ArcGIS Engine10.0轻松入门级教程（1）——必备基础知识

         六月的某一天，骄阳似火，夜幕已悄悄降临，坐在电脑前回想自己的大学四年时光，或痛心疾首，或微微憨笑，感概万千，在GIS专业学习了4年，有很多收获，也有很多遗憾，幸而考上了研究生可以继续深造。于是乎心里的雄心一下被激发了，总结自己的所学知识，打算重新开始，把ArcGIS Engine写一本入门级的教程，为初学者少做弯路，也为自己总结下知识，更为打发着无聊时光。以上为序，语无伦次自娱自乐！PS：本教程虽为入门及教程，但也要求你有入门级的知识，如果你是哲学专业的，那我也无力回天啊！ 还有本教程素材全部来源于互联网，版权未知，要我说感谢的话：感谢CCTV，感谢MTV……就此打住。

1  ArcGIS、ArcObjects和ArcGIS Engine简介

1.1ArcGIS简介

          ArcGIS提供了一个可伸缩的框架，可以为独立用户或者多用户，既可以在桌面端也可以在服务器端提供GIS。    

        ArcGIS 9是用来构建一个完整GIS应用的GIS软件产品集成。它是基于共享的GIS软件组件——ArcObjects。ArcGIS 9由以下四部分组成：

       1）ArcGIS Desktop——高级GIS应用的集成

       2）ArcGIS Engine——根据应用程序接口来构建基本应用的嵌入式GIS组件库

       3）ArcGIS Server——在企业级或者网络框架下构建服务器端GIS应用的平台，用来构建Web服务和Web应用

      4）ArcIMS——通过公开的因特网协议来发布地图、数据和元数据的GIS Web服务器

              每一个GIS框架同样包含ArcSDE网关，这是在关系数据库（RDBMS）上组织地理数据的接口。

        ArcGIS是构建地理信息系统的平台。ArcGIS 9在地理数据处理、3D可视化表达和开发工具方面做了新的扩展。两个新的产品——ArcGIS Engine和ArcGIS Server在这个版本中发布，是ArcGIS成为一个应用程序及服务端开发的完整产品。

      1）使用ArcGIS能够开发出一系列的产品，开发者可以：

      2） 配置/定制ArcGIS的应用，例如ArcMap和ArcCatalog

      3）扩展ArcGIS的结构和数据模型

      4）利用ArcGIS Engine在其他应用程序中嵌入地图和GIS功能

      5）使用ArcGIS Engine构建并部署桌面版应用程序

     6） 使用ArcGIS Server构建Web服务和应用

       ArcGIS系列产品是通过称之为ArcObjects的软件组件加以构建和扩展的。ArcObjects包括一系列不同的程序组件，从高度封装的组件（例如独立的geometry objects）到低级组件（例如能够同已有的ArcMap文档集成的地图组件）。这些组件为开发者集成了大量的GIS功能。

    ArcGIS 9的全线产品都具备开发功能（Engine，Server和Desktop）。作为一个开发者，您能够使用标准程序框架结合ArcObjects来扩张ArcGIS Desktop；能够用ArcGIS Engine定制应用；能够使用ArcGIS Server构建企业级的GIS应用。

        ArcGIS Desktop包含了一些列的Windows桌面应用程序（例如，地图、目录、工具箱、地球方面的应用）。ArcGIS Desktop包含了三种功能级别（ArcView，ArcEditor和ArcInfo），使用ArcGIS Desktop开发包能够进行客户化和扩展。

         ArcGIS Desktop的软件开发包（software developer kit，SDK）包含在ArcView，ArcEditor和ArcInfo内，支持COM（Component Objects Model，组件对象模型）和.NET程序框架。许多开发者利用Desktop SDK扩展功能，创建新的GIS工具，定制用户界面，完善ArcGIS Desktop应用中专业GIS产品的扩展功能。

        ArcGIS Server不仅定义和实现了一系列标准的GIS Web服务（例如，地图、数据访问、地理编码等），同时还支持利用ArcObjects进行企业级的服务端应用开发。

        ArcGIS Server开发包让开发者能构建GIS服务器用来向多用户提供可供访问的GIS功能，能通过客户端对大型GIS中央服务器进行处理，能构建和分发GIS Web应用，能进行分布式GIS运算。

1.2ArcObject简介

          ArcObjects是ArcGIS Desktop的开发平台。

        ArcGIS Desktop是一系列GIS软件系统：ArcInfo，ArcEditor和ArcView。这些系统服务于GIS，例如地理数据组织、控件编辑、分级可视化等功能。

        ArcGIS Desktop系统包含一系列的应用，例如ArcCatalog、ArcMap、ArcToolBox和ArcScene，并且能够集成大量不同的扩展产品，例如ArcGIS Spatial Analyst（空间分析模块），ArcGIS Geostatistical Analyst（地理统计分析模块），ArcGIS 3D Analyst（三维分析模块）等。

       ArcObjects是使用微软的组件对象模型（Component Objects Model，COM）书写。因此，凡是支持COM标准的开发语言都能使用ArcObjects。您能向ESRI（Environment System Research Institute，环境系统研究所）的开发者一样，使用同样的方式来扩展ArcObjects中的任何一部分。

1.3ArcSIS Engine简介

            ArcGIS Engine是开发者用来构建应用程序的一整套嵌入式GIS组件。使用ArcGIS Engine，您可以将一些GIS功能嵌入到已有的应用程序中，这包括Microsoft Office产品，例如Word和Excel，建造有针对性的客户应用程序用来将高级GIS系统与他人分享。ArcGIS Engine由一个软件开发包（software development kit，SDK）和一个给所有ArcGIS应用提供平台的运行许可（runtime）构成。

        构成ArcGIS Engine的五部分分别如下：

       1）基本服务——几乎任何GIS应用都需要的核心GIS ArcObjects，例如几何（geometry），显示（display）等。

        2）数据访问——ArcGIS Engine提供许多栅格和矢量数据的访问方式，包括与geodatabase相当的能力和灵活性。

        3）地图表达——ArcObjects使用符号、注记和专题地图来生成和表达地图。

       4）开发组件——用来快速定制应用开发程序的高度封装用户接口以及开发过程中全面的帮助系统。

       5）运行许可——ArcGIS Engine运行许可可以部署标准功能或者加入一些附加的高级功能。

        这中间除了运行许可之外的任何一部分，都打包集成到ArcGIS Engine开发包（SDK）中。ArcGIS Engine运行许可及其选项，尽管是开发完整的GIS应用程序中的一部分，但包含了应用部署，所以被单独打包。

1.3.1 ArcGIS Engine Software Developer Kit

          ArcGIS Engine SDK是用来开发和部署GIS及地图方面应用程序的组件化软件开发产品。ArcGIS Engine SDK不是终端产品而是共应用开发者使用的软件包。它能构建基本的地图浏览或者全面的、动态的GIS编辑工具。使用ArcGIS Engine SDK，作为开发者，您在定制地图功能接口方面有空前的自由。您可以使用许多API中的一些来构建独一无二的应用程序或者将ArcGIS Engine组建与其他软件组建整合，来实现地图和用户需要的其他信息之间的完美结合。

         使用ArcGIS Engine，地图既能够作为应用程序的核心，也可以作为一个可选项。例如，如果您的应用主要是数据库中的商务信息，当您查询数据库的时候，ArcGIS Engine能够将您感兴趣的商业信息在地图上高亮显示定位出来。

         ArcGIS Engine SDK提供了大量的GIS组件，或者称为ArcObjects，按照之前的介绍，包括基本服务、数据访问和地图表达。之前提到的ArcGIS Engine的第四部分，也就是开发组件，也包含在SDK中间。这些都是用来构建一个高质量地图接口的开发控件。下面列出的ArcGIS 控件，或者说可视化控件，用来辅助应用程序开发（下文将针对控件进行更加详细的介绍）。

        1）MapControl

        2） PageLayoutControl

        3） SceneControl

       4）GlobeControl

       5）ToolbarControl

       6）TOCControl

       7）ReaderControl

       8）ToolbarControl中所用到的commands（命令）、tools（工具）和menus（菜单）

1.3.2 ArcGIS Engine Runtime

          ArcGIS Engine的最后一部分是运行许可。所有用ArcGIS Engine SDK构建出的应用程序都需要不同级别的ArcGIS Engine运行许可才能够正常运行。ArcGIS Engine Runtime是ArcGIS Desktop（ArcGIS 桌面版）构建的平台，如果得到ArcGIS Engine应用开发许可，ArcGIS Desktop的用户就能够执行基本的基于Engine的应用。ArcGIS Engine Runtime从标准功能到企业级功能之间有许多不同的选择。

1.3.3 ArcGIS Engine的功能

         ArcGIS Engine的功能十分强大。作为ArcGIS Engine开发者，您可以实现以下列出的和其他更多的功能，这包括：

        1） 用多个图层来显示地图，例如道路、水系、边界等

        2） 地图的漫游和缩放

        3） 地图上要素的确认

        4） 地图上要素的查询和定位

        5） 根据属性值显示注记

        6） 根据航片或者卫片显示图像

       7） 绘制几何图形，例如点、线、弧、多边形

       8） 添加描述性的文字

       9）沿着线选择或者选择矩形、某一范围内、多边形等内部的要素

      10）选择距离在某一范围内的要素

      11）利用SQL语言来寻找和选择要素

      12）利用专题地图来渲染要素，如唯一值法、分级法和点状密度法

      13）动态显示实时地图或者时序数据

      14）根据地理编码来寻找位置

      15）转换您地图的坐标系

      16）根据几何操作来生成缓冲区、计算差值，或者进行求交、求并等运算

       17）编辑要素形状或者旋转地图

       18）创建并更新要素的几何形状及其属性

       编辑要素（Editing Features）

       ArcGIS Engine开发包让您构建出能创建、修改和删除geodatabase中矢量要素或者shapefile文件的应用程序。标准的ArcGIS Engine Runtime能够让编辑shapefile文件或者personal geodatabase中简单要素的程序运行。然而，要构建企业级geodatabase的全部功能，就需要ArcGIS Engine Runtime中的Geodatabase Update选项。

        空间建模和分析

        通过增加ArcGIS Engine Runtime中的Spatial选项，您能够扩展ArcGIS Engine的功能。这个选项（Spatial选项）能提供一系列强劲的空间建模和分析功能。您能够创建、查询、表达和分析基于象元的栅格数据，能够集成栅格和矢量数据进行分析，能够从已有数据挖掘出新的信息，能够从多层数据中查询信息，能够在ArcGIS Engine应用程序中完美集成基于象元的栅格数据和矢量数据。例如，您能够：

       1）将要素（如点、线或者面）转化成栅格图

       2）基于距离或者要素、栅格间的关系来创建栅格缓冲区

       3）根据点状要素生成密度图

       4）生成等高线、坡度、可视化区域、方向和山体阴影

       5）栅格图的分类及显示

       6）兼容TIFF，BIL，IMG，USGS DEM，SDTS，DTED等标准格式及多种其他格式数据

       7）三维可视化等

        ArcGIS Engine Runtime中的3D选项让您通过使用Scene和Globe控件来有效的表达和分析区域及全球数据。您能够从多个不同的视点查看表面；您能够查询表面，决定从某个选中的位置看，哪些要素是可见的；您能够将栅格和矢量数据贴在表面以构建真实的透视影像。例如，您能够：

       1）显示Scene和Globe文档

       2）展示交互性的透视图，包括漫游、缩放、旋转、倾斜、模拟飞行以便于表达和分析

       3）显示真实世界的表面要素，例如楼房

       4）展示视域和可见范围分析、场景高度内插、剖面分析和最短距离分析

2.net平台

         微软提出的.NETt技术体系主要包括.NET Framework和Visual Studio.NET两部分。Visual Studio.NET是一套完整的开发工具，用于生成各种类型的应用程序，包括ASP WEB应用程序、XML Web service、桌面应用程序和移动应用程序。.NET Framework是生成、部署和运行Web服务及应用程序的平台。它包括2个主要组件：通用运行时（Common Language Runtime，CLR）和.NET Framework类库。

3接口编程思想

 

            学习AO，最重要的是理解“接口”这个概念。接口是什么？有什么具体作用？在多种计算机高级语言中，都可以看到“接口”这个术语，但基本上每一本书对“为什么使用接口”等重要文都都“语焉不详”，使得初学者往往不得要领。
       认识接口，必须先要熟悉程序语言发展的历史才行，明白了程序语言发展的前世今生，才能知道这么多计算机语言为什么会是这个样子，为什么会是那种形式，它们之间为什么会有不同的区别产生。
       计算机出现以后，数学家和计算机学家们相继开发了多种计算机高级语言，从Small-talk、Pascal、Basic、C、C++、Java到.NET平台上的各种语言，他们的发展步伐，可以看作是计算机语言从面向过程相面对象发展的一段历史。许多面向对象语言的教材都会告诉读者这一段历史，并宣称OO(Oriented-Object，面向对象）编程的优越性。从面向过程向面向对象转变的时候，需要注意的术语从“过程”、“函数”转变到了“类”“对象”上。
      什么是接口？为什么要使用接口？对于一个没有编程经验的初学者而言，理解它们是非常困难的。
      在了解这些问题的实质前，首先让我们明白一个概念——“粒度”。所谓粒度，其实质是一个程序中使用的代码单元的组合尺度。举一个例子，砂砾—砖块—房屋模块，修建一座房子有很多方法：如果不嫌麻烦，可以使用砂砾一点点来堆砌，或者将砂砾烧制为砖块砌筑，甚至直接从建筑工厂购买房屋的门窗墙组建来安装。这三种不同的方法代表了三种不同的组合尺度。砂砾是最小的单位，使用它搭建小的房屋还可以，但修建大型建筑，就无能为力了，这是因为砂砾太多不便于管理；砖块比砂砾聚合了一层，可以用来修建较大的房子；而房屋模板是最高的尺度，使用它可以快速地搭建大规模的房屋。这三种尺度的区别和联系，与程序员编写程序概念有很大的相似之处。
       在Pascal中，这种面向过程语言的基本的单元是过程和函数，它们是程序中最小的组件。过程和函数可以实现最基本的代码重用，当某些固定功能被编写为过程和函数后，就可以在程序中任意调用它们而不必再需要的地方都写上长长的重复代码，这样的好处是显而易见的。在一些小型的程序里面，使用过程和函数是合适的，但是在大中型程序中，它们的弊端就显示出来，过程和函数的粒度还是太低。如果有一个系统中存在10 000个函数和过程，程序员将不得不花费大量的时间去寻找和维护他们，10000个没有任何关系或者关系错综复杂的函数和过程的管理难度是显而易见的，就好像一间拥有10000名员工的企业一样，如果没有任何部门和职务，人人都一样，这岂不乱套了。
       面向对象语言的出现，其实就为了一个理由——提高编程的粒度。面向对象语言的基本单位是类（Class），她封装了数据成员（属性）和成员函数（方法），将最小组件的提高了一个等级，程序员需要直接操作的不是过程和函数，而是更高层次上的类。相当于公司把10000个员工分了很多部门，让不同的部门负责不同的事宜，这样公司终于可以走上正轨了。
       这是逻辑的抽象。
       做成了CLASS并没有解决编程中所有问题，新的问题随之而来，假设有一个部门的员工很多，可以做很多类型的工作，如何在部门之间实现更好的管理呢？好比有一个类，它提供了很多种方法和属性，这些方法和属性其实可以分为一群群，为不同的功能服务，但是类并没有做这个管理，她只是一个属性和方法的容器，在AO中，Map对象拥有很多类型的功能，像管理图层、管理元素、管理选择集、显示地图等，每种不同的功能群都有好多方法和属性，现在这些属性和方法是杂乱无章的，没有任何区别地堆积在一个类里面，当程序员需要寻找一个方法的时候，不得不遍历她们，这样做很不方便。
        接口（InterFace）的出现，解决了这个问题，就是将类的内部属性和方法进行分类。例如在MAP类中可以做几个接口，在这些接口中定义不同功能群的方法和属性，MAP实现了这些接口，这样就可以使用接口进行定义，如：
      IGraphicsContainer pGraphicsContainer = pActiveView.FocusMap as IGraphicsContainer; 

       pGraphicsContainer对象现在可以使用的属性和方法就只能是IGraphicsContainer接口定义的那部分，而不能使用其他接口定义的方法和属性，那如何使用其他接口定义的属性和方法呢？这就是所谓的QI（Query InterFace）功能，即从对象的一个接口查询另一个接口定义的属性和方法，如：

        IActiveView pActiveView = pGraphicsContaineer as IActiveView;//QI到IActiveView接口

       通过上面的操作，pActiveView现在就可以使用MAP类中IActiveView接口定义的属性和方法了，这就实现了在一个类的不同接口之间的转换。
      接口是一种用来定义程序的协定。实现接口的类要与接口的定义严格一致。有了这个协定，系统就可以抛开编程语言的限制。接口可以从多个父接口继承，而类可以实现多个接口，接口可以包含方法、属性、事件和索引器，她本身并不提供她所定义的成员的实现，而只是指定实现该接口的类或接口必须提供的成员。在可以使用类的地方，都可以使用接口来替代，除了使用类产生一个对象外。
      接口可以看作是一个特殊的类形式，除了不能别实例化为一个对象外，它可以实现类能够完成的任何任务，如声明对象为某种接口类型，接口也可以继承等。接口继承机制是非常有用的，如一个子类对象可以看作一个父类对象，接口也具备这样的特性，在很多时候程序员可以将一个字接口类型的对象定义为父接口类型的对象，从而实现一般化的操作。
       一个类可以实现多个接口，一个接口也可以被多个类实现。使用形象一点的比拟方法，可以把类当成一个人，接口则当做一个身份。一个人可能有多个身份（一个类可以有多个接口），他可能是军人（军人接口定义军人的属性和行为），作家（作家接口定义作家的属性和行为）等，不同的身份使得他有不同的能力和属性。
       一个身份（接口）也能够被多个人使用（一个接口可以被多个类实现）。比如一个军人身份可以给很多人，但是这些人完全可以用不同的能力和属性实现这个身份，他们可能是空军军官，也可能是海军列兵。身份只定义了一个人是什么，却不会告诉别人在这个身份下该这么做。怎么做是这个人本身的事情（接口仅仅定义相关的方法和属性而不实现她们）。
      这是方法的具体。
      计算机语言的发展历史，其实就是一部不断地寻找更好组件粒度的历史，不断提高代码重用的历史。以前程序员使用过程和函数，后来使用类、接口乃至包、命名空间等，都是为了一个目的，那就是让程序员能够操作的组件在具体和抽象之间寻找一个平衡点，这不是一件容易的事情——太具体了，如过程和函数，就没有了框架；太抽象了，如类，就无法深入细微处。
      这就是编程的哲学。

4QI

         AO开发中QI(接口查询）非常重要，从某种意义上说不会QI就不会做AO开发。

       在讲ArcGIS Engine开发QI实例操作之前,以一个现实生活例子以方便大家理解QI。

     １.首先我先定义三个接口：IZou（走）,IJingzou  （竞走）,IHeshui（喝水）如下所示
　   interface IZou
        {
             void start();
             void stop();
       }
       interface IJingzou   : IZou
       {
            void niupigu();
       }
       interface IHeshui
       {
           void heshui();
       }
       2.定义一个人类实现IZou（走）IHeshui（喝水）两个接口
       class person : IZou, IHeshui
       {
             void IZou.start()//注：显式接口实现后边会讲到
              {
                          MessageBox.Show("开始走");
              }
              void IZou.stop()
             {
                        MessageBox.Show("停止走");
              }
            void IHeshui.heshui()
            {
                        MessageBox.Show("开始喝水");
             }
        }
        3.定义一个运动员类继承于人类实现IJingzou  接口
         class yundongyuan : person, IJingzou 
         {
                 void IZou.start()
                 {
                             MessageBox.Show("开始走");
                 }
                 void IZou.stop()
                {
                             MessageBox.Show("停止走");
                }
                 void IJingzou  .niupigu()
                {
                            MessageBox.Show("开始扭屁股");
                 }       
         }

        定义完接口与类，接下来我给大家演示QI
        1.实例化一个person类。
         IZou pZou = new person();

         pZou.start();
         IJingzou   pJIngzou = pZou as IJingzou  ;//进行ＱＩ

        pJIngzou.niupigu();//将会出错如下图所示

        为什么会出现这个错误是因为用new实例化了一个人，但是并不是所有的人都会竞走的也就是说Person这个类没有实现IJingzou 这个接口所以报错。所以做ＱＩ之前必须查看你实例化的类是不是实现了相关接口。
      ２.实例化一个yundongyuan
       IZou pZou = new yundongyuan();
　   pZou.start();
       IJingzou   pJIngzou = pZou as IJingzou  ;
      pJIngzou.niupigu();//将会执行如下图

        通过实例化一个yundongyuan之后我就可以通过IZou接口直接ＱＩ到Ijingozu这个接口，然后执行Ijingozu接口所提供的方法这就是ＱＩ。
      3.Ok我们现在我们再在第二部做个补充，运动员开始扭屁股竞走了，竞走运动员在竞走过程中太渴想喝水怎么办？痛过QI切到

      IHeshui接口执行喝水方法即可，如下例
      IZou pZou = new yundongyuan();
      pZou.start();

      IJingzou   pJIngzou = pZou as IJingzou  ;
     pJIngzou.niupigu();//将会执行
     IHeshui pHeshui = pJIngzou as IHeshui;//QI到IHeshui接口

     pHeshui.heshui();//运动员将喝水

        上边这个实例演示完，大家对QI会有所了解，那么如何在ArcGIS Engine开发中使用QI呢？接下来我以一个功能实例来演示一下QI在ArcGIS　Engine开发中的使用。

       下图在地图控件上有两个图层：一个面图层在上，一个是等高线图层在下

        我们实现一个小功能，让面图层为半透明图层能够看到下边等高线图层，代码如下：

         privatevoid button1_Click(object sender,EventArgs e)

         {

　　　　　　//获取第一个图层

            ILayer pLayer = this.axMapControl1.get_Layer(0);

            if (pLayer is IFeatureLayer)//如果第一个图层时矢量图层

            {               

                ILayerEffects pLayerEffects = pLayer as ILayerEffects;//进行QI，查询到ILayerEffects接口

                pLayerEffects.Transparency = 65;//设置ILayerEffects接口的Transparency属性使该矢量图层的透明度属性为65.

            }           

        }

        通过以上操作第一个矢量图层有一定的透明度，可以看到面图层下边的等高线线图层，结果如下图所示：

       分析：

　  首先地图控件上的第一个图层是一个矢量图层是一个FeatureLayerClass对象，在ArcGIS　Engine帮助文档可以看到在FeatureLayerClass这个类实现了ILayer和ILayerEffects这两个接口，那么就可以直接从ILayer接口查询到ILayerEffects接口。

       大家可能会有这样的疑问：

       为什么不直接使用类的全权名直接调用FeatureLayerClass的方法的调用、属性访问？因为FeatureLayerClass 里实现相关接口的方法, 属性的实现是，以显式接口的方式实现的。

      例如在第一个实例中如果我们

      person pperson = new person();
  　pperson.start()；//将会编译错误，不能通过类的全权名进行方法的调用，只能用接口实例来访问。

  　接下来可能还有一个疑问：为什么要用显式实现接口的方法？

  　这样做有以下两个目的：

     １. 隐藏类的复杂性

      因为显式接口成员实现不能通过类或结构的实例来访问，所以它们可以用来隐藏某些成员。因为接口的成员都是公共的，可以被任意地访问，所以当想要对外隐藏接口时，就需要使用显式接口成员实现。

     ２. 可以用来解决具有相同签名的成员之间的冲突

      例如FeatureLayerClass这个类实现了ILayer和IFeatureLayer这两个接口，而这两个接口都有AreaOfInterest属性那么通过显式接口我就可以避免同名发生的混淆。

       总结，当我们在开发时对某个对象(FeatureLayer,FeatureClass,Element等)进行操作实现功能开发时我们应该先看看你所操作的类实现了那些接口，从帮助中浏览相关接口的功能描述，然后再查询所要调用的方法。如果还需调用另外一个接口操作则进行QI。