windows 程式設計 入門

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前言

入門了C語言之後，學完資料結構，學完演算法，還是寫不出想要的那種程式，而物件導向的程式設計又好像是另一個語言，除了函式結構寫法差不多之外，與C語言似乎根本不搭邊，一直再尋找C語言做UI的路徑，試過許多圖形庫之後，也嘗試過QT、MFC等等，都不友好。直到學會了SDK程式設計

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一、作業系統原理

阿基米德說過，給他一個支點，他就能翹起地球。在學習一個新技能，新語言的時候，往往也需要這樣一個支點，來構建我們對於新技能、新語言的一個整體框架的理解。
在《計算機原理》之類的書籍，會告訴我們現在的主流操作是分時作業系統，會告訴我們是流轉時間片來實現的。
但是具體的實現過程，卻一頭霧水。對於硬體我們一頭霧水，但至少知道了cpu時刻向記憶體中讀取資料。而讀取過程，是CPU向記憶體傳送一個地址，然後記憶體向CPU返回這個地址的值。
而在CPU上電之後，會預設指向一個記憶體地址，比如0xfffe，記憶體就會將這個地址的值返回給cpu，這個記憶體地址存放的是一個特殊的值，它用來告訴cpu上電之後要從哪個地址開始執行程式。除了上電之外，cpu還會有其他需要，來讀取這樣存放特殊值的記憶體地址，這些存放特殊值的記憶體地址，成為向量表。
假設一個cpu上電後指向的地址是0xfffe（這個地址是硬體電路來實現指向的），如果記憶體返回的值是0x0000，那麼cpu會將自己的程式計數器的值設為0x0000，它將讀取記憶體中0x0000的指令。
除了記憶體之外，cpu還需要跟許多硬體打交道，比如顯示卡，比如音效卡，比如鍵盤，比如滑鼠，如果cpu只活在自己的世界，不管外部，就像一個專注自己事情的人，如果我們要使用滑鼠告訴它要執行哪個程式，這是滑鼠就要給cpu傳送一箇中斷請求，差不多就是拍一下cpu的肩膀，這時cpu就會回過頭來跟滑鼠對話，滑鼠是個低階的傢伙，它只會告訴cpu，我左移1畫素、我右移1畫素、我的左鍵被點下了、我的右鍵被點下了，cpu在被滑鼠拍了一下肩膀的時候，就開始完成了許多工作，包括放下手中的筆（儲存現場，實際上是將它的暫存器的值存放到某塊記憶體）然後向記憶體的中斷向量表找滑鼠的響應程式的地址，一旦拿到響應程式的地址，就會跳轉到那個地址去讀指令，這是cpu就會詢問滑鼠都有啥要說的，滑鼠就會告訴cpu，我的左鍵被點下了，但滑鼠不會記憶自己在啥位置，響應程式就需要記錄滑鼠在桌面上是啥位置，然後進行更新，然後判斷是不是點下了選單按鈕。當響應程式執行完了，就需要向cpu傳送一個return，cpu收到就知道已經處理完了，就會從剛才儲存暫存器的那塊記憶體讀回儲存的暫存器的值，這樣就回到了中斷前的狀態。

這些跳轉，都是cpu的硬體電路來實現的，作業系統，就是基於這種中斷機制，設定一個定時器，定時器在一個時間後，就會產生一箇中斷，cpu就會去向量表讀定時器的響應程式，只要給這個定時器的中斷向量填入作業系統核心程式的地址，cpu就會跑去核心執行，核心就會實現排程程式，管理硬體等等。

二、作業系統桌面與程式的關係

在dos時代，使用者與電腦之間的互動，主要是黑色背景下的命令列，使用者輸入一個指令，電腦把執行後的結果主要通過字元的形式輸出到螢幕上。
而桌面作業系統面世後，使用者與電腦之間的互動主要依靠與圖形介面，對於圖形介面的支援，linux和windows的做法不太一樣，linux把圖形介面作為使用者層的程式，而windows為了快速響應使用者的操作，把圖形介面放在核心層。
一說到windows程式設計，就會被告知是基於訊息機制的，一說到訊息機制，又會說好萊塢規則：don’t call us, we’ll call you。從這個地方入門，沒點毅力，就會從入門到放棄。

1.程式時如何切換的

先來看程式間的切換是怎麼實現的，假設系統有2個程式，p1和p2，p1在執行，現在它的時間片到點了，cpu跳轉到了核心，核心把p1執行時暫存器的值都給儲存到一個程式控制的記憶體塊裡，然後把p2程式執行時的暫存器的值返回給cpu，這樣就實現了程式的切換，如果此時p2執行完了，那麼就會return，p2就會從程式列表裡被核心給銷燬，連帶p2佔用的記憶體空間也會被回收，為了讓p2繼續執行，p2得有一個迴圈，以便把自己一直卡在程式表裡。
但是如果此時p1需要讀取使用者敲了鍵盤的值，p1如何得知呢，在實際過程中，我們敲下鍵盤的瞬間，比如qq聊天視窗，在系統裡，就被切換到了迅雷下載的程式去，如何保證我們輸入的鍵盤，不被錯誤的讀到迅雷裡去，形成神祕程式碼呢。這就需要訊號量。
前面說過，當滑鼠被點選，就會給cpu一箇中斷請求，cpu就會去跑到滑鼠響應程式，讓它問滑鼠咋地啦。鍵盤也是一樣的機制，但是當我們敲下鍵盤的時候，如何才能知道應該告訴哪個程式去響應。這就需要一個訊號量機制，當p1需要獲得一個鍵盤輸入時，p1就會設定一個阻塞，讓自己處於阻塞態，以便核心不會把自己再次放入cpu執行，直到等到使用者鍵盤得輸入時，核心發現了，就會將p1程式切換為就緒態，這是p1就能去讀取鍵盤輸入的值了。

2.系統如何管理圖形介面

但是在圖形介面下，如果圖形介面全部由程式自己來維護，效率低切開發難度高。作業系統就提供模板，由作業系統來繪製，不但使開發難度降低，還能提升重新整理的效率。但是使用者程式如何獲知使用者點選了按鈕或者移動滑鼠等等呢，於是就有了訊息機制。由作業系統來告訴使用者程式，使用者點選了按鈕，使用者程式只需要不停的去獲取屬於自己的訊息，然後按照訊息的型別來響應就行。

在windows中，使用者程式用來獲取訊息的部分，叫訊息迴圈。訊息迴圈在主函式部分，這樣就保證了使用者程式能夠卡在程式列表裡，不被銷燬。

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

而用以響應訊息的部分，叫視窗過程。

LRESULT	CALLBACK WinProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);

可以看到，這個函式由CALLBACK來修飾，前面我們說到了中斷向量表，發生特定中斷時，cpu會從特定地址讀取一個值，來跳轉到特定的記憶體地址去讀指令（也就是跳轉到該記憶體地址繼續執行），借鑑這樣的機制，作業系統裡也會有類似的機制，只是這種機制由軟體來實現，而cpu的中斷則是由硬體來實現，CALLBACK修飾的函式，就會在系統的某個向量表新增自己的地址，如果有需要響應的訊息，作業系統就會呼叫這個函式。

經過這樣的改造之後，核心與使用者程式之間的關係，就不再是真實模式下那種平等，大家都是程式，也不是保護模式下那種核心是內部人員，可以使用特權指令。

3.影視公司與演員的自我修養

在windows下，系統與使用者程式的關係，更像是影視製作公司與演員的關係，影視公司包攬了大多的事，包攬各種雜活，使用者介面就像是一個個演員，他們按照導演的安排，各就各位。
當使用者點選了一個按鈕之後，導演就會告訴演員，使用者讓你哭，導演不會替演員哭，所以響應按鈕點選的訊息，需要在視窗過程中由程式設計師來寫，這就是演員的自我修養，如果演員沒有哭的技能，就要卡在那裡，為了不卡在那裡，演員沒有的技能，導演就會把這個劇情處理掉

return DefWindowProc(hwnd,message,wParam,lParam);

但是如果演員會哭，只是他醞釀感情需要2-3天，程式真的就會卡在那裡，這就有了工作管理員介面上看到的【未響應】

總結

所以，windows程式的框架是這樣的

#include <windows.h>
LRESULT	CALLBACK WinProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPreInstance,LPSTR pCmdLine,int nCmdShow)
{
	MSG msg;
	while(GetMessage(&msg,NULL,0,0))
	{
		TranslateMessage(&msg);
		DispatchMessageW(&msg);
	}
	return msg.wParam;
}

LRESULT	CALLBACK WinProc(HWND hwnd,UINT message,WPARAM wParam,LPARAM lParam)
{
	switch(message)
	{
		case WM_CREATE:
		{
			return 0;
		}
	return DefWindowProc(hwnd,message,wParam,lParam);
}