Windowsアプリ開発WPFの紹介：概要と特徴

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Windowsアプリケーション開発の新時代：WPF（Windows Presentation Foundation）徹底解説

デスクトップアプリケーション開発は、長い歴史の中で様々な技術を生み出してきました。特にWindowsプラットフォームにおいては、時代と共に進化するユーザーインターフェースの要求に応えるため、新しいフレームワークが登場し続けています。その中でも、モダンなWindowsアプリケーション開発において重要な役割を担っているのが、WPF (Windows Presentation Foundation) です。

この記事では、WPFとは何かという基本的な概要から、その核心をなす多様な特徴、そしてそれぞれの機能がアプリケーション開発にどのような恩恵をもたらすのかを、詳細かつ網羅的に解説します。約5000語にわたるこの解説を通じて、WPFがなぜ強力で柔軟なフレームワークであるのか、そしてどのような開発に適しているのかを深く理解していただけるでしょう。

第1部：WPFの概要 – なぜWPFは生まれたのか？

1.1 WPFとは何か？

WPF（Windows Presentation Foundation）は、Microsoftによって開発された、Windowsデスクトップアプリケーション向けのUI（ユーザーインターフェース）フレームワークです。 .NET Framework (後に .NET Core, .NET 5+ へと進化) の一部として提供されており、リッチなグラフィックス、マルチメディア、データバインディング、宣言的なUI定義など、従来のWindows開発技術にはなかった強力な機能を提供します。

従来のWindows開発技術の代表格である Windows Forms (WinForms) と比較すると、WPFは描画エンジンやUI構築のアプローチが根本的に異なります。WinFormsがGDI/GDI+という古い描画技術を基盤としており、コントロールがOSのネイティブコントロールに大きく依存していたのに対し、WPFはDirectXを基盤としており、すべてのUI要素をベクターベースで自前で描画します。これにより、スケーラビリティ、表現力、ハードウェアアクセラレーションによるパフォーマンス向上を実現しています。

1.2 WPFの歴史と位置づけ

WPFは、Windows Vistaの一部として初めて導入されました。その開発は「Avalon」というコードネームで進められ、Windowsの次世代UIプラットフォームを目指すものとして注目を集めました。当時のWindows開発の主流はWinFormsでしたが、Web技術の進化に伴い、より表現力豊かでインタラクティブなUIが求められるようになっていました。

WPFは、こうしたニーズに応えるため、以下の点を革新しました。

• 宣言的なUI定義: UIをコードで記述するだけでなく、XMLベースのマークアップ言語であるXAML (Extensible Application Markup Language) を用いて定義できるようになった。
• 強力なデータバインディング: UI要素とデータソースを簡単に連携させ、データの変更がUIに自動的に反映される仕組みを提供。
• 柔軟なスタイルとテンプレート: UI要素の外観や構造をカスタマイズするための強力な機能。
• ベクターベース描画: 拡大縮小しても劣化しない高品質なグラフィックス表現。
• ハードウェアアクセラレーション: GPUを活用した高速な描画。

登場当初は学習コストの高さから普及に時間がかかりましたが、.NET Frameworkの成熟と共にその真価が認識され、エンタープライズアプリケーションや高機能なデスクトップツール開発で広く利用されるようになりました。

そして、.NET Coreおよびその後の .NET 5 以降のクロスプラットフォーム化の流れの中で、WPFはWindows固有のフレームワークとして位置づけられつつも、.NET Standardへの準拠やパフォーマンス改善が進められ、現在もWindowsデスクトップアプリケーション開発の主要な選択肢の一つであり続けています。特に、既存の.NET資産を活用したい場合や、Windowsプラットフォームの高度な機能を利用したい場合に強みを発揮します。

第2部：WPFの核となる特徴 – 表現力と柔軟性

WPFがWinFormsなどの従来の技術と一線を画す最大の理由は、その設計思想と提供される機能群にあります。ここでは、WPFの核となる主要な特徴を一つずつ掘り下げていきます。

2.1 XAML (Extensible Application Markup Language)

WPFの最も象徴的な特徴の一つが、UIの定義にXAMLを採用していることです。XAMLはXMLをベースとした宣言型言語であり、UI要素の配置、プロパティの設定、イベントハンドラーの関連付けなどを、コード（C#やVB.NETなど）から分離して記述できます。

なぜXAMLを使うのか？

• UIとロジックの分離: XAMLファイルにUI構造、コードビハインドファイル（.xaml.csなど）にイベント処理やビジネスロジックを記述することで、役割分担が明確になり、コードの可読性や保守性が向上します。デザイナーはXAMLファイルでUIを編集し、開発者はコードビハインドでロジックを実装するといった分業もしやすくなります。
• 視覚的な表現の容易さ: UIの階層構造（コントロールが別のコントロールに含まれる構造）やプロパティの設定を、タグと属性の形で直感的に記述できます。特に、複雑なレイアウトや視覚効果を定義する際に、コードで書くよりもはるかに簡潔になります。
• ツール連携: Visual Studioなどの開発ツールは、XAMLエディターやビジュアルデザイナーを提供しており、XAMLによるUI開発を強力にサポートします。リアルタイムプレビュー機能などもあり、開発効率が向上します。
• 宣言性: XAMLは「何があるべきか（What）」を記述する宣言型であるため、UIの状態遷移などを考慮せずに最終的なUIの構造を定義できます。これは、コードで「どうやって描画するか（How）」を記述する手続き型プログラミングとは対照的です。

XAMLの基本的な構造

XAMLドキュメントはXMLのルート要素を持ち、その中にUI要素をネストして配置していきます。各要素はXAMLファイル内のオブジェクトに対応し、属性はオブジェクトのプロパティに対応します。

xml
<Window x:Class="MyWpfApp.MainWindow"
xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
Title="Hello WPF" Height="450" Width="800">
<Grid>
<Button Content="Click Me!" HorizontalAlignment="Center" VerticalAlignment="Center" Click="Button_Click"/>
</Grid>
</Window>

この例では、Windowがルート要素で、その中にGridパネル、さらにその中にButtonコントロールが配置されています。各要素の属性（例: Title, Height, Width, Content, HorizontalAlignmentなど）は、対応するプロパティに値を設定しています。x:Class属性は、このXAMLファイルに対応するコードビハインドクラスを指定します。Click="Button_Click"は、ボタンのClickイベントが発生したときに、コードビハインドのButton_Clickというメソッドを実行することを指定しています。

XAMLはUI定義に特化していますが、単なる静的なレイアウト記述にとどまりません。データバインディング、スタイル、テンプレート、アニメーションなどもXAML内で宣言的に記述できるため、非常に表現力の高いUIを構築することが可能です。

2.2 強力なデータバインディング (Data Binding)

WPFの最も重要な機能の一つが、データバインディングです。これは、UI要素のプロパティと、アプリケーションのデータソース（例えば、オブジェクトのプロパティ、データベース、XMLなど）を連携させるメカニズムです。データの変更がUIに自動的に反映されたり、UI上でのユーザー入力がデータに自動的に反映されたりするように構成できます。

なぜデータバインディングが強力なのか？

• UIとデータの同期: データとUIの状態を常に同期させるための定型的なコード（例: データを表示するためにUI要素のプロパティを手動で更新するコード）を大幅に削減できます。これにより、コード量が減り、バグの発生確率も低下します。
• 表現力の向上: データに基づいてUIの外観や振る舞いを動的に変更することが容易になります。
• MVVMパターンの実現: データバインディングは、Model-View-ViewModel (MVVM) というデザインパターンと非常に相性が良いです。MVVMパターンでは、UI (View) はデータ (Model) とビジネスロジック (ViewModel) から完全に分離され、データバインディングを通じてのみViewModelと通信します。これにより、コードのテスト容易性、再利用性、保守性が大幅に向上します。

データバインディングの基本的な概念

• Source (ソース): バインド元のデータオブジェクト。CLRオブジェクトのプロパティ、ADO.NETオブジェクト、XMLデータなどがソースになり得ます。
• Target (ターゲット): バインド先のUI要素のプロパティ。通常はDependency Propertyである必要があります。
• Binding (バインディング): ソースとターゲットを接続するオブジェクト。バインディングの設定（パス、モード、コンバーターなど）を定義します。
• Path (パス): ソースオブジェクト内でバインド対象のプロパティを指定します（例: Name, Address.City, Customers[0].Nameなど）。
• Mode (モード): データフローの方向を指定します。
  • OneWay: ソースの変更がターゲットに伝播（最も一般的）。
  • TwoWay: ソースとターゲットの相互に変更が伝播（テキストボックスなど、ユーザー入力がある場合）。
  • OneTime: アプリケーション起動時など、初期化時に一度だけソースからターゲットに伝播。
  • OneWayToSource: ターゲットの変更がソースに伝播（あまり一般的ではない）。
• Converter (コンバーター): ソースデータの型をターゲットプロパティの型に変換したり、表示形式を調整したりするためのカスタムクラス。IValueConverterインターフェースを実装します。
• Validation (検証): データがターゲットに設定される前に、そのデータの妥当性を検証する機能。

XAMLでのバインディング記述例

“`xml

<!-- TextBoxのTextプロパティを、PersonオブジェクトのAgeプロパティにTwoWayでバインド -->
<!-- UpdateSourceTrigger=PropertyChangedで、テキスト入力のたびに即時ソースを更新 -->
<TextBox Text="{Binding Age, Mode=TwoWay, UpdateSourceTrigger=PropertyChanged}"/>

<!-- ImageのSourceプロパティを、FilePathプロパティにバインドし、コンバーターを使ってパスを画像ソースに変換 -->
<Image Source="{Binding FilePath, Converter={StaticResource FilePathToImageSourceConverter}}"/>

“`

データバインディングは、特にViewModelのプロパティをUI要素にバインドするMVVMパターンと組み合わせることで、WPFアプリケーションの設計の基盤となります。これにより、UIはデータソースと完全に分離され、ViewModelはテスト可能な純粋なC#コードとして実装できます。

2.3 スタイルとテンプレート (Styling and Templating)

WPFは、アプリケーションの見た目（外観）と構造（テンプレート）を、ロジックから分離して定義するための強力なメカニズムを提供します。これにより、一貫性のあるUIデザインを簡単に適用したり、既存のコントロールの見た目を完全にカスタマイズしたりすることが可能です。

スタイル (Styles)

スタイルは、一つ以上のプロパティ値の集まりであり、それを複数のコントロールに適用することで、共通の見た目を定義します。例えば、すべてのボタンの背景色とフォントサイズを統一したい場合にスタイルを使用します。

スタイルはXAMLで定義され、Style要素を使用します。TargetType属性でスタイルを適用するコントロールの種類を指定し、Setter要素でプロパティ名と値を指定します。

“`xml

<!-- Keyを指定し、特定のButtonのみに適用できるスタイル -->
<Style TargetType="Button" x:Key="CautionButtonStyle">
    <Setter Property="Background" Value="Red"/>
    <Setter Property="Foreground" Value="White"/>
    <Setter Property="FontWeight" Value="Bold"/>
</Style>

“`

スタイルは、リソースとして定義することで、アプリケーション全体、ウィンドウ単位、または特定の要素内で共有できます。TargetTypeのみを指定すると、その型のすべての要素に暗黙的にスタイルが適用されます。x:Keyを指定すると、そのキーを使って明示的にスタイルを適用する必要があります。

スタイルには、Triggerを含めることもできます。トリガーは、プロパティの値が特定の値になったとき（PropertyTrigger）、要素が特定の状態になったとき（EventTrigger）、またはデータが特定の条件を満たしたとき（DataTrigger）に、プロパティ値を変更したりアニメーションを開始したりする機能です。例えば、マウスカーソルがボタンの上に乗ったときに背景色を変えるといったインタラクションを定義できます。

テンプレート (Templates)

WPFにおけるテンプレートは、コントロールの視覚的な構造を定義するものです。最もよく使われるのは ControlTemplate で、これによりボタンやリストボックスなどのコントロールの見た目を完全に再定義できます。WinFormsではコントロールの外観をカスタマイズするには複雑なオーナー描画などが必要でしたが、WPFではXAMLを使って簡単に実現できます。

例えば、角丸のボタンや、テキストとアイコンが並んだボタンなど、標準のボタンとは全く異なる見た目のボタンを作りたい場合にControlTemplateを使用します。

“`xml

“`

この例では、ButtonのControlTemplateを再定義し、ボタンの見た目をEllipse（楕円）とContentPresenter（ボタンのコンテンツ、この場合はテキストを表示する部分）の組み合わせに変更しています。TemplateBindingは、テンプレート内部の要素のプロパティを、テンプレートが適用されるコントロール自体のプロパティにバインドするために使用します。これにより、テンプレートを適用した後でも、コントロールのBackgroundやContentプロパティを設定することで、見た目を調整できます。

ControlTemplate以外にも、データの表示方法を定義する DataTemplate や、パネルの要素の配置方法を定義する ItemsPanelTemplate などがあります。DataTemplateは、リストボックスやデータグリッドなどのItemsSourceにバインドされたデータの各項目をどのように表示するかを定義する際によく使用され、データバインディングと組み合わせて動的なUI表示を実現します。

スタイルとテンプレートは、WPFアプリケーションのブランドイメージを統一したり、ユーザーエクスペリエンスを向上させたりするために不可欠な機能です。これらを活用することで、開発者はコードロジックに集中しつつ、デザイナーは自由にUIデザインを追求することが可能になります。

2.4 柔軟なレイアウトシステム (Layout System)

WPFは、要素の配置を管理するための非常に柔軟で強力なレイアウトシステムを提供します。これは、コンテナとなる「パネル」と呼ばれる要素と、各要素が持つレイアウト関連のプロパティ（Width, Height, Margin, Padding, HorizontalAlignment, VerticalAlignmentなど）によって成り立っています。

WPFのレイアウトシステムは、以下の2段階のプロセスで動作します。

1. Measure (測定): 各要素が親パネルに対して、自身の希望するサイズ（理想的なサイズ）を要求します。パネルは子要素に利用可能なスペースを伝え、子要素はその情報に基づいて自身のサイズを計算します。
2. Arrange (配置): 親パネルは、子要素の測定結果と自身の利用可能なスペースに基づいて、各子要素の最終的なサイズと位置を決定し、配置します。

この双方向のコミュニケーションにより、要素はコンテンツに応じてサイズを調整したり、親パネルのサイズ変更に自動的に対応したりできます。

WPFが提供する主なパネルの種類：

• Grid: 行と列を持つテーブルのようなレイアウトを作成できます。各セル内に要素を配置したり、要素が複数のセルにまたがるように設定したりできます。非常に柔軟で、複雑なレイアウトを構築する際によく使用されます。行や列のサイズを固定、自動、または相対的に指定できます。
• StackPanel: 子要素を垂直方向または水平方向に一列に積み重ねて配置します。シンプルなリスト表示などに適しています。
• DockPanel: 子要素を上、下、左、右、または中央にドッキングさせて配置します。ツールバーやステータスバーのようなUIレイアウトに便利です。
• Canvas: 子要素を絶対座標で配置します。グラフィックス描画やドラッグ＆ドロップ操作など、要素の正確な位置指定が必要な場合に使用します。
• WrapPanel: 子要素を指定された方向に配置していき、スペースがなくなると自動的に次の行や列に折り返します。タグクラウドやフローティングレイアウトに適しています。
• UniformGrid: すべての子要素を同じサイズで、グリッド状に配置します。ボタンの並びなど、等間隔に要素を配置したい場合に便利です。

これらのパネルを組み合わせたり、パネルの中に別のパネルをネストしたりすることで、どんなに複雑なUIレイアウトでも柔軟に実現できます。要素のHorizontalAlignmentやVerticalAlignmentプロパティ（Left, Right, Center, Stretch）は、親パネルによって要素に割り当てられたスペース内で、要素がどのように配置されるかを制御します。Stretchを指定すると、利用可能なスペースいっぱいに引き伸ばされます。

2.5 リッチなグラフィックスとマルチメディア (Graphics and Multimedia)

WPFは、DirectXを基盤とした独自の描画エンジンを持っているため、非常にリッチなグラフィックス表現とマルチメディア統合が可能です。

• ベクターベース描画: すべてのUI要素はベクターベースで描画されます。これにより、ウィンドウサイズを変更しても、要素がぼやけたり劣化したりすることなく、鮮明に表示されます。高解像度ディスプレイにも美しく対応します。線、図形、パスなどをXAMLで簡単に描画できます。
• ハードウェアアクセラレーション: WPFの描画処理は、可能な限りGPU（Graphics Processing Unit）によってハードウェアアクセラレーションされます。これにより、CPUへの負荷を軽減し、滑らかで応答性の高いUIを実現します。特に、アニメーションや複雑な視覚効果を使用する場合に効果を発揮します。
• 柔軟な変形 (Transforms): 要素を回転、拡大縮小、傾斜、平行移動させるといった2D変換を簡単に適用できます。複数の変換を組み合わせることも可能です。
• 視覚効果 (Effects): 要素にビットマップ効果（ドロップシャドウ、ぼかし、グローなど）を適用できます。カスタムシェーダーを作成して、より高度な視覚効果を実現することも可能です。
• アニメーション (Animations): 要素のプロパティ（位置、サイズ、色、回転角度など）を時間経過と共に滑らかに変化させるアニメーションを簡単に作成できます。XAMLで宣言的に定義することも、コードで制御することも可能です。アニメーションは、プロパティトリガーやイベントトリガーと組み合わせて、ユーザーインタラクションに応じて動的に開始できます。
• 3Dグラフィックス: WPFは限定的ですが3Dグラフィックスの表示もサポートしています。DirectXの機能を活用して、3DモデルをUI内に埋め込んだり、UI要素を3D空間に配置したりすることが可能です。
• マルチメディア統合: MediaElementコントロールを使用することで、ビデオファイル（WMV, MPG, AVIなど）やオーディオファイル（WAV, MP3など）をアプリケーション内で簡単に再生できます。

これらのグラフィックスおよびマルチメディア機能により、WPFは従来のデスクトップアプリケーションの枠を超えた、リッチでインタラクティブなユーザーエクスペリエンスを提供できます。企業の基幹システムのようなビジネスアプリケーションであっても、適切なグラフィカル要素やアニメーションを取り入れることで、ユーザーの操作性を向上させ、より魅力的なUIを構築することが可能です。

2.6 豊富なコントロール群とカスタムコントロール (Controls and Custom Controls)

WPFは、ボタン、テキストボックス、ラベル、リストボックス、データグリッド、ツリービューなど、一般的なUI開発に必要な標準コントロールを豊富に提供しています。これらのコントロールは、XAMLとデータバインディング、スタイル、テンプレートをフル活用できるように設計されています。

標準コントロールの活用

WPFの標準コントロールは、その多くがXAMLで容易に構成でき、データバインディングのターゲットとして使用できます。また、前述のスタイルとテンプレートを使って、これらのコントロールの外観や構造を完全にカスタマイズできます。これは、WinFormsのようにOSのネイティブコントロールに依存しているフレームワークでは難しかった点です。WPFでは、例えばボタンの中にテキストだけでなく画像や他のコントロールを配置するといったことが、テンプレートを編集するだけで実現できます。

カスタムコントロールの作成

標準コントロールだけでは要件を満たせない場合や、独自のデザインを持つ再利用可能なUI要素を作成したい場合は、カスタムコントロールを作成できます。WPFにはカスタムコントロールを作成するための複数の方法があります。

• UserControl: 複数の既存コントロールを組み合わせて一つの新しいコントロールとしてまとめる最も簡単な方法です。XAMLファイルとコードビハインドで構成され、再利用可能なUI部品として扱えます。
• Custom Control: 既存のコントロールを継承するか、Controlクラスを直接継承して、全く新しい種類のコントロールを作成する方法です。ControlTemplateによって見た目が定義されるため、見た目とロジックが完全に分離されます。この方法で作成されたコントロールは、標準コントロールと同じようにスタイルやテンプレートでカスタマイズ可能です。より複雑で高度なコントロールを作成する場合に使用されます。
• Templated Control: これは実質的にControlを継承してテンプレートで見た目を定義する形式を指します。
• DrawingVisual / Shape: より低レベルなグラフィックス描画を直接行う場合に使用します。カスタムのシェイプや描画要素を作成できます。

カスタムコントロールを作成することで、アプリケーション全体で一貫したUI要素を使用したり、複雑なUIロジックをカプセル化したりすることが可能になり、コードの再利用性と保守性が向上します。

2.7 依存関係プロパティとルーテッドイベント (Dependency Properties and Routed Events)

WPFのフレームワークを理解する上で非常に重要な概念が、依存関係プロパティ (Dependency Properties) と ルーテッドイベント (Routed Events) です。これらは、WPFのデータバインディング、スタイル、アニメーション、リソースシステムなどが機能するための基盤を提供します。

依存関係プロパティ (Dependency Properties)

WPFのほとんどのプロパティ（例えば、Button.Content, FrameworkElement.Width, Control.Backgroundなど）は、通常のCLRプロパティではなく、依存関係プロパティとして実装されています。依存関係プロパティは、WPFのプロパティシステムによって管理される特別なプロパティであり、以下の機能を提供します。

• プロパティ値の継承: 親要素から子要素にプロパティ値が継承される（例: TextBlockのFontSizeやFontFamily）。
• データバインディング: データバインディングのターゲットとして機能できる。
• スタイルとテンプレート: スタイルセッターやテンプレートバインディングの対象となる。
• アニメーション: 時間経過と共に値を変化させるアニメーションが可能。
• プロパティ値の優先順位: 値が設定される優先順位（ローカル値 > スタイル > テンプレート > 継承値 > デフォルト値など）をシステムが自動的に管理する。
• プロパティ変更通知: プロパティの値が変更されたときに通知を受けることができる（データバインディングなどで利用される）。

依存関係プロパティは、DependencyPropertyという型の静的フィールドとして定義され、CLRプロパティは、この依存関係プロパティをラップするアクセサーとして機能します（いわゆる「プロパティラッパー」）。開発者は、自身のカスタムクラスでもDependencyObjectを継承し、DependencyProperty.Registerメソッドを使って依存関係プロパティを定義できます。

ルーテッドイベント (Routed Events)

WPFのイベント（例えば、Button.Click, UIElement.MouseDown, FrameworkElement.Loadedなど）は、通常のCLRイベントに加えて、ルーテッドイベントという仕組みを持っています。ルーテッドイベントは、要素ツリー（XAMLで定義されたUI要素の階層構造）を通じてイベントが伝播する機能です。伝播の方向には主に3種類あります。

1. Bubbling (バブリング): イベントが発生した要素から始まり、親要素へとツリーを上方向に伝播していく（例: Click, MouseUp）。
2. Tunneling (トンネル): ツリーのルート要素から始まり、イベントが発生した要素へと下方向に伝播していく。通常、イベント名が”Preview”で始まるイベントがこの伝播タイプを持つ（例: PreviewMouseDown）。これは、子要素がイベントを処理する前に親要素がイベントを傍受したい場合に使用します。
3. Direct (ダイレクト): 他のプログラミング言語の標準的なイベントと同じように、イベントが発生した要素のみで処理される。ツリーを伝播しない（例: MouseEnter）。

ルーテッドイベントにより、イベント処理を要素ツリーの上位で一元化したり（添付イベント機能と組み合わせることで、子のイベントを親でまとめて処理）、親要素が子の入力イベントを傍受して特定の操作を抑制したりといったことが可能になります。イベントハンドラーは、イベントが処理済みであるかを示すフラグ（Handledプロパティ）を設定することで、それ以降の伝播を停止させることができます。

依存関係プロパティとルーテッドイベントは、WPFの多くの高度な機能が動作するための内部メカニズムであり、これらを理解することは、WPFを深く使いこなす上で非常に重要です。

2.8 リソースシステム (Resource System)

WPFのリソースシステムは、色、ブラシ、スタイル、テンプレート、文字列、画像、オブジェクトなどの再利用可能な要素を、一箇所にまとめて管理するための機能です。これにより、アプリケーション全体で一貫性のあるデザインを適用したり、コードの重複を避けて保守性を高めたりすることができます。

リソースは、Resourcesプロパティを持つあらゆる要素（FrameworkElementを継承した要素など）に定義できますが、一般的にはWindowやApplicationレベルで定義されます。

• 要素レベルのリソース: 特定の要素とその子要素から参照可能なリソース。
• ウィンドウレベルのリソース: ウィンドウ全体とその子要素から参照可能なリソース。
• アプリケーションレベルのリソース: アプリケーション全体から参照可能なリソース。App.xamlで定義します。

リソースは、x:Key属性で一意の名前（キー）を付けて定義します。定義したリソースは、StaticResourceまたはDynamicResourceというマークアップ拡張を使って参照します。

“`xml

    <!-- スタイルをリソースとして定義 -->
    <Style TargetType="Button" x:Key="CommonButtonStyle">
        <Setter Property="Margin" Value="5"/>
        <Setter Property="Padding" Value="8"/>
    </Style>
</Window.Resources>

<StackPanel>
    <!-- StaticResourceを使ってリソースを参照 -->
    <TextBlock Text="Highlighted Text" Background="{StaticResource HighlightBrush}"/>

    <!-- StaticResourceを使ってスタイルを適用 -->
    <Button Content="Apply Style" Style="{StaticResource CommonButtonStyle}"/>
</StackPanel>

“`

StaticResource と DynamicResource の違い:

• StaticResource: リソースが使用される際に一度だけ解決されます。リソースが定義された後で値が変更されても、その変更は参照元に反映されません。パフォーマンスがわずかに優れています。ほとんどの場合に使用されます。
• DynamicResource: リソースが使用されるたびに、またはリソースの値が変更されたときに再解決されます。リソースの定義を後から変更したり、システム設定（例: テーマやシステムカラー）に依存するリソースを参照したりする場合に使用します。アプリケーションの実行中にテーマを切り替えたい場合などに便利です。

また、リソースディクショナリ (Resource Dictionary) という仕組みを使うと、複数のリソースを別のXAMLファイルにまとめて定義し、それを別のXAMLファイルから参照できます。これにより、リソースの管理が容易になり、アプリケーションのテーマやデザインを構造化できます。複数のリソースディクショナリを結合して使用することも可能です。

リソースシステムは、WPFアプリケーションのデザインの一貫性を保ち、開発効率を向上させるための重要な機能です。

2.9 コマンド (Commanding)

WPFのコマンドシステムは、ユーザーインタフェースからのアクション要求（例えば、ボタンクリックやメニュー選択）を、そのアクションを実行するロジックから分離するための仕組みです。これにより、UI要素とアプリケーションロジックの間の疎結合を実現し、コードの再利用性やテスト容易性を高めることができます。

コマンドシステムは、以下の3つの主要な要素から構成されます。

1. Command (コマンド): 実行されるべきアクションの定義。ICommandインターフェースを実装します。このインターフェースは、アクションの実行（Executeメソッド）と、アクションが現在実行可能かどうかの判断（CanExecuteメソッド）、そして実行可能性が変更されたときに通知するイベント（CanExecuteChangedイベント）を定義します。
2. Command Source (コマンドソース): アクションを要求するUI要素。例えば、Button, MenuItem, Hyperlinkなど、ICommandSourceインターフェースを実装する要素です。これらの要素は、CommandプロパティとCommandParameterプロパティを持ち、コマンドと関連付けられます。
3. Command Target (コマンドターゲット): アクションを実行するオブジェクト。コマンドソースからの要求を受け取り、それに応じてロジックを実行します。

コマンドソースのCommandプロパティにコマンドオブジェクトをバインドすると、以下のような連携が自動的に行われます。

• コマンドソースがアクティブ化されたとき（例: ボタンがクリックされたとき）、関連付けられたコマンドのExecuteメソッドが呼び出されます。
• コマンドのCanExecuteメソッドの戻り値に基づいて、コマンドソースの有効/無効の状態が自動的に更新されます（例: ButtonのIsEnabledプロパティが切り替わる）。
• コマンドのCanExecuteChangedイベントが発火すると、コマンドソースはCanExecuteメソッドを再評価し、必要に応じて自身の状態を更新します。

WPFは、一般的なアプリケーション操作のための組み込みコマンドライブラリ（ApplicationCommands, NavigationCommands, MediaCommandsなど）を提供しています。また、開発者は独自のカスタムコマンドを実装することも可能です。カスタムコマンドの実装を容易にするために、RoutedCommandやDelegateCommand/RelayCommandといったヘルパークラスが一般的に使用されます（特にMVVMパターンにおいて、ViewModel内にコマンドロジックを実装するためにDelegateCommandなどがよく使われます）。

コマンドシステムは、特にMVVMパターンを採用する際に不可欠な要素となります。View（UI要素）はCommandプロパティを通じてViewModelのCommandプロパティにバインドされ、ユーザーのアクションは直接ViewModelのメソッドを呼び出すのではなく、Commandオブジェクトを通じてViewModelに伝達されます。これにより、ViewとViewModelの間に強い依存関係がなくなり、ViewModelの単体テストが容易になります。

2.10 スレッドとDispatcher (Threading and Dispatcher)

デスクトップアプリケーションでは、UIの応答性を維持することが重要です。時間のかかる処理（ファイル操作、ネットワーク通信、複雑な計算など）をUIスレッドで行うと、UIがフリーズしてしまい、ユーザーエクスペリエンスが低下します。WPFを含むほとんどのUIフレームワークでは、UI要素は特定の（通常はメインの）スレッドで作成され、そのスレッドからのみアクセスできるという制約があります。これを UIスレッドアフィニティ と呼びます。

WPFアプリケーションのUI要素は、通常、アプリケーション起動時に作成される単一のUIスレッド（Dispatcherスレッド）で管理されます。バックグラウンドスレッドで実行されている処理の結果をUIに反映させたい場合は、直接UI要素のプロパティを変更することはできません。代わりに、UIスレッドに対して処理をディスパッチ（委譲）する必要があります。

WPFでは、このディスパッチを管理するために Dispatcher クラスを提供しています。Dispatcherは、特定のDispatcherObject（WPFのUI要素の多くはこれを継承しています）に関連付けられており、他のスレッドからの要求をキューに入れて、UIスレッドで順次実行します。

バックグラウンドスレッドからUIスレッドで処理を実行する典型的な方法は、Dispatcher.InvokeまたはDispatcher.BeginInvokeメソッドを使用することです。

• Invoke: UIスレッドが要求されたデリゲートを実行するまで、呼び出し元のスレッドをブロックします（同期呼び出し）。
• BeginInvoke: 要求されたデリゲートをUIスレッドのキューに追加し、呼び出し元のスレッドはすぐに処理を続行します（非同期呼び出し）。UIの更新のみを行う場合はこちらが推奨されます。

“`csharp
// バックグラウンドスレッドでの処理
await Task.Run(() =>
{
// 時間のかかる処理…
Thread.Sleep(2000);

// UIスレッドでUIを更新する必要がある場合
// someTextBlockはUIスレッドで作成されたTextBlockインスタンス
someTextBlock.Dispatcher.Invoke(() =>
{
    someTextBlock.Text = "処理が完了しました！";
});

// または非同期でUI更新を要求する場合
// await/asyncと組み合わせる場合はもっとモダンな方法があります（後述）
someTextBlock.Dispatcher.BeginInvoke(() =>
{
     someTextBlock.Text = "処理完了 (非同期)";
});

});
“`

.NET Framework 4.5以降および.NET Core/.NET 5+では、asyncとawaitキーワードを使用することで、非同期処理とUIスレッドへの同期をよりシンプルに記述できます。asyncメソッド内でawaitキーワードを使ってタスク（Task）の完了を待機すると、待機中は呼び出し元のスレッド（UIスレッドなど）はブロックされずに他の処理を行うことができます。タスクが完了し、awaitの後の処理が再開される際には、デフォルトでは元のスレッド（UIスレッド）に自動的に戻ってきます。これにより、UIスレッドアフィニティの問題を意識することなく、非同期処理の結果でUIを更新するコードを簡潔に記述できます。

“`csharp
// UIスレッドで実行されるasyncメソッド
private async void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
// 時間のかかる処理をバックグラウンドスレッドで実行
string result = await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(2000); // バックグラウンドでの処理を模倣
return “処理が完了しました async/await！”;
});

// await Task.Run() が完了すると、自動的にUIスレッドに戻ってくる
// そのため、ここで直接UI要素にアクセスしても安全
someTextBlock.Text = result;

}
“`

async/awaitパターンは、現代のWPF開発において、UIの応答性を確保するための推奨されるアプローチです。Dispatcherは、async/awaitが普及する以前からの低レベルな同期メカニズムとして、またはより複雑なスレッド間通信が必要な場合に使用されます。

2.11 相互運用性 (Interoperability)

WPFは新しいUIフレームワークですが、既存のWindows技術との相互運用性も考慮されています。これにより、段階的にWPFへの移行を行ったり、既存のライブラリやコントロールを活用したりすることが可能になります。

• WinFormsとの相互運用:
  • ElementHost: WinFormsアプリケーション内にWPFコントロールを配置するためのコントロールです。既存のWinFormsアプリケーションの一部をWPFで書き換えたい場合に便利です。
  • WindowsFormsHost: WPFアプリケーション内にWinFormsコントロールを配置するためのコントロールです。WPFには存在しない特定の機能を持つWinFormsコントロールを使いたい場合や、既存のWinFormsコントロールライブラリを活用したい場合に便利です。
• Win32 APIとの相互運用: P/Invoke (Platform Invoke) を使用して、DLLエントリポイントを呼び出し、低レベルなWin32 APIにアクセスすることが可能です。これにより、WPFだけでは実現が難しいOS固有の機能を利用できます。
• DirectXとの相互運用: WPF自体がDirectXを基盤としていますが、より高度なDirectX描画をWPFアプリケーション内に組み込むことも可能です。例えば、D3DImageクラスを使用してDirectXで描画した画像をWPFのイメージとして表示したり、HwndHostを使用してDirectXコンテンツを表示するためのウィンドウハンドル（HWND）を作成したりできます。
• COMオブジェクトとの相互運用: COM Interop機能を使用して、COMオブジェクト（例えば、Microsoft Officeオートメーションなど）を利用できます。

相互運用性機能は、レガシーシステムとの連携や、特定のハードウェアやOS機能への低レベルなアクセスが必要な場合に役立ちます。ただし、相互運用性は常にスムーズにいくわけではなく、パフォーマンスの問題や描画のアーキテクチャの違いによる制限（例: WPFの透過性がWinFormsコントロールに影響するなど）に注意が必要です。

2.12 配置 (Deployment)

WPFアプリケーションの配置（デプロイ）は、他の.NETアプリケーションと同様の方法で行えます。

• ClickOnce配置: Webサーバーやファイル共有から簡単にアプリケーションをインストール・更新できる方法です。ユーザーはURLをクリックするだけでアプリケーションを実行でき、開発者はサーバー上のファイルを更新するだけでクライアントアプリケーションを配布できます。WPFアプリケーションもClickOnceで配布可能です。
• Windowsインストーラー (MSI): 標準的なインストーラーパッケージを作成し、ユーザーがインストーラーを実行してアプリケーションをインストールする方法です。カスタマイズ可能なインストールオプションや、システムのレジストリやファイルシステムへのアクセスが必要な場合に使用されます。WiX (Windows Installer XML) などのツールを使って高度なインストーラーを作成できます。
• XCopy配置: アプリケーションの実行に必要なファイルを単にコピーするだけで配布する方法です。アプリケーションがレジストリへの書き込みや特別な権限を必要としない場合に最もシンプルです。
• Microsoft Store配置 (MSIX): .NET Core 3.0以降では、MSIXパッケージ形式を使用してWPFアプリケーションをMicrosoft Storeを通じて配布することも可能です。これにより、Windows 10/11ユーザーに対してより簡単に配布および更新を提供できます。

どの配置方法を選択するかは、アプリケーションの配布規模、更新頻度、インストール時の要件などによって異なります。WPFフレームワーク自体はクライアントPCにインストールされている.NETランタイムに依存するため、ターゲットとなるOSに適切なバージョンの.NETがインストールされている必要があります（または、自己完結型配置オプションを選択して、ランタイムをアプリケーションに含めることも可能です）。

第3部：WPFのアーキテクチャ

WPFは、従来のGDI/GDI+を基盤とした描画モデルとは異なる、洗練されたアーキテクチャを採用しています。その核となるのは、DirectXと合成エンジンです。

3.1 DirectXによる描画

前述の通り、WPFは描画にDirectXを利用しています。これにより、ハードウェアアクセラレーションが有効になり、複雑なUIやアニメーションを滑らかかつ効率的に描画できます。すべてのUI要素は、WPFの内部描画システムによってプリミティブな図形やテクスチャとしてDirectXに渡され、GPUによってレンダリングされます。これは、OSのネイティブコントロールに依存していたWinFormsとは根本的に異なるアプローチです。このアプローチにより、WPFはコントロールの見た目を完全にカスタマイズできる柔軟性を獲得しています。

3.2 合成エンジン (Composition Engine)

WPFの描画パイプラインの中心には、合成エンジン（またはMedia Integration Layer – MIL とも呼ばれる）があります。UI要素は、それぞれ独自の描画命令リストを持ち、合成エンジンがこれらのリストを合成（Compose）して最終的な画面イメージを生成します。この合成処理はGPU上で行われるため、高いパフォーマンスが得られます。

合成エンジンは、UIツリー（論理ツリーやビジュアルツリー）とは独立した 合成ツリー (Composition Tree) と呼ばれる構造を管理します。アニメーションや視覚効果の多くは、UIスレッドではなく合成スレッド（またはレンダリングスレッド）上で実行されます。これにより、UIスレッドが重い処理でブロックされていても、アニメーションや描画が滑らかに表示され続けることが可能になります。これは、WPFが「UIスレッドがブロックされてもUIが固まらない」という印象を与える理由の一つです。

3.3 論理ツリーとビジュアルツリー

WPFの要素は、概念的に異なる2つのツリー構造を形成します。

• 論理ツリー (Logical Tree): XAMLで記述される要素の階層構造に概ね対応します。親子の関係は論理的な包含関係（例: StackPanelがButtonを含む）に基づきます。データバインディングのコンテキスト継承やリソースの探索などは、この論理ツリーを辿って行われます。
• ビジュアルツリー (Visual Tree): 要素の描画に関するより詳細な階層構造です。コントロールは、単一の要素のように見えても、内部的には複数の小さなビジュアル要素（例えば、ButtonのBorder, ContentPresenterなど）で構成されています。この内部構造がビジュアルツリーを形成します。ルーテッドイベントの伝播や、レンダリングのプロセスは、このビジュアルツリーを辿って行われます。

開発者が主に意識するのは論理ツリーですが、スタイルやテンプレートのカスタマイズ、イベント伝播の理解などにおいては、ビジュアルツリーの概念が重要になります。Visual Studioには、実行中のアプリケーションの論理ツリーとビジュアルツリーを視覚的に確認できるライブビジュアルツリー機能が用意されています。

3.4 WPFと.NET Core / .NET 5+

WPFは元々 .NET Frameworkの一部として提供されていました。しかし、Microsoftが .NET Core をオープンソース化し、クロスプラットフォーム対応を進める中で、WPFも .NET Core 3.0 から正式にサポートされるようになりました。そして、.NET 5以降、.NET Coreは「.NET」として統合され、WPFは引き続きWindowsデスクトップアプリケーション開発用のフレームワークとして利用可能です。

.NET Core/.NET 5+上のWPFは、パフォーマンスの向上、配置オプションの追加（自己完結型実行ファイルなど）、最新のC#言語機能への対応など、.NET Framework版に比べていくつかの利点があります。WPFアプリケーションを新規に開発する場合や、既存のWPFアプリケーションをモダンなプラットフォームに移行する場合は、.NET 5+以降をターゲットにするのが現在の主流です。

第4部：WPF開発を始めるには

WPFアプリケーションの開発は、主にVisual Studioという統合開発環境（IDE）を使用して行われます。

4.1 開発環境

• Visual Studio: Microsoftが提供する高機能なIDEです。WPFプロジェクトテンプレート、XAMLエディター（リアルタイムプレビュー、IntelliSense付き）、ビジュアルデザイナー、デバッガー、パフォーマンスプロファイラーなど、WPF開発に必要なすべてのツールが統合されています。Communityエディションは個人開発者や小規模チーム向けに無償で提供されています。
• .NET SDK: WPFアプリケーションを開発・実行するためには、対応するバージョンの .NET SDK が必要です。Visual Studioをインストールする際に同時にインストールされることが多いですが、個別にインストールすることも可能です。

4.2 プロジェクト作成と開発フロー

Visual Studioで新しいWPFプロジェクトを作成すると、「WPFアプリケーション」テンプレートを選択できます。プロジェクトを作成すると、通常以下のようなファイルが生成されます。

• App.xaml と App.xaml.cs: アプリケーション全体の設定やライフサイクルイベント（起動、終了など）を管理します。アプリケーションレベルのリソースディクショナリを定義することもできます。
• MainWindow.xaml と MainWindow.xaml.cs: メインウィンドウのUI定義とコードビハインドです。XAMLでUIを定義し、C#でイベント処理やロジックを記述します。

開発フローは一般的に以下のようになります。

1. UI設計: XAMLエディターやビジュアルデザイナーを使ってウィンドウやページのレイアウトを作成し、コントロールを配置します。必要に応じてスタイルやテンプレートを定義します。
2. データモデル/ViewModelの定義: アプリケーションで扱うデータ構造や、UIに表示・入力されるデータを管理するViewModelクラスを定義します。
3. データバインディングの設定: XAMLでUI要素のプロパティをデータモデルやViewModelのプロパティにバインドします。
4. イベントハンドリング/コマンドの実装: ユーザーアクション（ボタンクリックなど）に対応するイベントハンドラーをコードビハインドに記述するか、ViewModelにコマンドを実装し、UI要素にバインドします。
5. ビジネスロジックの実装: アプリケーションのコアとなる処理をコードで実装します。可能な限りViewModelや専用のサービスクラスに記述し、UIロジックから分離します。
6. テストとデバッグ: アプリケーションを実行して動作を確認し、必要に応じてデバッガーを使って問題を特定・修正します。
7. ビルドと配置: 完成したアプリケーションをビルドし、適切な方法でユーザーに配布します。

データバインディングとMVVMパターンを積極的に活用することで、UIとロジックの分離が進み、アプリケーションの設計品質と保守性が向上します。

第5部：WPFの利用シーンと他のフレームワークとの比較

WPFは万能なフレームワークではありません。得意な分野とそうでない分野があります。他のUIフレームワークと比較して、WPFがどのような場合に適切な選択肢となるかを見ていきましょう。

5.1 WPFが適しているケース

• リッチでカスタマイズ性の高いUIが必要なWindowsデスクトップアプリケーション: 標準的なビジネスアプリケーションから、高機能なエディター、ツール、メディアプレイヤーなど、表現力豊かで個性的なUIを持つアプリケーション開発に最適です。スタイルとテンプレート機能により、ブランドイメージに合わせたUIを構築しやすいです。
• データ量の多い、または複雑なデータを扱うアプリケーション: 強力なデータバインディング機能により、大量のデータを効率的にUIに表示・編集するデータ駆動型アプリケーションの開発が得意です。データグリッドやリストビューなどのコントロールも高機能です。
• パフォーマンスが重要なアプリケーション: DirectXによるハードウェアアクセラレーションや、合成エンジンによる滑らかな描画は、特にグラフ表示、画像処理、リアルタイムデータ表示など、描画パフォーマンスが要求されるアプリケーションで威力を発揮します。
• 既存の.NET資産を活用したい場合: 既存のC#/.NET Frameworkまたは.NET Core/.NET 5+で書かれたライブラリやビジネスロジックを流用して、新しいUIを開発したい場合にスムーズに移行できます。
• Windowsプラットフォーム固有の機能が必要な場合: WinFormsやWin32 APIとの相互運用性により、特定のOS機能やハードウェアに密接に関わるアプリケーション開発にも対応できます。

5.2 他のUIフレームワークとの比較 (Windows向け)

• Windows Forms (WinForms):
  • 利点: 歴史が長く情報が多い、学習コストが低い、UIがOSのネイティブコントロールに近いためOSの外観に馴染む。
  • 欠点: 描画がGDI/GDI+ベースで古い、表現力が乏しい、カスタマイズ性が低い（特に見た目）、データバインディングがWPFほど強力でない、スケーラビリティに限界がある。
  • WPFとの比較: WPFはWinFormsの多くの欠点を克服するために設計されました。WinFormsはシンプルなフォームアプリケーションやレガシーシステムのメンテナンスにはまだ利用されますが、新規開発でリッチなUIが必要な場合はWPFが推奨されます。
• Universal Windows Platform (UWP):
  • 利点: Windows 10/11に最適化されている、モダンなUI、Xbox/HoloLensなど多様なデバイスに対応（ただしWPFもWindowsデスクトップに特化）、Microsoft Store配布が容易。
  • 欠点: Windows 10/11以降専用、.NET APIの利用に一部制限がある場合がある、WinForms/WPFに比べて歴史が浅い。
  • WPFとの比較: UWPは主にMicrosoft Storeアプリやモダンなデバイス体験をターゲットとしています。WPFは引き続きデスクトップPCに特化し、従来のWin32 APIへのアクセスや.NETのフルパワーを利用できます。ビジネスアプリケーションなど、ターゲットをWindowsデスクトップに絞り、既存システム連携やフル機能を活用したい場合はWPFが有力な選択肢になります。
• .NET MAUI (Multi-platform App UI):
  • 利点: Windows, Android, iOS, macOSなど複数のプラットフォームに対応できる（クロスプラットフォーム）。
  • 欠点: 歴史が浅い、WPFほどWindowsデスクトップに最適化されていない（特に高度なネイティブ機能の利用や描画パフォーマンス）、特定のWindowsデスクトップ向け機能が提供されていない場合がある。
  • WPFとの比較: MAUIはクロスプラットフォーム開発が最大の強みです。もしアプリケーションがWindows だけでなく 他のOSでも動作する必要があるならMAUIが適しています。しかし、完全にWindowsデスクトップに特化し、WPFが提供する豊富なデスクトップ向け機能や最高のWindowsデスクトップ体験を追求したいのであれば、WPFが依然として優れた選択肢となります。

まとめると、WPFはWindowsデスクトッププラットフォーム上で、高機能で表現力豊かな、そして保守性の高いアプリケーションを開発するための成熟した強力なフレームワークです。

第6部：WPFの将来性

.NET Frameworkから.NET Core、そして.NET 5+へとプラットフォームが進化する中で、WPFの立ち位置も変化しました。かつてはWindows開発の未来を担うフレームワークとしてUWPと共に推進された時期もありましたが、現在はWindows固有のデスクトップUIフレームワークとして、.NETエコシステムの一部として維持・発展されています。

MicrosoftはWPFの開発を継続しており、新しい.NETバージョンに合わせて更新を行っています。パフォーマンスの改善や、新しいC#言語機能のサポート、開発ツールの強化などが進められています。WPFはオープンソース化されており、コミュニティの貢献も受け入れています。

クロスプラットフォームUIフレームワークとしては.NET MAUIが推奨されていますが、Windowsデスクトップに特化したエンタープライズアプリケーションや、特定のWindows機能に依存するアプリケーション、既存のWPF資産を活かしたいプロジェクトにおいては、今後もWPFが重要な選択肢であり続けるでしょう。特に、パフォーマンス要件が高いアプリケーションや、既存のWinForms/.NET Frameworkアプリケーションからの移行先としても、WPFは有力です。

WPFは既に成熟した安定したフレームワークであり、大規模な破壊的変更が加えられる可能性は低いです。そのため、既存プロジェクトのメンテナンスや、Windowsデスクトップ向けの高機能アプリケーション新規開発においては、安心して利用できる技術と言えます。

第7部：結論

WPF（Windows Presentation Foundation）は、Windowsデスクトップアプリケーション開発に革命をもたらした強力なUIフレームワークです。XAMLによる宣言的なUI定義、洗練されたデータバインディング、柔軟なスタイルとテンプレート、そしてDirectXを活用したリッチなグラフィックスとマルチメディア機能により、表現力豊かで保守性の高いアプリケーション開発を実現します。

UIとロジックの分離を容易にするその設計思想は、MVVMのようなモダンなデザインパターンと非常に相性が良く、大規模なアプリケーション開発におけるコードの管理、テスト、再利用性を向上させます。依存関係プロパティやルーテッドイベントといった独自のメカニズムは、WPFの多くの高度な機能の基盤となっており、これらの理解はフレームワークを深く使いこなす上で不可欠です。

WinFormsやUWP、MAUIといった他のUIフレームワークと比較した場合、WPFはWindowsデスクトップに特化している点、成熟しており安定している点、そして既存の.NET資産やWin32 APIとの親和性が高い点が強みです。特に、高機能なビジネスアプリケーション、データ駆動型アプリケーション、またはリッチなグラフィカル表現が求められるアプリケーションにおいて、WPFはその真価を発揮します。

.NET 5+以降のモダンなプラットフォーム上で、WPFはこれからもWindowsデスクトップ開発の主要な選択肢の一つとして利用され続けるでしょう。この記事を通じて、WPFの概要と多様な特徴について深く理解し、今後のWindowsアプリケーション開発における技術選定の一助となれば幸いです。

WPFの世界は奥深く、ここで紹介した以外にも様々な機能やテクニックが存在します。ぜひ実際にWPFに触れ、その表現力と開発効率の高さを体験してみてください。

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