Windows程序内部运行原理

时间：2022-12-23 21:33:26

本文大部分内容都是摘自孙鑫老师，在下就是一个简单的总结，归纳，希望对大家有用！！！！

Windows操作系统是一种完全不同于传统的dos方式的程序设计方法，是事件驱动的方式（主要是基于消息的，当用户需要完成某种功能时，会调用操作系统的某种支持，然后操作系统将用户的某种需要，包装成消息，并投递到消息队列中去，最后应用程序从消息队列中取走消息，并进行响应。）

Windows应用程序，操作系统，计算机硬件之间的相互关系。
Windows程序内部运行原理
1，表示操作系统能操作输出设备，以执行特定的功能：让声卡发出声音，让显卡显示图像
2，表示操作系统能够感知输入设备状态的变化：鼠标移动，键盘按下，并且能够清楚的明白当前移动到了那个位置，键盘按下的是什么字符

（这就是操作系统和计算机硬件之间的交互关系）
应用程序的开发者通常不需要知道具体的实现细节，我们所关心的仅仅是应用程序和操作系统之间的交互

3，表示应用程序可以通知操作系统执行某个具体的动作，操作系统能够控制声卡发出声音，但它并不知道应该何时发出什么样的声音，需要应用程序告诉操作系统该发出什么声音

那么，应用程序是如何通知操作系统执行某个功能的呢？？？
有过编程经验的读者都应该知道，在应用程序中要完成某个功能，都是以函数调用的形式实现的，同样，应用程序也是以函数调用的方式来通知操作系统执行相应的功能的。操作系统所能够完成的每一个特殊功能通常都有一个函数与其对应，也就是说，操作系统把它所能够完成的功能以函数的形式提供给应用程序使用，应用程序对这些函数的调用就叫做系统调用，，，这些函数的集合就是Windows操作系统提供给应用程序编程的接口（Application Programming Interface），简称为Windows API。
如：CreateWindow就是一个API函数，应用程序中调用这个函数。操作系统就会按照该函数提供的参数信息产生一个相应的窗口。。

4，表示操作系统能够将输入设备的变化上传给应用程序。如：用户在某个程序活动中按下了一个按键，操作系统马上能够感知到这一事件，并且能够知道用户按下的是哪一个键，操作系统并不决定对这一事件如何做出反应，而是将这一事件转交给应用程序，由应用程序决定如何对这一事件做出反应。
蚊子叮了我们一口，我们的神经末梢（操作系统）马上感知到这一事件，并传递给了我们的大脑（应用程序），我们的大脑最终决定如何对这一事件做出反应。将蚊子赶走，或是拍死蚊子。
对事件做出反应的过程就是消息响应。。。。。

操作系统是如何将感知到的事件传递给应用程序的呢？？？
这是通过消息机制（Message）来实现的。操作系统将每个事件都包装成一个称为消息的结构体MSG来传递给应用进程，
MSG结构定义如下：

typedef struct tagMSG
{
        HWND hwnd;
        UINT    message;
        WPARAM wParam;
        LPARAM lParam;
        DWORD time;
        POINT pt;
}MSG;

句柄（HANDLE），资源的标示（和指针类似）
操作系统要管理和操作这些资源，都是通过句柄来找到对应的资源。按资源的类型，又可将句柄细分为图标句柄（HICON），光标句柄（HCURSOR），窗口句柄（HWND），应用程序实例句柄（HINSTANCE）等到各种类型的句柄。操作系统给每一个窗口指定的一个唯一的标识号即窗口句柄

其实:WPARAM,LPARAM本质上就是int类型，之所以会出现，只是为了更加直观的明白这些参数的意义

WORD:是一个16位的整数
DWORD:是一个32位的整数，表示了这个消息被投递于消息队列中的时间
POINT:是一个点的结构体（当消息被投递时，光标在屏幕上的位置）

int WINAPI WinMain(
    HINSTANCE hInstance,
    HINSTANCE hPrevInstance,
    LPSTR     lpCmdLine,
int       nCmdShow
);

//HINSTANCE:当同样的应用程序打开多次的时候，产生多个窗口
//hPrevInstance：标示上一次打开的窗口
//(for a win32-based application,this parameter is always NULL)
//LP:long point(长指针)
//LPSTR:是一个指向字符串首地址的指针
//lpCmdLine:是一个命令行的参数（dos中接收两个参数：argc是参数的个数，argv是一个指针数组，用来存放命令行的参数），
//同样的，windows中也可以接收命令行的参数

//nCmdShow:窗口显示的状态。（最大化，最小化，隐藏显示）

WinMain:是一个入口点函数，其实是由操作系统来调用的，不是由我们去调用的。
当操作系统启动我们的程序的时候，会给我们运行中的程序分配一个实例号，通过这个参数就传递进来了，如果我们传递了一个参数的话，那么操作系统就会将这个参数放在相应的参数中（lpCmdLine）
上面的这些参数，都是由操作系统来赋值呢，，，，

窗口的创建：

创建一个完整的窗口需要经过下面四个操作步骤：
1，设计一个窗口类
2，注册窗口类
3，创建窗口
4，显示及更新窗口

设计一个窗口类？？？

因为一个窗口具有很多特征，光标（形状（十字，箭头）），图标，背景
也就是说：windows已经为我们定义了一个窗口所需要的因素，我们只需要向里面填写相应的值即可

Windows程序内部运行原理

style:
可能会出现：CS_HREDRAW, CS_VREDRAW
CS:表示的是class style
程序中：我们可能会这么写

wndclass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW | CS_NOCLOSE
//中间用的是（|）运算符，表示两者特性兼而有之
//水平重画，垂直重画，当我们窗口应用程序的水平，垂直坐标发生变化的时候，窗口此刻需要重画

窗口类的类型

在我们的程序中经常要用到一类变量，这个变量里的每一位（bit）都对应某一种特性。当该变量的某位为1时，表示有该位对应的那种特性，当该位为0时，即没有该位所对应的特性。当变量中的某几位同时为1时，就表示同时具有几种特性的组合。一个变量中的哪一位代表那种意义，不容易记忆，所以我们经常根据特征的英语拼写的大写去定义一些宏，该宏所对应的数值中仅有与该特征相对应的那一位（bit）为1，其余的bit都为0.
CS_VREDRAW = 0X0001
CS_HREDRAW = 0X0002
CS_DBLCLKS = 0X0008
CS_NOCLOSE = 0X0200
全部都是只有一位为1，其余全是0，如果我们希望某一变量的数值既有CS_VREDRAW的特性，又有CS_HREDRAW，我们只需要使用二进制OR（|）运算符，将其进行组合，如上
如果我们希望在某一变量原有的几个特征上去掉其中一个特征，用取反（~）之后再进行与（&）运算，就可以实现，如在刚才的style基础上去掉CS_NOCLOSE特征，可以用style & ~CS_NOCLOSE

WNDPROC:    lpfnWndProc
/*
窗口过程的一个类型，(long point function,接收一个函数指针)，

指定了这一类型窗口的过程函数，也称为回调函数（当应用程序收到某一个

窗口的消息时，就应该调用某一函数来处理这条消息(消息通常都是与窗口

相关的)。这一调用不是应用程

序自己来实施，而是由操作系统来完成的，但是，回调函数本身的代码必须

由应用程序自己完成。对于一条消息，操作系统到底调用应用程序中的那个

函数（回调函数）来处理呢？？？操作系统调用的就是接受消息的窗口所属

的类型中的lpfnWndProc成员指定的函数。每一种不同类型的窗口都有自

己专用的回调函数，该函数就是通过lpfnWndProc成员指定的）
*/
HINSTANCE:hInstance
//代表当前应用程序的实例号
HICON:    hIcon
wndclass.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
HICON LoadIcon(
    HINSTANCE hInstance,
    LPCTSTR   lpIconName
);
//hInstance:handle to application instance
//this parameter must be NULL when a standard icon is being loaded.
//lpIconName: name string or resource identifier
//图标的句柄
HCURSOR:hCursor
//光标
wndclass.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
HCURSOR LoadCursor(
    HINSTANCE hInstance,
    LPCTRSTR  lpCursorName
);
//解释同上
HBRUSH:hbrBackground
//画刷的句柄
wndclass.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(DKGRAY_BRUSH);
//the GetStockObject function retrieves a handle to one of the stock pens , brushes, fonts, or palettes(获取一个句柄，笔，画刷，字体，调色板)
HGDIOBJ GetStockObject(
    int fnObject;
);
可以为：BLACK_BRUSH, DKGRAY_BRUSH, DC_BRUSH, WHITE_BRUSH, BLACK_PEN, DC_PEN, ANSI_FIXED_FONT
LPCSTR:lpszMenuName
//LPC: long point const
//菜单的名字
wndclass.lpszMenuName = NULL;//表面当前这个程序没有菜单
LPCTSTR:lpszClassName
//一个窗口类的名字

同样的，汽车的生产必须上交国家有关部门的批准。我们才能够生产汽车；类似的，当我们设计完一款新的窗口之后，需要对这个窗口进行注册，向操作系统进行注册，那么我们只有注册成功之后，我们才能创建基于当前类型的窗口

RegisterClass(&wndclass);
//注册一个窗口类
ATOM RegisterClass(
 CONST WNDCLASS * lpWndClass;
);
//创建一个窗口，首先需要一个句柄:
HWND hwnd;
//我们利用这个句柄来作为新创建窗口的标示

Windows程序内部运行原理

//窗口创建完成之后，就应该将我们的这个窗口显示出来
ShowWindow(hwnd, SW_SHOWNORMAL);

BOOL ShowWind(
    HWND hWnd,   //句柄
int nCmdShow //窗口显示的状态（最大化，最小化）
);

//当然，我们还是需要更新的
UpdateWindow(hwnd);
//接下来，就到了我们程序当中关键的部分，消息循环
MSG msg;
while(GetMessage(&msg, NULL , 0, 0))
{
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
}
//GetMessage:从消息队列中取出一条消息
the GetMessage function retrieves a message from the calling thread's message queue.

BOOL GetMessage(
 LPMSG lpMsg,
 HWND hWnd,
 UINT wMsgFilterMin,
 UINT wMsgFilterMax
);
//每一个应用程序，操作系统就会给其建立一个消息队列，当我们的一个窗口有消息的时候，操作系统会将这个消息放到消息队列当中。我们的程序就会通过GetMessage从消息队列中取出一条一条具体的消息
lpMsg: [out]（out表明，在传参的过程中，不需要对这个结构体内部的成员进行初始化，我们只需要定义一个结构体变量，将地址放在这个位置就可以了，通过这个函数调用，会帮我们自动的填充消息结构体内部的变量，这就是out的含义，当我们调用getmessage的时候，这个函数就会从消息队列中取出一条消息，然后利用消息结构体的变量返回）

hWnd：是一个句柄（我们要获取的是哪一个窗口的消息），如果我们将其设置为NULL，则说明，我们需要获取属于这个调用线程的任何窗口的消息，如上，我们将其设置为NULL


wMsgFilterMin：可以指示这个消息的最小的消息值，在我们的消息队列当中，有很多的消息。那么我们可以对这个消息进行一些选择（有的消息可能感兴趣，有的消息可能不感兴趣），那么我们还可以指定一些消息的范围。就可以利用当前的这个参数来设定消息的最小值。（use WM_KEYFIRST to specify the first keyboard message or WM_MOUSEFIRST to specify the first mouse message.）

wMsgFilterMax:指示这个消息的最大值（use WM_KEYLAST to specify the last keyboard message or WM_MOUSELAST to specify the last mouse message.）

如果我们将我们上面两个消息设置为NULL的话，那么getmessage可以返回所有可以利用的消息，没有范围的过滤。
当然，我们也可以用这两个参数做一个消息的过滤，在这个范围当中的我们进行获取，不在这个范围当中的，我们过滤

GetMessage(&msg, NULL , 0, 0)；


此刻GetMessage的返回值为bool类型的，当getmessage从消息队列中取出一条消息的时候，返回为真，如果我们能够保证这个消息队列当中始终都有消息的话，那么返回值应该永远为真
//下面我们紧接着用到了TranslateMessage（&msg）
上面提到了，while（getmessage（&msg， NULL， 0， 0））
while（1）的话，那么上面就是一个死循环，这样也就能够保证程序不断的运行，那么什么时候为假呢，也就是什么时候退出呢？？？
当我们取出一条消息的时候，我们才用到了translatemessage函数，转换消息，翻译消息，这个函数到底什么意思呢？？？
是对取到的消息对进行转换（当我们按下键盘上的一个按键，系统将发出一个WM_KEYDOWN和WM_KEYUP这样的两个消息，并且参数当中提供了键盘上的，刚才按键中的虚拟的扫描码，但是有时候用户按下某个键，我们想要得到的是用户输入某一个字符的消息，也就是键盘上对应的某一个字母，那么在消息补充的附加参数当中提供我们按键字母的一个ascii码），这个translatemessage函数能够将WM_KEYDOWN和WM_KEYUP这样的两个消息转换为WM_CHAR消息，并且将转换后的消息投递到消息队列当中，（这个转换过程不会影响原来的消息只会产生一个新的消息，）也就是说，我们如果不用这样的消息的话，我们是不会受到WM_CHAR消息的。

当我们采用translatemessage消息的话，一旦我们按键，就能够将WM_KEYDOWN和WM_KEYUP这样的两个消息转换为WM_CHAR消息，并且将转换后的消息投递到消息队列当中，也就是这样的话，就能捕获到WM_CHAR
这样的消息了。
dispatchmessage函数呢？？
是将我们收到的消息传到窗口的回调函数中去，也就是窗口过程函数当中去处理，也可以理解为：将消息给了操作系统，然后操作系统调用我们的窗口过程函数，
所以，windows系统消息循环的整个机制：
当一个应用程序建立的时候，操作系统会为这个应用程序分配一个消息队列，凡是跟这个应用程序相关的消息，都会被放入到这个消息队列当中，然后，我们的应用程序利用这个getmessage从消息队列当中取出具体的消息，利用translatemessage将WM_KEYDOWN和WM_KEYUP这样的两个消息转换为WM_CHAR消息，并且投放的消息队列当中，利用dispatchmessage将这个消息投递出去，分发出去（操作系统，操作系统利用我们设计窗口类的时候所指定的窗口回调函数（winsunproc），在这个函数里面，对不同的消息做了不同的处理 ）

LRESULT CALLBACK WindowProc(
    HWND hwnd,  //handle to window
    UINT uMsg,  //message identifier
    WPARAM wParam, //first message parameter
    LPARAM lParam  //second message parameter
);
函数名字可以改，参数的类型不能改，名字可以改。
四个参数和消息的四个参数很像。（也就是说：利用dispatchmessage的时候，操作系统会去调用这样的windowproc窗口过程函数，将这个消息参数结构体中的前四个参数传递给我们这个函数，对于消息的参数（有两个我们暂时不需要，一个是消息投递时的时间，另一个是光标在屏幕上的位置。））一旦有一个消息产生的时候，都会调用我们的窗口过程函数。因此，我们需要判断到底是哪一个消息。
MessageBox：
如下：我们的用法：
MessageBox(hwnd, szChar, "weixin", MB_OK);

int MessageBox(
    HWND    hWnd,      //handle to owner window
    LPCTSTR lpText,    //text in message box
    LPCTSTR lpCaption, //message box title
    UINT    uType      //message box style
);

程序简单代码：

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

LRESULT CALLBACK WinSunProc(
  HWND hwnd,      // handle to window
  UINT uMsg,      // message identifier
  WPARAM wParam,  // first message parameter
  LPARAM lParam   // second message parameter
);

int WINAPI WinMain(
  HINSTANCE hInstance,      // handle to current instance
  HINSTANCE hPrevInstance,  // handle to previous instance
  LPSTR lpCmdLine,          // command line
int nCmdShow              // show state
)
{
    WNDCLASS wndcls;
    wndcls.cbClsExtra=0;
    wndcls.cbWndExtra=0;
    wndcls.hbrBackground=(HBRUSH)GetStockObject(BLACK_BRUSH);
    wndcls.hCursor=LoadCursor(NULL,IDC_CROSS);
    wndcls.hIcon=LoadIcon(NULL,IDI_ERROR);
    wndcls.hInstance=hInstance;
    wndcls.lpfnWndProc=WinSunProc;
    wndcls.lpszClassName="2016 3+1";
    wndcls.lpszMenuName=NULL;
    wndcls.style=CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    RegisterClass(&wndcls);

    HWND hwnd;
    hwnd=CreateWindow("2016 3+1","wince3+1",WS_OVERLAPPEDWINDOW,
0,0,600,400,NULL,NULL,hInstance,NULL);

    ShowWindow(hwnd,SW_SHOWNORMAL);
    UpdateWindow(hwnd);

    MSG msg;
while(GetMessage(&msg,NULL,0,0))
    {
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }
return 0;
}

LRESULT CALLBACK WinSunProc(
  HWND hwnd,      // handle to window
  UINT uMsg,      // message identifier
  WPARAM wParam,  // first message parameter
  LPARAM lParam   // second message parameter
)
{
switch(uMsg)
    {
case WM_CHAR:
char szChar[20];
        sprintf(szChar,"char is %d",wParam);
        MessageBox(hwnd,szChar,"weixin",0);
break;
case WM_LBUTTONDOWN:
        MessageBox(hwnd,"mouse clicked","wince3+1",0);
        HDC hdc;
        hdc=GetDC(hwnd);
        TextOut(hdc,0,50,"hello, world",strlen("hello, world"));
        ReleaseDC(hwnd,hdc);
break;
case WM_PAINT:
        HDC hDC;
        PAINTSTRUCT ps;
        hDC=BeginPaint(hwnd,&ps);
        TextOut(hDC,0,0,"3+1",strlen("3+1"));
        EndPaint(hwnd,&ps);
break;
case WM_CLOSE:
if(IDYES==MessageBox(hwnd,"是否真的结束？","weixin",MB_YESNO))
        {
            DestroyWindow(hwnd);
        }
break;
case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);
break;
default:
return DefWindowProc(hwnd,uMsg,wParam,lParam);
    }
return 0;
}

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