第一講 Windows程序內(nèi)部運行原理

1、2022/10/111自我介紹！Email: 姓名: 劉曉翔QQ: 13134954性別: 男年齡: xxx籍貫: 湖北聯(lián)系方式:手機: 135438945892022/10/11Windows編程主講:劉曉翔2022/10/113前言什么是Windows編程？1. 你編寫的程序是否遵循了Windows的編程模型？2.是否調(diào)用了Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序編程接口函數(shù)API，或者對其封裝后的基礎(chǔ)類庫（如MFC）。2022/10/114前言關(guān)于Windows編程的三個問題1. 什么是Windows API? 2. 什么是MFC?3. 為什么要使用MFC?2022/10/115前言1. 什么是

2、 Windows API？ 從Windows應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)，計算機硬件之間的相互關(guān)系開始說起 應(yīng)用程序的機能就是：通知操作系統(tǒng)控制計算機硬件，執(zhí)行某個具體的動作，完成特定的功能。 例如：操作系統(tǒng)能夠控制聲卡發(fā)出聲音，但它并不知道應(yīng)該何時發(fā)出何種聲音，需要應(yīng)用程序告訴操作系統(tǒng)該發(fā)出什么樣的聲音。那么，應(yīng)用程序是如何通知操作系統(tǒng)執(zhí)行某個功能的呢？2022/10/116前言1. 什么是 Windows API？（續(xù)） 有過編程經(jīng)驗的同學(xué)都應(yīng)該知道，在傳統(tǒng)應(yīng)用程序中要完成某個功能，都是以函數(shù)調(diào)用的形式實現(xiàn)的，同樣，Windows應(yīng)用程序也是以函數(shù)調(diào)用的方式來通知操作系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的功能的。 操作系統(tǒng)

3、所能夠完成的每一個特殊功能通常都有一個函數(shù)與其對應(yīng)，也就是說，操作系統(tǒng)把它所能夠完成的功能以函數(shù)的形式提供給應(yīng)用程序使用，應(yīng)用程序?qū)@些函數(shù)的調(diào)用就叫做系統(tǒng)調(diào)用，這些函數(shù)的集合就是Windows應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface)，簡稱Windows API。 如CreateWindow就是一個API函數(shù)，應(yīng)用程序中調(diào)用這個函數(shù)，操作系統(tǒng)就會按照該函數(shù)提供的參數(shù)信息產(chǎn)生一個相應(yīng)的窗口。2022/10/117前言1. 什么是 Windows API？（續(xù)） Windows編程的本質(zhì)： 利用Windows API 函數(shù)編寫應(yīng)用程序，讓操作系統(tǒng)完成某

4、種特定的功能 。Windows/System32/Kernel32.dll、 USER32.dll、GDI32.dllWindows API 函數(shù)在哪里？怎樣使用Windows API？C和Windows SDK開發(fā)包（ API函數(shù)是用純C寫的，都在windows.h中有聲明）然而如今，C+取代了C，成為專業(yè)Windows程序員首選的語言，所以MFC橫空出世了2022/10/118前言2. 什么是 MFC？ MFC英文全稱為Microsoft Foundation Classes （微軟基礎(chǔ)類庫），是把Windows API進行封裝的類庫，它是一個類的集合，通過覆蓋Windows API，為編

5、程提供了一個面向?qū)ο蟮慕缑妗?MFC使Windows程序員能夠利用C+面象對象的特性進行編程。2022/10/119前言3. 為什么要使用MFC？可重用性封裝后使方法和屬性更緊密的捆綁常用的功能自動化，減少編寫代碼的數(shù)量提供應(yīng)用程序的框架結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)提供了抽象功能，它遠遠超出了Windows API的功能。例如：MFC的文檔/視圖體系結(jié)構(gòu)在API上建造了一個功能強大的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它把程序中數(shù)據(jù)的圖形表示（或稱為視圖）與數(shù)據(jù)本身分開。這種抽象對API而言完全是陌生的，而且在MFC框架結(jié)構(gòu)之外或類似的類庫中也不存在。2022/10/1110關(guān)于教材參考書籍（Windows 編程四大法寶）VC深入詳

6、解孫鑫著 電子工業(yè)出版社深入淺出MFC（第二版）侯俊杰著 華中科技大學(xué)出版社Windows程序設(shè)計（第五版）Charles Petzold著 北京大學(xué)出版社（ Microsoft Press ）VisualC+技術(shù)內(nèi)幕（第四版）DavidJ.Kruglinski著 清華大學(xué)出版社（ Microsoft Press ）2022/10/1111內(nèi)容安排Windows程序內(nèi)部運行機制 （API）C+ 進階MFC框架程序 （“文檔/視圖”體系結(jié)構(gòu)程序）在窗口中繪圖在窗口中編輯文本菜單編程對話框界面設(shè)計（外觀、工具欄、狀態(tài)欄）動態(tài)鏈接庫多線程應(yīng)用程序2022/10/11第一講Windows程序內(nèi)部運行原

7、理2022/10/1113Windows 程序內(nèi)部運行機制Windows編程模型事件驅(qū)動編程模型以消息為基礎(chǔ)，事件驅(qū)動之WM_PAINTWM_KEYDOWNWM_LBUTTONDOWN消息響應(yīng)消息響應(yīng)消息響應(yīng)DefWindowProc來源于操作系統(tǒng)的消息消息隊列WinMain消息循環(huán)發(fā)送消息窗口過程未處理的消息應(yīng)用程序窗口交還給操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)實現(xiàn)特定功能2022/10/1114Windows 程序內(nèi)部運行機制消息、消息隊列、消息循環(huán) 應(yīng)用程序開始執(zhí)行后，系統(tǒng)都會為該程序創(chuàng)建一個消息隊列，這個消息隊列用來存放該程序創(chuàng)建的窗口的消息（消息通常與窗口相關(guān)）。 例如，當我們按下鼠標左鍵的時候，將會產(chǎn)

8、生消息，系統(tǒng)會將這個消息放到窗口所屬的應(yīng)用程序的消息隊列中，等待應(yīng)用程序的處理。產(chǎn)生的消息都會依次放到消息隊列中，而應(yīng)用程序則通過一個消息循環(huán)不斷地從消息隊列中取出消息，并進行響應(yīng)。2022/10/1115Windows 程序內(nèi)部運行機制消息響應(yīng)與窗口過程 如用戶在某個程序活動時按了一下鍵盤，操作系統(tǒng)馬上能夠感知到這一事件，并且能夠知道用戶按下的是哪一個鍵，操作系統(tǒng)并不決定對這一事件如何作出反應(yīng)，而是將這一事件轉(zhuǎn)交給應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序決定如何對這一事件作出反應(yīng)。對事件作出反應(yīng)的過程就是消息響應(yīng)，各種消息響應(yīng)放在一起組成了窗口過程。 2022/10/1116Windows 程序內(nèi)部運行機制Wi

9、ndows API 中消息的定義 操作系統(tǒng)是怎樣將感知到的事件傳遞給應(yīng)用程序的呢？這是通過消息機制(Message)來實現(xiàn)的。操作系統(tǒng)將每個事件都包裝成一個稱為消息的結(jié)構(gòu)體MSG來傳遞給應(yīng)用程序，參看MSDN。MSG結(jié)構(gòu)定義如下： typedef struct tagMSG HWND hwnd; UINT message; WPARAM wParam; LPARAM lParam; DWORD time; POINT pt; MSG; 2022/10/1117Windows 程序內(nèi)部運行機制小小知識點“句柄” 句柄（HANDLE），資源的標識。 操作系統(tǒng)要管理和操作各種各樣的資源，都是通過句柄

10、來找到對應(yīng)的資源。按資源的類型，又可將句柄細分成圖標句柄（HICON），光標句柄（HCURSOR），窗口句柄（HWND），應(yīng)用程序?qū)嵗浔℉INSTANCE）等等各種類型的句柄。 操作系統(tǒng)給每一個窗口指定的一個唯一的標識號即窗口句柄。 2022/10/1118Windows 程序內(nèi)部運行機制小小知識點API中對數(shù)據(jù)類型的宏定義好處：讓數(shù)據(jù)類型具備語義信息，從變量的類型就可以區(qū)分變量的用途！int x, y;x = 30;y = 30;/x和y既可以用來表示坐標點，也可以用來表示寬度和高度，還可以用來表示身高和體重。typedef int WIDTHtypedef int HEIGHTWIDT

11、H x;HEIGHT y;/我們從變量的類型上就可以知道x和y是用來表示寬度和高度。2022/10/1119Windows 程序內(nèi)部運行機制編寫Windows應(yīng)用程序的要素消息響應(yīng)消息響應(yīng)消息響應(yīng)DefWindowProcWinMain消息循環(huán)發(fā)送消息窗口過程未處理的消息應(yīng)用程序1 入口函數(shù)WinMain2 創(chuàng)建窗口3 消息循環(huán)與發(fā)送消息4 窗口過程與消息響應(yīng)消息窗口2022/10/1120Windows 程序內(nèi)部運行機制1.入口函數(shù)WinMainint WINAPI WinMain( HINSTANCE hInstance, / 當前應(yīng)用程序?qū)嵗浔?HINSTANCE hPrevInsta

12、nce, / 永遠為NULL LPSTR lpCmdLine, / 命令行參數(shù) int nCmdShow / 窗口顯示時的狀態(tài));2022/10/1121Windows 程序內(nèi)部運行機制2. 創(chuàng)建窗口 創(chuàng)建一個完整的窗口需要經(jīng)過下面四個操作步驟： Step1: 設(shè)計一個窗口類； Step2: 注冊窗口類； Step3: 創(chuàng)建窗口； Step4: 顯示及更新窗口。2022/10/1122Windows 程序內(nèi)部運行機制設(shè)計窗口類typedef struct _WNDCLASS UINT style; /窗口類樣式 WNDPROClpfnWndProc; /窗口過程函數(shù)指針 int cbClsEx

13、tra; /窗口類附加內(nèi)存字節(jié)數(shù)，通常為0 int cbWndExtra; /窗口附加內(nèi)存字節(jié)數(shù)，通常為0 HANDLE hInstance; /應(yīng)用程序?qū)嵗浔?HICON hIcon; /標題欄圖標 HCURSOR hCursor; /光標 HBRUSH hbrBackground; /窗口背景顏色 LPCTSTR lpszMenuName; /菜單資源名稱 LPCTSTR lpszClassName; /窗口類名稱 WNDCLASS; 2022/10/1123Windows 程序內(nèi)部運行機制創(chuàng)建窗口HWND CreateWindow( LPCTSTR lpClassName, / 已注冊

14、的窗口類名稱 LPCTSTR lpWindowName, / 窗口標題欄中顯示的文本 DWORD dwStyle, / 窗口樣式 int x, / 水平坐標 int y, / 垂直坐標 int nWidth, / 寬度 int nHeight, / 高度 HWND hWndParent, / 父窗口句柄 HMENU hMenu, / 菜單句柄 HINSTANCE hInstance, / 應(yīng)用程序?qū)嵗浔?LPVOID lpParam / 用于多文檔程序的附加參數(shù)，單文檔為NULL ); 2022/10/1124Windows 程序內(nèi)部運行機制3. 消息循環(huán)與發(fā)送消息MSG msg;while

15、 (GetMessage(&msg,NULL,0,0) /從消息隊列獲取消息TranslateMessage(&msg); /消息解釋DispatchMessage(&msg); /將消息發(fā)送到“窗口過程”2022/10/1125Windows 程序內(nèi)部運行機制GetMessageBOOL GetMessage( LPMSG lpMsg, / 消息結(jié)構(gòu)體指針，返回消息信息 HWND hWnd, / 窗口句柄 ，通常設(shè)為NULL UINT wMsgFilterMin, / 消息過濾最小值 UINT wMsgFilterMax / 消息過濾最大值 ); GetMessage從線程的消息隊列中取出消

16、息，取出的消息保存在事先定義好的消息的結(jié)構(gòu)體對象中。 GetMessage函數(shù)取到除WM_QUIT外的消息均返回非零值，只有在接收到WM_QUIT消息時，才返回0。 什么時候才會收到WM_QUIT呢？（見窗口過程）2022/10/1126Windows 程序內(nèi)部運行機制TranslateMessage TranslateMessage函數(shù)用于將虛擬鍵消息轉(zhuǎn)換為字符消息。當我們敲擊鍵盤上的某個字符鍵時，系統(tǒng)將產(chǎn)生WM_KEYDOWN和WM_KEYUP消息。這兩個消息的附加參數(shù)（wParam和lParam）包含的是虛擬鍵代碼和掃描碼等信息，而我們在程序中往往需要得到某個字符的ASCII碼，Tran

17、slateMessage這個函數(shù)就可以將WM_KEYDOWN和WM_KEYUP消息的組合轉(zhuǎn)換為一條WM_CHAR消息，該消息的WParam附加參數(shù)包含了字符的ASCII碼），并將轉(zhuǎn)換后的新消息投遞到調(diào)用線程的消息隊列中。注意，Translate函數(shù)并不會修改原有的信息，他只是產(chǎn)生新的消息并投遞到消息隊列中。2022/10/1127Windows 程序內(nèi)部運行機制DispatchMessage DispatchMessage分派一個消息到窗口過程。由窗口過程函數(shù)對消息進行處理。 DispatchMessage實際上是將消息回傳給操作系統(tǒng)，再由操作系統(tǒng)調(diào)用窗口過程函數(shù)對消息進行處理。2022/10

18、/1128 對于一條消息，操作系統(tǒng)到底調(diào)用應(yīng)用程序中的哪個函數(shù)來處理呢？ 操作系統(tǒng)調(diào)用的就是接受消息的窗口所屬的類型中的lpfnWndProc成員（還記得窗口類的第二個成員嗎？）指定的函數(shù)。每一種不同類型的窗口都有自己專用的回調(diào)函數(shù)，該函數(shù)就是通過lpfnWndProc成員指定的，也稱回調(diào)函數(shù)。 回調(diào)函數(shù)的原理是這樣的，當應(yīng)用程序收到給某一窗口的消息時，就應(yīng)該調(diào)用某一函數(shù)來處理這條消息。這一調(diào)用過程不用應(yīng)用程序自己來實施，而由操作系統(tǒng)來完成，但是，回調(diào)函數(shù)本身的代碼必須由應(yīng)用程序自己完成。 Windows 程序內(nèi)部運行機制窗口過程函數(shù)2022/10/1129Windows 程序內(nèi)部運行機制5.

19、 窗口過程與響應(yīng)消息LRESULT CALLBACK MyWndProc( HWND hwnd, / handle to window UINT uMsg, / message identifier WPARAM wParam, / first message parameter LPARAM lParam / second message parameter) switch (uMsg) case WM_PAINT: /響應(yīng)消息 case WM_KEYDOWN: /響應(yīng)消息 case WM_LBUTTONDOWN: /響應(yīng)消息 default: return DefWindowProc(hw

20、nd,uMsg,wParam,lParam); return 0;2022/10/1130Windows 程序內(nèi)部運行機制回調(diào)函數(shù) 凡是由你設(shè)計而卻由Windows系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)，統(tǒng)稱為Callback函數(shù)。這些函數(shù)都有一定的類型，以配合Windows的調(diào)用操作。 除了窗口過程函數(shù)，Windows API還有一些其它的回調(diào)函數(shù)，例如SetTimer、LineDDA、EnumObject。這種函數(shù)會在進行某種行為之后或滿足某種狀態(tài)之時，操作系統(tǒng)自動調(diào)用該函數(shù)。2022/10/1131Windows 程序內(nèi)部運行機制小小知識：函數(shù)的三種調(diào)用方式_cdecl 是C/C+和MFC程序默認使用的調(diào)用約定

21、，也可以在函數(shù)聲明時加上_cdecl關(guān)鍵字來手工指定。采用_cdecl約定時，函數(shù)參數(shù)按照從右到左的順序入棧，并且由調(diào)用函數(shù)者把參數(shù)彈出棧以清理堆棧。因此，實現(xiàn)可變參數(shù)的函數(shù)只能使用該調(diào)用約定。由于每一個使用_cdecl約定的函數(shù)都要包含清理堆棧的代碼，所以產(chǎn)生的可執(zhí)行文件大小會比較大。_stdcall 調(diào)用約定用于調(diào)用Win32 API函數(shù)。采用_stdcall約定時，函數(shù)參數(shù)按照從右到左的順序入棧，被調(diào)用的函數(shù)在返回前清理傳送參數(shù)的棧，函數(shù)參數(shù)個數(shù)固定。由于函數(shù)體本身知道傳進來的參數(shù)個數(shù)，因此被調(diào)用的函數(shù)可以在返回前用一條ret n指令直接清理傳遞參數(shù)的堆棧。_fastcall 約定用于對

22、性能要求非常高的場合。_fastcall約定將函數(shù)的從左邊開始的兩個大小不大于4個字節(jié)（DWORD）的參數(shù)分別放在ECX和EDX寄存器，其余的參數(shù)仍舊自右向左壓棧傳送，被調(diào)用的函數(shù)在返回前清理傳送參數(shù)的堆棧。_fastcall可以寫成_fastcall。 2022/10/1132Windows 程序內(nèi)部運行機制三種調(diào)用方式的特別說明在默認情況下，VC采用_cdecl方式,因此可以省略.WINAPI一般用于修飾動態(tài)鏈接庫中導(dǎo)出函數(shù) CALLBACK僅用于修飾回調(diào)函數(shù) 2022/10/1133Windows 程序內(nèi)部運行機制DefWindowProc 我們的程序無論多大都不可能將所有的消息都處理，

23、所以我們必須有一個機制讓不感興趣的、不需要我們處理的消息，交還給Windows操作系統(tǒng)為我們處理，這個過程就是由DefWindowProc函數(shù)來實現(xiàn)的，也是每個程序所必備的。2022/10/1134Windows 程序內(nèi)部運行機制WM_DESTROY 當窗口被銷毀時會產(chǎn)生這個消息（通常也是準備退出應(yīng)用程序的時候），對于這個消息的響應(yīng)是每個程序所必備的。怎樣響應(yīng)呢？ 響應(yīng)方式就是調(diào)用PostQuitMessage函數(shù)，該函數(shù)會在消息隊列中添加一個WM_QUIT消息，準備讓由消息循環(huán)中的GetMessage取得。當消息循環(huán)中的收到WM_QUIT消息時，GetMessage會傳回0，從而結(jié)束消息循環(huán)，進而結(jié)束整個程序。 2022/10/1135Windows 程序內(nèi)部運行機制WM_QUIT & PostQuitMessage PostQuitMessage會發(fā)送WM_QUIT給消息隊列。注意，WM_QUIT永遠不會到達窗口過程，因為GetMessage得到WM_QUIT后就會返回0，從而結(jié)束消息循環(huán)，程序退出。 強烈建議PostQuitMessage放在WM_DESTROY消息響應(yīng)里面調(diào)用，讓程序正常有序的結(jié)束，因為通常銷毀窗口是程序運行的最后一步。 當然，PostQuitMe