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深入Windows內核——C++中的消息機制

編輯：C++入門知識

深入Windows內核——C++中的消息機制

《編程思想之消息機制》一文中我們講了消息的相關概念和消息機制的模擬，本文將進一步聊聊C++中的消息機制。

從簡單例子探析核心原理

在講之前，我們先看一個簡單例子：創建一個窗口和兩個按鈕，用來控制窗口的背景顏色。其效果如下：

圖 2 ：效果圖

Win32Test.h

#pragma once

#include 
#include 
#include 

//資源ID
#define ID_BUTTON_DRAW      1000
#define ID_BUTTON_SWEEP     1001

// 注冊窗口類
ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
// 初始化窗口
BOOL InitInstance(HINSTANCE, int);
// 消息處理函數(又叫窗口過程)
LRESULT CALLBACK    WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
// (白色背景)按鈕事件
void OnButtonWhite();
// (灰色背景)按鈕事件
void OnButtonGray();
// 繪制事件
void OnDraw(HDC hdc);

Win32Test.cpp


#include stdafx.h
#include Win32Test.h


//字符數組長度
#define MAX_LOADSTRING 100

//全局變量
HINSTANCE hInst;                                            // 當前實例
TCHAR g_szTitle[MAX_LOADSTRING] = TEXT(Message process);  // 窗口標題
TCHAR g_szWindowClass[MAX_LOADSTRING] = TEXT(AppTest);    // 窗口類的名稱
HWND g_hWnd;                                                // 窗口句柄
bool g_bWhite = false;                                      // 是否為白色背景

//WinMain入口函數
int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);
    // 注冊窗口類
    if(!AppRegisterClass(hInstance))
    {
         return (FALSE);
    }
    // 初始化應用程序窗口
    if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))
    {
        return FALSE;
    }

    // 消息循環
    MSG msg;
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
    {
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }
    return (int) msg.wParam;
}



// 注冊窗口類
ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
{
    WNDCLASSEX wcex;
    wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
    wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    wcex.lpfnWndProc    = WndProc;
    wcex.cbClsExtra     = 0;
    wcex.cbWndExtra     = 0;
    wcex.hInstance      = hInstance;
    wcex.hIcon          = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
    wcex.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
    wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);
    wcex.lpszMenuName   = NULL;
    wcex.lpszClassName  = g_szWindowClass;
    wcex.hIconSm        = NULL;

    return RegisterClassEx(&wcex);
}



// 保存實例化句柄並創建主窗口
BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
{  
   hInst = hInstance; // 保存handle到全局變量
   g_hWnd = CreateWindow(g_szWindowClass, g_szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW, 0, 0, 400, 300, NULL, NULL, hInstance, NULL);
   // 創建按鈕
   HWND hBtWhite = CreateWindowEx(0, LButton, L白色, WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_TEXT, 100, 100, 50, 20, g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_DRAW, hInst, NULL);
   HWND hBtGray = CreateWindowEx(0, LButton, L灰色, WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_CENTER, 250, 100, 50, 20, g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_SWEEP, hInst, NULL);

   if (!g_hWnd)
   {
      return FALSE;
   }
   ShowWindow(g_hWnd, nCmdShow);
   UpdateWindow(g_hWnd);

   return TRUE;
}



// (窗口)消息處理
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(0);
        break;
    default:
        return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
    }
    return 0;
}



//事件處理

//按下hBtWhite時的事件
void OnButtonWhite()
{
    g_bWhite = true;
    InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
}

//按下hBtGray時的事件
void OnButtonGray()
{
    g_bWhite = false;
    InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
}

//繪制事件(每次刷新時重新繪制圖像)
void OnDraw(HDC hdc)
{   
    POINT oldPoint;
    SetViewportOrgEx(hdc, 0, 0, &oldPoint);
    RECT rcView;
    GetWindowRect(g_hWnd, &rcView); // 獲得句柄的畫布大小
    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);
}

在上面這個例子中，消息的流經過程如下：

圖 3 ：消息的流經過程
這與《編程思想之消息機制》中圖1(消息機制原理)是相吻合的，這就是Windows消息機制的核心部分，也是Windows API開發的核心部分。Windows系統和Windows下的程序都是以消息為基礎，以事件為驅動。
RegisterClassEx的作用是注冊一個窗口，在調用CreateWindow創建一個窗口前必須向windows系統注冊獲惟一的標識。

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

這個while循環就是消息循環，不斷地從消息隊列中獲取消息，並通過DispatchMessage(&msg)將消息分發出去。消息隊列是在Windows操作系統中定義的(我們無法看到對應定義的代碼)，對於每一個正在執行的Windows應用程序,系統為其建立一個“消息隊列”，即應用程序隊列，用來存放該程序可能創建的各種窗口的消息。DispatchMessage會將消息傳給窗口函數(即消息處理函數)去處理，也就是WndProc函數。WndProc是一個回調函數，在注冊窗口時通過wcex.lpfnWndProc將其傳給了操作系統，所以DispatchMessage分發消息後，操作系統會調用窗口函數(WndProc)去處理消息。關於回調函數可參考：回調函數。
每一個窗口都應該有一個函數負責消息處理，程序員必須負責設計這個所謂的窗口函數WndProc。LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) 中的四個參數就是消息的相關信息(消息來自的句柄、消息類型等)，函數中通過switch/case根據不同的消息類型分別進行不同的處理。在收到相應類型的消息之後，可調用相應的函數去處理，如OnButtonWhite、OnButtonGray、OnDraw，這就是事件處理的雛形。在default中調用了DefWindowProc，DefWindowProc是操作系統定義的默認消息處理函數，這是因為所有的消息都必須被處理，應用程序不處理的消息需要交給操作系統處理。

消息的定義和類型

Windows消息都以WM_為前綴，意思是”Windows Message”，如WM_CREATE、WM_PAINT等。消息的定義如下：

typedef struct tagMsg
{   
    HWND    hwnd;           //接受該消息的窗口句柄
    UINT    message;        //消息常量標識符，也就是我們通常所說的消息號
    WPARAM  wParam;         //32位消息的特定附加信息，確切含義依賴於消息值
    LPARAM  lParam;         //32位消息的特定附加信息，確切含義依賴於消息值
    DWORD   time;           //消息創建時的時間
    POINT   pt;             //消息創建時的鼠標/光標在屏幕坐標系中的位置
}MSG;

消息主要有三種類型：
1. 命令消息(WM_COMMAND)：命令消息是程序員需要程序做某些操作的命令。凡UI對象產生的消息都是這種命令消息，可能來自菜單、加速鍵或工具欄按鈕等，都以WM_COMMAND呈現。
2. 標准窗口消息：除WM_COMMAND之處，任何以WM_開頭的消息都是這一類。標准窗口消息是系統中最為常見的消息，它是指由操作系統和控制其他窗口的窗口所使用的消息。例如CreateWindow、DestroyWindow和MoveWindow等都會激發窗口消息，以及鼠標移動、點擊，鍵盤輸入都是屬於這種消息。
3. Notification:這種消息由控件產生，為的是向其父窗口(通常是對話框窗口)通知某種情況。當一個窗口內的子控件發生了一些事情，而這些是需要通知父窗口的，此刻它就上場啦。通知消息只適用於標准的窗口控件如按鈕、列表框、組合框、編輯框，以及Windows公共控件如樹狀視圖、列表視圖等。

隊列消息和非隊列消息

Windows中有一個系統消息隊列，對於每一個正在執行的Windows應用程序,系統為其建立一個“消息隊列”，即應用程序隊列，用來存放該程序可能創建的各種窗口的消息。
(1)隊列消息(Queued Messages)
消息會先保存在消息隊列中，通過消息循環從消息隊列中獲取消息並分發到各窗口函數去處理，如鼠標、鍵盤消息就屬於這類消息。
(2)非隊列消息(NonQueued Messages)
就是消息會直接發送到窗口函數處理，而不經過消息隊列。如： WM_ACTIVATE, WM_SETFOCUS, WM_SETCURSOR， WM_WINDOWPOSCHANGED就屬於此類。

PostMessage與SendMessage的區別

PostMessage發送的消息是隊列消息，它會把消息Post到消息隊列中； SendMessage發送的消息是非隊列消息，被直接送到窗口過程處理，等消息被處理後才返回。

圖 4 ：消息隊列示意圖

<喎?http://www.Bkjia.com/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4NCjxwPs6q1qTD99Xi0ru5/bPMo6zO0sPHv8nS1LjEtq/Su8/Cyc/D5rXE1eK49sD919OhozxiciAvPg0KMS7U2ldpbjMyVGVzdC5o1tDM7bzTSURfQlVUVE9OX1RFU1S1xLao0uU8L3A+DQo8cHJlIGNsYXNzPQ=="brush:java;"> #define ID_BUTTON_TEST 1002

2.在OnButtonWhite中分別用SendMessage和PostMessage發送消息
//按下hBtWhite時的事件

void OnButtonWhite()
{
    g_bWhite = true;
    InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
    SendMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, 0);
    //PostMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, 0);
}

3.在消息循環中增加ID_BUTTON_TEST的判斷

while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
    {
        if (LOWORD(msg.wParam) == ID_BUTTON_TEST)
        {
            OutputDebugString(LThis is a ID_BUTTON_TEST message.);    // [BreakPoint1]
        }
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

4.在窗口處理函數WndProc增加ID_BUTTON_TEST的判斷

case ID_BUTTON_TEST:
    {
        OutputDebugString(LThis is a ID_BUTTON_TEST message.);        // [BreakPoint2]
    }
    break;
case ID_BUTTON_DRAW:
    OnButtonWhite();
    break;
case ID_BUTTON_SWEEP:
    OnButtonGray();
    break;

用斷點調試的方式我們發現，用SendMessage發送的ID_BUTTON_TEST消息只會進入BreakPoint2，而PostMessage發送的ID_BUTTON_TEST會進入到BreakPoint1和BreakPoint2。