Win32开发小回忆

这两天阿瘦找我给他的一个程序写个界面,听说是要参加啥三创比赛(都大四老狗了,汗),然后问要用什么语言——C/C++,Windows平台的。他之前没怎么接触过C++方面的界面开发,然后我就开始了一波Windows教学,顺便自己也回忆回忆(大一大二玩了一年多,之后几乎就没碰过)。

整体流程

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#include <windows.h>

// 函数提前声明
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT Message, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

/* Win32界面应用的入口函数:程序将从此入口开始执行 */
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
WNDCLASSEX wc; /* 用于声明窗口属性的窗口类,WNDCLASSEX是WNDCLASS的拓展 */
HWND hwnd; /* 窗口句柄,指向我们创建的窗口 */
MSG msg; /* 存放消息循环过程中产生的消息 */

/* 将结构体置为空,我们只修改结构体中的一部分 */
memset(&wc,0,sizeof(wc));
/* 结构体的第一个字段,主要用于GetClassInfoEx能直接得到结构体大小 */
wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
/* 这个函数指针是核心,指定了消息循环过程中消息最终给哪个回调函数处理 */
wc.lpfnWndProc = WndProc;
wc.hInstance = hInstance; /* 应用实例句柄 */
wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); /* 窗口使用的鼠标样式 */

/* 指定窗口的背景颜色 */
wc.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);
wc.lpszClassName = "WindowClass"; /* 窗口类的名字*/
wc.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION); /* 窗口图标 */
wc.hIconSm = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION); /* 窗口小图标 */

/* 注册窗口类:WNDCLASSEX用RegisterClassEx注册,WNDCLASS用RegisterClass注册 */
if(!RegisterClassEx(&wc)) {
// 注册失败,退出程序
MessageBox(NULL, "Window Registration Failed!","Error!",MB_ICONEXCLAMATION|MB_OK);
return 0;
}

/* 使用刚注册的窗口类创建窗口 */
hwnd = CreateWindowEx(WS_EX_CLIENTEDGE,"WindowClass","Caption",WS_VISIBLE|WS_OVERLAPPEDWINDOW,
CW_USEDEFAULT, /* 窗口x坐标 */
CW_USEDEFAULT, /* 窗口y坐标 */
640, /* 窗口宽度 */
480, /* 窗口高度 */
NULL,NULL,hInstance,NULL);

if(hwnd == NULL) {
// 窗口句柄为空说明窗口创建失败,退出程序
MessageBox(NULL, "Window Creation Failed!","Error!",MB_ICONEXCLAMATION|MB_OK);
return 0;
}

/*
消息循环机制是整个应用的核心,消息循环过程中产生的所有消息都会发送给WndProc
GetMessage方法会发生阻塞直到获取到消息后才会返回,
所以这个循环并不会产生不合理的高CPU占用。
*/
while(GetMessage(&msg, NULL, 0, 0) > 0) { /* 会一直循环下去,直到接收到WM_QUIT消息 */
/* 对消息进行翻译(比如把按键码翻译成对应的字符) */
/* 如果程序更复杂一点可能还需要调用TranslateAccelerator翻译菜单快捷键*/
TranslateMessage(&msg);
/* 把消息分发给窗口类中定义的消息回调函数,也就是WndProc */
DispatchMessage(&msg);
}
// 正常结束,把WM_QUIT的wParam参数中的exitCode返回给操作系统
return msg.wParam;
}


/**
* 窗口的所有消息都会被分发到这个回调函数中
* hwnd窗口句柄,指向当前窗口
* message 窗口消息
* wParam,lParam 消息的附加参数,每种消息参数的意义都有所不同
* LRESULT返回消息处理的结果
*/
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT Message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
switch(Message) {

/* 销毁窗口消息 */
case WM_DESTROY: {
// 往消息队列中发一个WM_QUIT消息,退出程序
PostQuitMessage(0);
break;
}

/* 其他所有的消息直接交给Windows系统默认的回调函数处理 */
default:
return DefWindowProc(hwnd, Message, wParam, lParam);
}
return 0;
}

看到上面这段代码,倍感亲切啊

Windows程序的入口

我们知道标准C的入口函数是main,对于Windows程序来说程序的入口函数是WinMain

不要被main函数限制了你的想象力,main只是入口函数的标记,程序运行时会根据main所指向的函数地址找到要从哪条指令开始执行。我们编译链接的时候可以自行指定这个标记。
这篇文章演示了gcc和vc两种编译器自定义入口函数。

WinMain函数的定义如下:

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// 返回值为int类型,如果程序在进入消息循环之前就结束了,应该返回0
// 如果函数进入消息循环后,在收到WM_QUIT消息后结束程序,应该返回消息中的wParam参数
int CALLBACK WinMain(
// 当前应用的实例句柄
_In_ HINSTANCE hInstance,
// 前一个应用的实例句柄,大部分情况下为NULL
_In_ HINSTANCE hPrevInstance,
// 当使用命令行启动应用时,这个参数可以获取完整的命令
_In_ LPSTR lpCmdLine,
// 控制窗口如何显示,这个参数一般会传给ShowWindow
_In_ int nCmdShow
);

消息循环机制

消息循环(message loop)机制是整个Windows应用程序的核心。

Windows界面程序是基于事件驱动的,在启动一个进程后,操作系统会为它维护一个单独的消息队列。操作系统会将窗口上的操作以消息的形式放入消息队列,比如鼠标在窗口上移动,窗口获取焦点后键盘敲击,点击窗口的按钮等。
程序员通过调用GetMessage函数从消息队列中获取消息,如果队列中没有消息,GetMessage函数将会阻塞。然后调用DispatchMessage将消息交给程序员定义的消息回调函数WndProc处理。

注意:整个过程都是在主线程处理的,WndProc也会在主线程中回调,所以WndProc中不要执行一些耗时的操作,比如网络请求、耗时的计算,否则主线程阻塞在这,处理不了其他的消息,将会导致窗口“假死”。

Windows消息循环机制

消息循环机制不仅存在Windows程序中,其实安卓、Web这些带UI界面的程序本质上都是基于消息循环机制。

GetMessage函数是阻塞式的,如果消息队列中没有消息这个函数会发生阻塞,这时循环是“静止”的,这往往意味着低的CPU占用,对系统、对其它应用程序都是友好的。

另外还有一个PeekMessage的函数,它可以检测消息队列中是否有消息,如果没有消息它会返回而不是发生阻塞,如果有消息可以通过最后一个参数传递PM_NOREMOVEPM_REMOVE决定是否从消息队列中移除消息。

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HWND hwnd; 
BOOL fDone;
MSG msg;

fDone = FALSE;
while (!fDone)
{
fDone = DoAnyting(); // 用户定义处理其他事情

// 如果队列中有消息就取出消息并从队列中移除

while (PeekMessage(&msg, hwnd, 0, 0, PM_REMOVE))
{
switch(msg.message)
{
case WM_LBUTTONDOWN:
case WM_RBUTTONDOWN:
case WM_KEYDOWN:
//
// 处理消息
break;
case WM_QUIT:
fDone = TRUE;
break;
}
}
}

所以游戏编程里经常会出现这样的代码(DX红龙书上的代码片段):

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MSG msg;
::ZeroMessage(&msg, sizeof(msg));

static float lastTime = (float)timeGetTime();
while(msg.message != WM_QUIT)
{
// 游戏对帧频要求较高,需要不间断的切换缓冲页面
if(::PeekMessage(&msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE))
{
::TranslateMessage(&msg);
::DispatchMessage(&msg);
}
else
{
float currTime = (float)timeGetTime();
float timeDelta = (currTime - lastTime) * 0.001f;

display(timeDelta); // 调用显示函数

lastTime = currTime;
}
}

参考:

  • 消息与消息队列:https://msdn.microsoft.com/EN-US/library/windows/desktop/ms632590.aspx

回调函数-消息处理函数

上面WinMain的代码,90%以上都是“样板代码”:通常创建一个Windows窗口应用就必须按照这个流程,可变化的地方很少。

创建一个窗口要写这么多“样板代码”,很明显上面的代码是需要封装的。MFCDuilib中都有对这些“样板代码”的封装。

我们实际要干的活都在WndProc这个回调函数中。

在让我们认识一下这个回调函数:

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LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT Message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
return DefWindowProc(hwnd, Message, wParam, lParam);
}

窗口回调函数有四个参数,事实上这四个参数都来MSG这个消息结构体,因为窗口回调函数就是用来处理消息的:

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typedef struct tagMSG {
// 窗口句柄,窗口的处理函数会接受这个消息
HWND hwnd;
// 消息ID
UINT message;
// wParam和lParam都是消息附加信息,
// 具体值取决于具体的消息(不同消息附加内容意义不一样)
WPARAM wParam;
LPARAM lParam;
// 消息发出的时间
DWORD time;
// 消息发出时光标的位置
POINT pt;
} MSG, *PMSG, *LPMSG;

message是消息的ID号,UNIT类型的有四个字节,不过能用的只有两个低字节(0x0000~0xFFFF),高字节被系统保留。
消息主要分为两种:系统消息和用户自定义消息

  • 系统消息:0x0000 ~ 0x03FF(WM_USER-1)
  • 用户自定义消息:用户自定义消息也分两种
    • 窗口类私有消息:0x0400(WM_USER) ~ 0x7FFF(WM_APP-1)
    • 应用程序私有消息:0x8000(WM_APP) ~ 0xBFFF

      还有一种消息范围在0xC000 ~ 0xFFFF,这个范围内的消息是通过RegisterWindowMessage函数进行注册得到的,这些消息ID能保证在整个操作系统是唯一的。

大多数情况下我们都是对系统消息进行处理,这些系统消息的ID都定义在在WinUser.h头文件中。

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/*
* Window Messages
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#define WM_NULL 0x0000
#define WM_CREATE 0x0001
#define WM_DESTROY 0x0002
#define WM_MOVE 0x0003
#define WM_SIZE 0x0005
...

消息很多,每个消息的附加参数意义也不一样,你不可能靠脑子去记的,所以需要经常查文档:https://msdn.microsoft.com/EN-US/library/windows/desktop/ms644927.aspx#system_defined

参考:

  • 消息处理函数:https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms632593.aspx

句柄与指针

前面频繁出现的一个东西HWND——窗口句柄。当然除了窗口句柄(HWND),还有应用实例句柄(HINSTANCE)、文件句柄(HFILE)等各种句柄。有了这些句柄我们就可以操作对应的Windows对象

前面为了方便理解,我们把它叫做指针。每一个程序员都有一颗好奇的心,你肯定尝试过使用这个“指针”去看看它指向的那段内存到底存的是不是窗口或者应用实例,但现实让你碰了一鼻子灰——句柄和指针还是不同的。

指针指向系统中物理内存的地址,而句柄是windows在内存中维护的一个对象内存物理地址列表的整数索引,句柄是一种指向指针的指针

使用Windows对象的句柄规范对系统资源的访问,这主要有两个原因:

  • 给你一个Windows对象句柄而不是整个对象,是因为微软更新Windows系统时可能会修改Windows对象的内部结构(比如多加两个字段),但是API中全部使用句柄,那么系统维护的时候就可以尽可能少的修改API接口,让Windows开发者也尽可能少的修改代码或者不修改代码
  • 为了系统安全性,Windows内部为每个对象维护了一个访问控制列表(ACL),只有指定进程可以在对象上操作,每次为对象创建句柄的时候,系统都会去检查对象的ACL。

关于Windows ACL的详细内容可以参考:https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa374860.aspx
对指针和句柄的理解,我个人觉的这篇文章讲的非常好,言简意赅:https://blog.csdn.net/u014041012/article/details/44878375

参考:

  • 句柄与Windows对象:https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms724457.aspx