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Windows程序设计:Hello NowaMagic!

2010-08-07

对于程序写作者来说,操作系统是由本身的API定义的。API包含了所有应用程序能够使用的操作系统函数调用,同时包含了相关的数据型态和结构。在Windows中,API还意味着一个特殊的程序架构。

一般而言,Windows API自Windows 1.0以来一直保持一致,没什么重大改变。具有Windows 98程序写作经验的Windows程序写作者会对Windows 1.0程序的原始码感觉非常熟悉。API改变的一种方式是进行增强。Windows 1.0支持不到450个函数调用,现在已有了上千种函数调用。

Windows API和它的语法的最大变化来自于从16位架构向32位架构转化的过程中。Windows从版本1.0到版本3.1使用16位Intel 8086、8088、和286微处理器上所谓的分段内存模式,由于兼容性的原因,从386开始的32位Intel微处理器也支持该模式。在这种模式下,微处理器缓存器的大小为16位,因此C的int数据型态也是16位宽。在分段内存模式下,内存地址由两个部分组成-一个16位段(segment)指针和一个16位偏移量(offset)指标。从程序写作者的角度看,这非常凌乱并带来了long或far指针(包括段地址和偏移量地址)和short或near指标(包括带有假定段地址的偏移量地址)的区别。

从Windows NT和Windows 95开始,Windows支持使用Intel 386、486和Pentium处理器32位模式下的32位平坦寻址内存模式。C语言的int数据型态也扩展为32位的值。为32位版本Windows编写的程序使用简单的平坦线性空间寻址的32位指针值。

用于16位版本Windows的API(Windows 1.0到Windows 3.1)现在称作Win16。用于32位版本Windows的API(Windows 95、Windows 98和所有版本的Windows NT)现在称作Win32。许多函数调用在从Win16到Win32的转变中保持相同,但有些需要增强。例如,图像坐标点由Win16中的16位值变为Win32中的32位值。此外,某些Win16函数调用返回一个包含在32位整数值中的二维坐标点。这在Win32中不可能,因此增加的新函数调用以不同方式运作。

所有32位版本的Windows都支持Win16 API(以确保和旧有应用程序兼容)和Win32 API(以运行新应用程序)。非常有趣的是,Windows NT与Windows 95及Windows 98的工作方式不同。在Windows NT中,Win16函数调用通过一个转换层被转化为Win32函数调用,然后被操作系统处理。在Windows 95和Windows 98中,该操作正相反:Win32函数调用通过转换层转换为Win16函数调用,再由操作系统处理。

在同一时刻有两个不同的Windows API集(至少名称不同)。Win32s (「s」代表「subset(子集)」)是一个API,允许程序写作者编写在Windows 3.1上执行的32位应用程序。该API仅支持已被Win16支持的32位函数版本。此外,Windows 95 API一度被称作Win32c(「c」代表「compatibility(兼容性)」),但该术语已被抛弃了。

现在,Windows NT和Windows 98都被认为能够支持Win32 API。然而,每个操作系统依然都支持某些不被别的操作系统支持的某些功能特性。因为它们的相同之处是相当可观的,所以有可能编写在两个操作系统下都可执行的程序。而且,人们普遍认为这两个产品最终会合而为一。

使用C语言和原始的API不是编写Windows程序的唯一方法。然而,这种方法却提供给您最佳的性能、最强大的功能和在发掘Windows特性方面最大的灵活性。可执行文件相对较小且运行时不要求外部链接库(自然,Windows DLL自身除外)。最重要的是,不管您最终以什么方式开发Windows应用程序,熟悉API会使您对Windows内部有更深入的了解。

虽然我认为学习古典的Windows程序设计对任何Windows程序写作者都是重要的,我没有必要建议使用C和API编写每个Windows应用程序。许多程序写作者,特别是那些为公司内部开发程序或在家编写娱乐程序的程序写作者喜欢轻松的开发环境,例如Microsoft Visual Basic或者Borland Delphi(它结合了对象导向的Pascal版本)。这些环境使程序写作者将精力集中于应用程序的使用者接口和相关使用者接口对象的程序代码上。要学习Visual Basic,您也许需要参考Microsoft Press的一些其它图书,例如Michael Halvorson1996年着的《Learn Visual Basic Now》。

在专业程序写作者中-特别是那些开发商业应用程序的程序写作者-Microsoft Visual C++和Microsoft Foundation Class Library(MFC)是近年来流行的选择。MFC在一组C++对象类别中封装了许多Windows程序设计中的琐碎细节。Jeff Prosise的《Programming Windows with MFC,第二版》(Microsoft Press,1999年)提供了MFC程序的写作指南。

最近,Internet和World Wide Web的流行大力推广着Sun Microsystems的Java,这是一个受C++启发却与微处理器无关的程序设计语言,而且结合了可在几个操作系统平台上执行的图形应用程序开发工具组。Microsoft Press有一本关于Microsoft J++(Microsoft的Java)开发工具的好书,《Programming Visual J++ 6.0》(1998年),由Stephen R. Davis着。

显然,很难说哪种方法更有利于开发Windows应用程序。更主要的是,也许是应用程序自身的特性决定了所使用的工具。不管您最后实际上使用什么工具写作程序,学习Windows API将使您更深入地了解Windows工作的方式。Windows是一个复杂的系统,在API上增加一个程序写作层并未减少它的复杂性,仅仅是掩盖了它,早晚您会碰到它。了解API会给您更好的补救机会。

在原始的Windows API之上的任何软件层都必定将您限制在全部功能的一个子集内。您也许发现,例如,使用Visual Basic编写应用程序非常理想,然而它不允许您做一个或两个很简单的基本工作。在这种情况下,您将不得不使用原始的API调用。API定义了作为Windows程序写作者所需的一切。没有什么方法比直接使用API更万能的了。

MFC尤其问题百出。虽然它大幅简化了某些工作(例如OLE),我却经常发现要让它们按我所想的去工作时,会在其它特性(例如Document/View架构)上碰壁。MFC还不是Windows程序设计者所追求的灵丹妙药,很少有人认为它是一个好的对象导向设计的模型。MFC程序写作者从他们使用的对象类别定义如何工作中受益颇深,并会发现他们经常参考MFC原始码,搞懂这些原始码是学习Windows API的好处之一。

编写第一个WINDOWS程序

下面的程序显示一个消息:Hello NowaMagic!

/*------------------------------------------------------------------
HelloMsg.c -- Displays "Hello, NowaMagic!" in a message box
(c) Gonn, 2010
--------------------------------------------------------------------*/
#include <windows.h>
#include "StdAfx.h"

int WINAPI WinMain (HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
	MessageBox (NULL, TEXT ("Hello, NowaMagic!"), TEXT ("HelloMsg"), 0);
	return 0 ;
}

Hello,NowaMagic

它有一个include声明、一个程序进入点、一个函数调用和一个return语句。

与一般的C语言程序比较,表头文件STDIO.H已被WINDOWS.H所代替,进入点main被WinMain所代替,而且C语言执行时期链接库函数printf被Windows API函数MessageBox所代替。然而,在程序中有许多新东西,包括几个陌生的大写标识符。

分析 Windows 程序结构

表头文件

在每个用C编写的Windows程序的开头都可看到:

#include <windows.h>

WINDOWS.H是主要的含入文件,它包含了其它Windows表头文件,这些表头文件的某些也包含了其它表头文件。这些表头文件中最重要的和最基本的是:

  • WINDEF.H 基本型态定义。
  • WINNT.H 支持Unicode的型态定义。
  • WINBASE.H Kernel函数。
  • WINUSER.H 使用者接口函数。
  • WINGDI.H 图形设备接口函数。

这些表头文件定义了Windows的所有数据型态、函数呼叫、数据结构和常数标识符,它们是Windows文件中的一个重要部分。使用Visual C++ Developer Studio的Edit菜单中的Find in Files搜索这些表头文件非常方便。您还可以在Developer Studio中打开这些表头文件并直接阅读它们。

程序进入点

正如在C程序中的进入点是函数main一样,Windows程序的进入点是WinMain,总是像这样出现:

int WINAPI WinMain (HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
}

该进入点在/ Platform SDK / User Interface Services / Windowing / Windows / Window Reference / Window Functions中有说明。它在WINBASE.H中声明如下:

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

您会注意到我在HELLOMSG.C中做了许多小改动。第三个参数在WINBASE.H中定义为LPSTR,我将它改为PSTR。这两种数据型态都定义在WINNT.H中,作为指向字符串的指针。LP前缀代表「长指针」,这是16位Windows下的产物。

我还在WinMain声明中改变了两个参数的名称。许多Windows程序中的变量名使用一种称作「匈牙利表示法」的命名系统,该系统在变量名称前面增加了表示变量数据型态的短前缀,前缀i表示 int、sz表示「以零结束的字符串」。

WinMain函数声明为返回一个int值。WINAPI标识符在WINDEF.H定义,语句如下:

#define WINAPI __stdcall

该语句指定了一个呼叫约定,包括如何生产机械码以在堆栈中放置函数呼叫的参数。许多Windows函数呼叫声明为WINAPI。

WinMain的第一个参数被称作「执行实体句柄」。在Windows程序设计中,句柄仅是一个应用程序用来识别某些东西的数字。在这种情况下,该句柄唯一地标识该程序,还需要它在其它Windows函数呼叫中作为参数。在Windows的早期版本中,当同时运行同一程序多次时,您便创建了该程序的「多个执行实体(multiple instances)」。同一应用程序的所有执行实体共享程序和只读的内存(通常是例如菜单和对话框模板的资源)。程序通过检查hPrevInstance参数就能够确定自身的其它执行实体是否正在运行。然后它可以略过一些繁杂的工作并从前面的执行实体将某些数据移到自己的数据区域。

在32位Windows版本中,该概念已被抛弃。传给WinMain的第二个参数总是NULL(定义为0)。

WinMain的第三个参数是用于执行程序的命令列。某些Windows应用程序利用它在程序启动时将文件加载内存。WinMain的第四个参数指出程序最初显示的方式,可以是正常的或者是最大化地充满整个画面,或者是最小化显示在工作列中。

MessageBox函数

MessageBox函数用于显示短信息。虽然,MessageBox显示的小窗口不具有什么功能,实际上它被认为是一个对话框。

MessageBox的第一个参数通常是窗口句柄,我们将在第三章介绍其含义。第二个参数是在消息框主体中显示的字符串,第三个参数是出现在消息框标题列上的字符串。在HELLMSG.C中,这些文字字符串的每一个都被封装在一个TEXT宏中。通常您不必将所有字符串都封装在TEXT宏中,但如果想将您的程序转换为Unicode字符集,这确是一个好主意。

MessageBox的第四个参数可以是在WINUSER.H中定义的一组以前缀MB_开始的常数的组合。如果在HELLOMSG中将第四个参数设置为0,则仅显示「OK」按钮。可以使用C语言的OR(|)操作符号将上面显示的一个常数与代表内定按钮的常数组合。

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