【转】深入Windows内核——C++中的消息机制

上节讲了消息的相关概念，本文将进一步聊聊C++中的消息机制。

从简单例子探析核心原理

在讲之前，我们先看一个简单例子：创建一个窗口和两个按钮，用来控制窗口的背景颜色。其效果

【转】深入Windows内核——C++中的消息机制图1.效果图

Win32Test.h

 #pragma once

 #include <windows.h>

 #include <atltypes.h>

 #include <tchar.h>

 //资源ID

 #define ID_BUTTON_DRAW      1000

 #define ID_BUTTON_SWEEP     1001

 // 注册窗口类

 ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance);

 // 初始化窗口

 BOOL InitInstance(HINSTANCE, int);

 // 消息处理函数(又叫窗口过程)

 LRESULT CALLBACK    WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);

 // (白色背景)按钮事件

 void OnButtonWhite();

 // (灰色背景)按钮事件

 void OnButtonGray();

 // 绘制事件

 void OnDraw(HDC hdc);

Win32Test.cpp

 #include "stdafx.h"

 #include "Win32Test.h"

 //字符数组长度

 #define MAX_LOADSTRING 100

 //全局变量

 HINSTANCE hInst;                                            // 当前实例

 TCHAR g_szTitle[MAX_LOADSTRING] = TEXT("Message process");  // 窗口标题

 TCHAR g_szWindowClass[MAX_LOADSTRING] = TEXT("AppTest");    // 窗口类的名称

 HWND g_hWnd;                                                // 窗口句柄

 bool g_bWhite = false;                                      // 是否为白色背景

 //WinMain入口函数

 int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)

 {

     UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);

     UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);

     // 注册窗口类

     if(!AppRegisterClass(hInstance))

     {

          return (FALSE);

     }

     // 初始化应用程序窗口

     if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))

     {

         return FALSE;

     }

     // 消息循环

     MSG msg;

     while (GetMessage(&msg, NULL, , ))

     {

         TranslateMessage(&msg);

         DispatchMessage(&msg);

     }

     return (int) msg.wParam;

 }

 // 注册窗口类

 ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance)

 {

     WNDCLASSEX wcex;

     wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);

     wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;

     wcex.lpfnWndProc    = WndProc;

     wcex.cbClsExtra     = ;

     wcex.cbWndExtra     = ;

     wcex.hInstance      = hInstance;

     wcex.hIcon          = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);

     wcex.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);

     wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+);

     wcex.lpszMenuName   = NULL;

     wcex.lpszClassName  = g_szWindowClass;

     wcex.hIconSm        = NULL;

     return RegisterClassEx(&wcex);

 }

 // 保存实例化句柄并创建主窗口

 BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)

 {

    hInst = hInstance; // 保存handle到全局变量

    g_hWnd = CreateWindow(g_szWindowClass, g_szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW, , , , , NULL, NULL, hInstance, NULL);

    // 创建按钮

    HWND hBtWhite = CreateWindowEx(, L"Button", L"白色", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_TEXT, , , , , g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_DRAW, hInst, NULL);

    HWND hBtGray = CreateWindowEx(, L"Button", L"灰色", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_CENTER, , , , , g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_SWEEP, hInst, NULL);

    if (!g_hWnd)

    {

       return FALSE;

    }

    ShowWindow(g_hWnd, nCmdShow);

    UpdateWindow(g_hWnd);

    return TRUE;

 }

 // (窗口)消息处理

 LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

 {

     int wmId, wmEvent;

     PAINTSTRUCT ps;

     HDC hdc;

     switch (message)

     {

     case WM_COMMAND:

         wmId    = LOWORD(wParam);

         //wmEvent = HIWORD(wParam);

         switch (wmId)

         {

         case ID_BUTTON_DRAW:

             OnButtonWhite();

             break;

         case ID_BUTTON_SWEEP:

             OnButtonGray();

             break;

         default:

             return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);

         }

         break;

     case WM_PAINT:

         hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);

         OnDraw(hdc);

         EndPaint(hWnd, &ps);

         break;

     case WM_DESTROY:

         PostQuitMessage();

         break;

     default:

         return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);

     }

     return ;

 }

 //事件处理

 //按下hBtWhite时的事件

 void OnButtonWhite()

 {

     g_bWhite = true;

     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口

 }

 //按下hBtGray时的事件

 void OnButtonGray()

 {

     g_bWhite = false;

     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口

 }

 //绘制事件(每次刷新时重新绘制图像)

 void OnDraw(HDC hdc)

 {

     POINT oldPoint;

     SetViewportOrgEx(hdc, , , &oldPoint);

     RECT rcView;

     GetWindowRect(g_hWnd, &rcView); // 获得句柄的画布大小

     HBRUSH hbrWhite = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);

     HBRUSH hbrGray = (HBRUSH)GetStockObject(GRAY_BRUSH);

     if (g_bWhite)

     {

         FillRect(hdc, &rcView, hbrWhite);

     } else

     {

         FillRect(hdc, &rcView, hbrGray);

     }

     SetViewportOrgEx(hdc, oldPoint.x, oldPoint.y, NULL);

 }

在上面这个例子中，消息的流经过程如下：

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图2.消息的流经过程

这与《编程思想之消息机制》中图1（消息机制原理）是相吻合的，这就是Windows消息机制的核心部分，也是Windows API开发的核心部分。Windows系统和Windows下的程序都是以消息为基础，以事件为驱动。

RegisterClassEx的作用是注册一个窗口，在调用CreateWindow创建一个窗口前必须向windows系统注册获惟一的标识。

 while (GetMessage(&msg, NULL, , ))

 {

     TranslateMessage(&msg);

     DispatchMessage(&msg);

 }

这个while循环就是消息循环，不断地从消息队列中获取消息，并通过DispatchMessage(&msg)将消息分发出去。消息队列是在Windows操作系统中定义的（我们无法看到对应定义的代码），对于每一个正在执行的Windows应用程序，系统为其建立一个“消息队列”，即应用程序队列，用来存放该程序可能创建的各种窗口的消息。DispatchMessage会将消息传给窗口函数(即消息处理函数)去处理，也就是WndProc函数。WndProc是一个回调函数，在注册窗口时通过wcex.lpfnWndProc将其传给了操作系统，所以DispatchMessage分发消息后，操作系统会调用窗口函数(WndProc)去处理消息。

每一个窗口都应该有一个函数负责消息处理，程序员必须负责设计这个所谓的窗口函数Wndproc。

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

中的四个参数就是消息的相关信息(消息来自的句柄、消息类型等)，函数中通过switch/case根据不同的消息类型分别进行不同的处理。在收到相应类型的消息之后，可调用相应的函数去处理，如OnButtonWhite、OnButtonGray、OnDraw，这就是事件处理的雏形。在default中调用了DefWindowProc，DefWindowProc是操作系统定义的默认消息处理函数，这是因为所有的消息都必须被处理，应用程序不处理的消息需要交给操作系统处理。

消息的定义和类型

Windows消息都以WM_为前缀，意思是“Windows Message” ，如WM_CREATE、WM_PAINT等。消息的定义如下：

 typedef struct tagMsg

 {

     HWND    hwnd;           //接受该消息的窗口句柄

     UINT    message;        //消息常量标识符，也就是我们通常所说的消息号

     WPARAM  wParam;         //32位消息的特定附加信息，确切含义依赖于消息值

     LPARAM  lParam;         //32位消息的特定附加信息，确切含义依赖于消息值

     DWORD   time;           //消息创建时的时间

     POINT   pt;             //消息创建时的鼠标/光标在屏幕坐标系中的位置

 }MSG;

消息主要有三种类型：

1. 命令消息(WM_COMMAND)：命令消息是程序员需要程序做某些操作的命令。凡UI对象产生的消息都是这种命令消息，可能来自菜单、加速键或工具栏按钮等，都以WM_COMMAND呈现。
2. 标准窗口消息：除WM_COMMAND之处，任何以WM_开头的消息都是这一类。标准窗口消息是系统中最为常见的消息，它是指由操作系统和控制其他窗口的窗口所使用的消息。例如CreateWindow、DestroyWindow和MoveWindow等都会激发窗口消息，以及鼠标移动、点击，键盘输入都是属于这种消息。
3. Notification:这种消息由控件产生，为的是向其父窗口(通常是对话框窗口)通知某种情况。当一个窗口内的子控件发生了一些事情，而这些是需要通知父窗口的，此刻它就上场啦。通知消息只适用于标准的窗口控件如按钮、列表框、组合框、编辑框，以及Windows公共控件如树状视图、列表视图等。

队列消息和非队列消息

Windows中有一个系统消息队列，对于每一个正在执行的Windows应用程序,系统为其建立一个“消息队列”，即应用程序队列，用来存放该程序可能创建的各种窗口的消息。

(1)队列消息(Queued Messages)
消息会先保存在消息队列中，通过消息循环从消息队列中获取消息并分发到各窗口函数去处理，如鼠标、键盘消息就属于这类消息。
(2)非队列消息(NonQueued Messages)
就是消息会直接发送到窗口函数处理，而不经过消息队列。如： WM_ACTIVATE, WM_SETFOCUS, WM_SETCURSOR， WM_WINDOWPOSCHANGED就属于此类。

PostMessage与SendMessage的区别

PostMessage发送的消息是队列消息，它会把消息Post到消息队列中； SendMessage发送的消息是非队列消息，被直接送到窗口过程处理，等消息被处理后才返回。

【转】深入Windows内核——C++中的消息机制

图3.消息队列示意图

为证明这一过程，我们可以改动一下上面的这个例子。

1.在Win32Test.h中添加ID_BUTTON_TEST的定义

 #define ID_BUTTON_TEST      1002

2.在OnButtonWhite中分别用SendMessage和PostMessage发送消息

 //按下hBtWhite时的事件

 void OnButtonWhite()

 {

     g_bWhite = true;

     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口

     SendMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, );

     //PostMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, 0);

 }

3.在消息循环中增加ID_BUTTON_TEST的判断

 while (GetMessage(&msg, NULL, , ))

     {

         if (LOWORD(msg.wParam) == ID_BUTTON_TEST)

         {

             OutputDebugString(L"This is a ID_BUTTON_TEST message.");    // [BreakPoint1]

         }

         TranslateMessage(&msg);

         DispatchMessage(&msg);

     }

4.在窗口处理函数WndProc增加ID_BUTTON_TEST的判断

 case ID_BUTTON_TEST:

     {

         OutputDebugString(L"This is a ID_BUTTON_TEST message.");        // [BreakPoint2]

     }

     break;

 case ID_BUTTON_DRAW:

     OnButtonWhite();

     break;

 case ID_BUTTON_SWEEP:

     OnButtonGray();

     break;

用断点调试的方式我们发现，用SendMessage发送的ID_BUTTON_TEST消息只会进入BreakPoint2，而PostMessage发送的ID_BUTTON_TEST会进入到BreakPoint1和BreakPoint2。

转自 luoweifu 《深入Windows内核——C++中的消息机制》

秒客网

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从简单例子探析核心原理

消息的定义和类型

队列消息和非队列消息

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