增
    ...原有代码...
}

然后新建Form1继承FormFontUnit，双击Form1.cs，打开设计器之前就会有弹窗了。先弹出OnLoad，然后弹出FormFontUnit。

说明在设计时，确实先触发的OnLoad，然后触发LoadComplete。
说明LicenseManager.UsageMode只能在LoadComplete触发前正确反应当前模式。
说明DesignMode属性整个设计时都能正确反应当前模式。

posted @ 2025-06-10 11:27 tossorrow 阅读(1158) 评论(0) 收藏举报

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