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  • 将Delphi的对象方法设为回调函数

    心血来潮,为了实现更好的通用性和封装性,需要把类方法作为回调函数,搜得一篇好文,节选转发。命名似乎应该是MethodToCallback才合适,可惜调试时总是报错,debugging。


     

          Win32的API有一些需要回调函数,说白了就是函数指针,比如钩子,列举窗口等等。如果我们要对这些技术进行面向对象的封装,就要遇到一些难题。拿钩子来说,假设我们要封装一个键盘钩子,设计一个TKeyboard Hook类,并提供一个Active属性,如果Active属性为True,就调用SetWindowsHookEx安装一个键盘钩子,如果Active为False,就调用UnhookWindowsHookEx卸载键盘钩子,一切看起来都很好,但是调用SetWindowHookEx时需要提供一个HOOKPROC类型的回调函数,而我们并不能用一个对象的方法去作为回调函数传进去。如果有一种方法,能将普通的回调函数转换成对象的方法,那将是很棒的事情,其实VCL的MakeObjectInstance函数已经为我们开了先河,尽管它只是转换了窗口的回调函数,但对于一般的回调函数,我们同样可以仿照着做。

          上文中提到过在同一种调用规则下,Win32的API与对象方法之间的差别,仅有的一点就是多了个Self的隐藏参数。由于MakeObjectInstance只是针对窗口的回调函数,参数是确定的,所以可以多做一些功夫,把StdCall转成Register调用规则。但扩展到所有的回调函数,情况就复杂得多了,你不知道这个回调函数的参数个数,因此没法进行调用规则的转换。既然如此,我们退一步,让对象方法必须也是StdCall调用规则,作这一让步并不需要付出多大的代价,你只需要把这个对象方法作为中转站,在方法里面调用Register版的方法即可,而剩下的事情由编译器帮我们做就行了。

          基本的原理与上文的描述是很相似的,即提供一个内存块,内存块中保留着一段机器指令,这段指令最终能够调用到对象的指定方法。声明一个指向这个内存块的指针,将它作为回调函数传进API中。

          在我即将完成这个有趣的事情而感到兴奋时,我看到网上已经有人实现了这样的转换,那就是大富翁的SaveTime,我在他的2004学习笔记中看到了“让类成员函数成为Windows回调函数的方法”,原来在两年多前就有人完成了这样的事情,看来我的此举是有些多余了,我认真看了Savetime的实现方法,基本的思路是差不多的,不过他写到内存块中的机器指令似乎不是很好,他的指令是这样:

    MOV EAX, [ESP];          //栈顶的值存到EAX中,此时栈顶的值即是回调函数返回地址

    PUSH EAX;           //将EAX入栈,

    MOV EAX, ObjectAddr;  

    MOV [ESP+4], EAX;       //将对象地址作为对象方法的第一个参数

    JMP FunctionAddr;        //跳到对象方法去

          这段指令实现的功能与我原来想的一样,我们知道在调用API时,要先将参数从右到左的入栈,然后调用函数。我们假设Windows调用了回调函数,执行点到了上面的代码,此时栈顶是回调函数的返回地址,下面则是回调函数所需要的参数,那么这段指令就是将回调函数的返回地址下移一个栈值,再将对象指针存到函数返回地址原来的位置,先后两种情况的堆栈是这样的:

          如图2所示,此时已经完成了调用对象方法所需要的一切工作,接下来跳到对象方法的入口点去就行了。

          这段代码的思路是正确的,不过我认为有一点值得考虑,就是EAX,如果之前EAX的值是有用的,那么执行这段指令之后,它的值就被破坏了,最好的情况就是不要使用寄存器,我将指令优化了一下,成了下面这样子:

    push  [ESP]

    mov   [ESP+4], ObjectAddr

    jmp   MethodAddr

          现在只需要三条指令就可以完成了,现实的功能是一样,从机器指令的大小来算,Savetime的需要18字节,而我的指令只需要16字节,所以在空间方面也有所减少。由此看来,我所做的并非无用功呀,呵呵!

          至此已经万事具备,应该将代码列出来了,我写了一个CallbackToMethod的单元,这个单元具有一定的通用性,可以应用到你需要的地方去,请看下面的代码:

    01 unit CallBackToMethod;
    02 
    03 {*******************************************
    04  * brief: 回调函数转对象方法的实现
    05  * autor: linzhenqun
    06  * date:  2006-12-18
    07  * email: linzhengqun@163.com
    08 ********************************************}
    09 {
    10 说明:本单元的实现方法是一种比较安全的方式,其中不破坏任何寄存器的值,并且
    11       指令的大小只有16字节。
    12 使用:下面是推荐的使用方法
    13       1. 在类中保存一个指针成员 P: Pointer
    14       2. 在类的构造函数中创建指令块:
    15          var
    16            M: TMethod;
    17          begin
    18            M.Code := @MyMethod;
    19            M.Data := Self;
    20            P := MakeInstruction(M);
    21          end;
    22       3. 调用需要回调函数的API时,直接传进P即可,如:
    23          HHK := SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD, P, HInstance, 0);
    24       4. 在类的析构函数中释放指令块
    25          FreeInstruction(P);
    26 注意:作为回调函数的对象方法必须是StdCall调用规则
    27 }
    28 
    29 interface
    30 
    31 (* 创建回调函数转对象方法的指令块 *)
    32 function MakeInstruction(Method: TMethod): Pointer;
    33 (* 消毁指令块 *)
    34 procedure FreeInstruction(P: Pointer);
    35 
    36 implementation
    37 
    38 uses SysUtils;
    39 
    40 type
    41   {
    42     指令块中的内容相当于下面的汇编代码:
    43     ----------------------------------
    44     push  [ESP]
    45     mov   [ESP+4], ObjectAddr
    46     jmp   MethodAddr
    47     ----------------------------------
    48   }
    49   PInstruction = ^TInstruction;
    50   TInstruction = packed record
    51     Code1: array [0..6of byte;
    52     Self: Pointer;
    53     Code2: byte;
    54     Method: Pointer;
    55   end;
    56 
    57 function MakeInstruction(Method: TMethod): Pointer;
    58 const
    59   Code: array[0..15of byte =
    60    ($FF,$34,$24,$C7,$44,$24,$04,$00,$00,$00,$00,$E9,$00,$00,$00,$00);
    61 var
    62   P: PInstruction;
    63 begin
    64   New(P);
    65   Move(Code, P^, SizeOf(Code));
    66   P^.Self := Method.Data;
    67   P^.Method := Pointer(Longint(Method.Code)-(Longint(P)+SizeOf(Code)));
    68   Result := P;
    69 end;
    70 
    71 procedure FreeInstruction(P: Pointer);
    72 begin
    73   Dispose(P);
    74 end;
    75 
    76 end.

          第60行是机器指令,实现的功能就是注释中的汇编,请不要被这些数字吓倒,只要先写好汇编,用CPU窗口一查就知道了,至少我就是这么做的。

          在上文中曾说到封装一个键盘钩子,下面就是一个简单的实现版本:

    01 unit HookKeyBoard;
    02 
    03 interface
    04 uses
    05   Windows, Messages, Classes, Forms, Controls, CallBackToMethod;
    06 
    07 type
    08   TKeyEventEx = procedure(Sender: TObject; IsDown: Boolean;
    09     ShiftState: TShiftState; Key: Word) of object;
    10 
    11   TKeyBoardHook = class
    12   private
    13     HHK: HHOOK;
    14     P: Pointer;
    15     FActive: Boolean;
    16     FKeyEvent: TKeyEventEx;
    17     procedure SetActive(const Value: Boolean);
    18     function KeyboardProc(code: Integer;
    19       wParam: WPARAM; lParam: LPARAM): LRESULT; stdcall;
    20   protected
    21     function DoKeyEvent(IsDown: Boolean; ShiftState: TShiftState;
    22       Key: Word): Boolean; virtual;
    23   public
    24     constructor Create;
    25     destructor Destroy; override;
    26     property Active: Boolean read FActive write SetActive;
    27     property OnKeyEvent: TKeyEventEx read FKeyEvent write FKeyEvent;
    28   end;
    29 
    30 implementation
    31 
    32 uses SysUtils;
    33 
    34 { TKeyBoardHook }
    35 
    36 constructor TKeyBoardHook.Create;
    37 var
    38   M: TMethod;
    39 begin
    40   M.Code := @TKeyBoardHook.KeyboardProc;
    41   M.Data := Self;
    42   P := MakeInstruction(M);
    43 end;
    44 
    45 destructor TKeyBoardHook.Destroy;
    46 begin
    47   SetActive(False);
    48   FreeInstruction(P);
    49   inherited;
    50 end;
    51 
    52 function TKeyBoardHook.DoKeyEvent(IsDown: Boolean;
    53   ShiftState: TShiftState; Key: Word): Boolean;
    54 begin
    55   if Assigned(FKeyEvent) then
    56     FKeyEvent(Self, IsDown, ShiftState, Key);
    57   Result := False;
    58 end;
    59 
    60 function TKeyBoardHook.KeyboardProc(code: Integer; wParam: WPARAM;
    61   lParam: LPARAM): LRESULT;
    62 var
    63   IsKeyDown: Boolean;
    64   ShiftState: TShiftState;
    65   CharCode: Word;
    66 begin
    67   if code >= 0 then
    68   begin
    69     ShiftState := KeyDataToShiftState(lParam);
    70     CharCode := LOWORD(wParam);
    71     IsKeyDown := lParam and $80000000 = 0;
    72     if DoKeyEvent(IsKeyDown, ShiftState, CharCode) then
    73     begin
    74       Result := 1;
    75       Exit;
    76     end;
    77   end;
    78   Result := CallNextHookEx(HHK, code, wParam, lParam);
    79 end;
    80 
    81 procedure TKeyBoardHook.SetActive(const Value: Boolean);
    82 begin
    83   if FActive <> Value then
    84   begin
    85     if Value then
    86     begin
    87       HHK := SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD, P, HInstance, 0);
    88       if HHK = 0 then
    89         raise Exception.Create('can not install a keyboard hook');
    90     end
    91     else
    92       UnhookWindowsHookEx(HHK);
    93     FActive := Value;
    94   end;
    95 end;
    96 
    97 end.

          代码中没有作什么注释,那不是我们的重点。可以覆盖DoKeyEvent方法,以实现功能更丰富的键盘钩子类。

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