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  • 剖析Windows的消息运行机制 (学习一)

    转自:http://windows.chinaitlab.com/administer/3510.html

    一、引言

    随着Windows操作系统的不断推广,众多软件开发包都提供有开发基于Windows平台应用软件的功能。虽然这些开发包不尽相同,流行的有Visual C++、Visual Basic、Delphi、C++ Builder 等多种,但由这些不同语言开发的软件有一点却是相同的--都是运行于Windows 操作平台,都必须接受Windows 的运行机制。作为Windows 操作系统灵魂的消息机制也就必然为众多用不同语言开发的Windows操作系统下运行的应用程序所接受。因此,要编写深入的Windows程序,就必须对 Windows的运行机制有很好的认识和理解。本文下面将对Windows操作系统下的消息运行机制做较为深入的剖析。

    二、Windows事件驱动机制

    我们当中不少使用VC、Delphi等作为开发语言的程序员是一步步从DOS下的Basic、C++中走过来的,而且大多在刚开始学习编程时也是先从 DOS下的编程环境入手的,因此在习惯了DOS下的过程驱动形式的顺序程序设计方法后,往往在向Windows下的开发环境转型的过程中会对 Windows所采取的事件驱动方式感到无法适应。因为DOS和Windows这两种操作系统的运行机制是截然不同的,DOS下的任何程序都是使用顺序 的、过程驱动的程序设计方法。这种程序都有一个明显的开始、明显的过程以及一个明显的结束,因此通过程序就能直接控制程序事件或过程的全部顺序。即使是在 处理异常时,处理过程也仍然是顺序的、过程驱动的结构。而Windows的驱动方式则是事件驱动的,即程序的流程不是由事件的顺序来控制,而是由事件的发 生来控制,所有的事件是无序的,所为一个程序员,在编写程序时,并不知道用户会先按下哪个按纽,也就不知道程序先触发哪个消息。因此我们的主要任务就是对 正在开发的应用程序要发出的或要接收的消息进行排序和管理。事件驱动程序设计是密切围绕消息的产生与处理而展开的,一条消息是关于发生的事件的消息。

    三、Windows的消息循环

    Windows操作系统为每一个正在运行的应用程序保持有一个消息队列。当有事件发生后,Windows并不是将这个激发事件直接送给应用程序,而是先 将其翻译成一个Windows消息,然后再把这个消息加入到这个应用程序的消息队列中去。应用程序需要通过消息循环来接收这些消息。在MFC中使用了对 WinAPI进行了很好封装的类库,虽然可以为编程提供一个面向对象的界面,使Windows程序员能够以面象对象的方式进行编程,把那些进行SDK编程 时最繁琐的部分提供给程序员,使之专注于功能的实现,但是由于引入了很好的封装特性,使我们不能直接操纵部分核心代码。对于消息的循环和接收也只是通过类 似于下面的消息映射予以很简单的表示:

    BEGIN_MESSAGE_MAP(CTEMMSView, CFormView)
    //{{AFX_MSG_MAP(CTEMMSView)
    ON_WM_LBUTTONDOWN()
    ON_COMMAND(ID_OPENDATA, OnOpenData)
    ON_WM_TIMER()
    ON_WM_PAINT()
    //}}AFX_MSG_MAP
    END_MESSAGE_MAP()

    虽然上述消息映射在编程过程中处理消息非常简练方便,但显然是难于理解消息是如何参与循环和分发的。因此有必要通过SDK(Software Developers Kit,软件开发工具箱)代码深入到被MFC封装的Windows编程的核心中来研究其具体是如何工作的。在SDK编程中,一般是在Windows应用程 序的入口点WinMain函数中添加处理消息循环的代码以检索Windows送来的消息,然后WinMain再把这些消息分配给相应的窗口函数并处理它 们:

    ……
    MSG msg; //定义消息名
    while (GetMessage (&msg, NULL, 0, 0))
    {
    TranslateMessage (&msg) ; //翻译消息
    DispatchMessage (&msg) ; //撤去消息
    }
    return msg.wParam ;

    上述几句虽然简单但却是所有Windows程序的关键代码,担负着获取、解释和分发消息的任务,下面就重点对其功能和作用进行分析:

    MSG结构在头文件中定义如下:

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

    其数据成员的具体意义如下:

    hwnd:消息将要发送到的那个窗口的句柄,用这个参数可以决定让哪个窗口接收消息。
    message:消息号,它唯一标识了一种消息类型。每种消息类型都在Windows文件进行了预定义。
    wParam:一个32位的消息参数,这个值的确切意义取决于消息本身。
    lParam:同上。
    time:消息放入消息队列中的时间,在这个域中写入的并非当时日期,而是从Windows启动后所测量的时间值。Windows用
    这个域来使用消息保持正确的顺序。
    pt:消息放入消息队列时的鼠标坐标。

    消息循环以GetMessage调用开始,它从消息队列中取出一个消息。该函数的四个参数可以有控制地获取消息,第一个参数指定要接收消息的MSG结构 的地址,第二个参数表示窗口句柄,一般将其设置为空,表示要获取该应用程序创建的所有窗口的消息;第三、四参数用于指定消息范围。后面三个参数被设置为默 认值,用于接收发送到属于这个应用程序的任何一个窗口的所有消息。在接收到除WM_QUIT之外的任何一个消息后,GetMessage()返回 TRUE;如果GetMessage收到一个WM_QUIT消息,则返回FALSE以退出消息循环,终止程序运行。因此,在接收到WM_QUIT之前,带 有GetMessage()的消息循环可以一直循环下去。当除WM_QUIT的消息用GetMessage读入后,首先要经过函数 TranslateMessage()对其进行解释,但对大多数消息来说并不起什么作用。这里起关键作用的是DispatchMessage()函数,把 由GetMessage获取的Windows消息传送给在MSG结构中为窗口所指定的窗口过程。在消息处理函数处理完消息之后,代码又循环到开始去接收另 一个消息,这样就完成了一个完整的消息循环。

    由于Windows操作系统是一种非剥夺式多任务操作系统。只有在应用程序主动 交出CPU控制权后,Windows才能把控制权交给其他应用程序。在消息循环中,一定要有能交出控制的系统函数才能实现协同式多任务操作。能完成该功能 的只有GetMessage、PeekMessage和WaitMessage这三个函数,如果在应用程序中长期不去调用这三个函数之一其他任务则无法执 行。GetMessage函数在找不到等待应用程序处理的消息时,会自动交出控制权,由Windows把CPU的控制权交给其他等待获取控制权的应用程 序。由于任何Windows应用程序都含有一个消息循环,这种隐式交出控制权的方式可以保证合并各个应用程序共享控制权。一旦发往该应用程序的消息到达应 用程序队列,即开始执行GetMessage语句的下一条语句。使用GetMessage函数的消息循环在消息队列中没有消息时将等待,如果需要,可以利 用这段时间进行I/O端口操作等耗时操作,不过需要在消息循环中使用PeekMessage函数来代替GetMessage。使用PeekMessage 的方法同GetMessage类似,下面是一段使用PeekMessage函数的消息循环的典型例子:

    MSG msg;
    BOOL bDone=FALSE;
    do{
    if(PeekMessage(&msg,NULL,0,0,PM_REMOVE)){
    if(msg.message==WM_QUIT)
    bDone=TRUE;
    else{
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
    }
    }
    //无消息处理,进行长时间操作
    else{
    ……//长时间操作
    }
    }while(!bDone)
    ……

    无论应用程序消息队列中是否有消息,PeekMessage函数都立即返回,如果希望等待新消息入队,可以利用无返回值的函数WaitMessage配合PeekMessage进行消息循环。

    四、对Windowds消息的处理

    窗口过程处理消息通常以switch语句开始,对于它要处理的每一条消息ID都跟有一条case语句,这在功能上同MFC的消息映射有些类似:

    switch(uMsgId)
    {
    case WM_TIMER:
    //对WM_TIMER定时器消息的处理过程
    return 0;
    case WM_LBUTTONDOWN:
    //对WM_ LBUTTONDOWN鼠标左键单击消息的处理过程
    ruturn 0;
    ……
    default:
    //其他消息由这个默认处理函数来处理
    return DefWindowProc(hwnd,uMsgId,wParam,lParam);
    }

    在处理完消息后必须返回0,这很重要,否则Windows将要不停地重试下去。对于那些在程序中不准备处理的消息,窗口过程会把它们都扔给 DefWindowProc进行缺省处理,而且还要返回那个函数的返回值。在消息传递层次中,可以认为DefWindowProc函数是最顶层的函数。该 函数发出WM_SYSCOMMAND消息,由系统执行Windows环境中多数窗口所公用的各种通用操作,如更新窗口的正文标题等等。 在MFC下可以用下述部分代码实现与上述SDK代码相同的功能:

    BEGIN_MESSAGE_MAP(CTEMMSView, CFormView)
    //{{AFX_MSG_MAP(CTEMMSView)
    ON_WM_LBUTTONDOWN()
    ON_WM_TIMER()
    //}}AFX_MSG_MAP
    END_MESSAGE_MAP()

    小结:Windows环境提供有非常丰富的系统资源,在这个基础上可以编制出能满足各种各样目标功能的应用系统。要深入Windows编程就必须首先对 Windows系统的运行机理有很好的认识,本文仅针对Windows的一种重要运行机制--消息机制作了较深入的剖析和阐述。对培养在Windows下 的编程思想有一定的帮助。对某些相关问题的详细论述可以参考MSDN在线帮助的"SDK Reference"部分。
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