【转】深入Windows内核——C++中的消息机制

上节讲了消息的相关概念，本文将进一步聊聊C++中的消息机制。

从简单例子探析核心原理

在讲之前，我们先看一个简单例子：创建一个窗口和两个按钮，用来控制窗口的背景颜色。其效果

【转】深入Windows内核——C++中的消息机制图1.效果图

Win32Test.h

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <windows.h>
 4 #include <atltypes.h>
 5 #include <tchar.h>
 6 
 7 //资源ID
 8 #define ID_BUTTON_DRAW      1000
 9 #define ID_BUTTON_SWEEP     1001
10 
11 // 注册窗口类
12 ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
13 // 初始化窗口
14 BOOL InitInstance(HINSTANCE, int);
15 // 消息处理函数(又叫窗口过程)
16 LRESULT CALLBACK    WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
17 // (白色背景)按钮事件
18 void OnButtonWhite();
19 // (灰色背景)按钮事件
20 void OnButtonGray();
21 // 绘制事件
22 void OnDraw(HDC hdc);

Win32Test.cpp

  1 #include "stdafx.h"
  2 #include "Win32Test.h"
  3 
  4 
  5 //字符数组长度
  6 #define MAX_LOADSTRING 100
  7 
  8 //全局变量
  9 HINSTANCE hInst;                                            // 当前实例
 10 TCHAR g_szTitle[MAX_LOADSTRING] = TEXT("Message process");  // 窗口标题
 11 TCHAR g_szWindowClass[MAX_LOADSTRING] = TEXT("AppTest");    // 窗口类的名称
 12 HWND g_hWnd;                                                // 窗口句柄
 13 bool g_bWhite = false;                                      // 是否为白色背景
 14 
 15 //WinMain入口函数
 16 int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
 17 {
 18     UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
 19     UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);
 20     // 注册窗口类
 21     if(!AppRegisterClass(hInstance))
 22     {
 23          return (FALSE);
 24     }
 25     // 初始化应用程序窗口
 26     if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))
 27     {
 28         return FALSE;
 29     }
 30 
 31     // 消息循环
 32     MSG msg;
 33     while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
 34     {
 35         TranslateMessage(&msg);
 36         DispatchMessage(&msg);
 37     }
 38     return (int) msg.wParam;
 39 }
 40 
 41 
 42 
 43 // 注册窗口类
 44 ATOM AppRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
 45 {
 46     WNDCLASSEX wcex;
 47     wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
 48     wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
 49     wcex.lpfnWndProc    = WndProc;
 50     wcex.cbClsExtra     = 0;
 51     wcex.cbWndExtra     = 0;
 52     wcex.hInstance      = hInstance;
 53     wcex.hIcon          = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
 54     wcex.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
 55     wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);
 56     wcex.lpszMenuName   = NULL;
 57     wcex.lpszClassName  = g_szWindowClass;
 58     wcex.hIconSm        = NULL;
 59 
 60     return RegisterClassEx(&wcex);
 61 }
 62 
 63 
 64 
 65 // 保存实例化句柄并创建主窗口
 66 BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
 67 {  
 68    hInst = hInstance; // 保存handle到全局变量
 69    g_hWnd = CreateWindow(g_szWindowClass, g_szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW, 0, 0, 400, 300, NULL, NULL, hInstance, NULL);
 70    // 创建按钮
 71    HWND hBtWhite = CreateWindowEx(0, L"Button", L"白色", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_TEXT, 100, 100, 50, 20, g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_DRAW, hInst, NULL);
 72    HWND hBtGray = CreateWindowEx(0, L"Button", L"灰色", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_CENTER, 250, 100, 50, 20, g_hWnd, (HMENU)ID_BUTTON_SWEEP, hInst, NULL);
 73 
 74    if (!g_hWnd)
 75    {
 76       return FALSE;
 77    }
 78    ShowWindow(g_hWnd, nCmdShow);
 79    UpdateWindow(g_hWnd);
 80 
 81    return TRUE;
 82 }
 83 
 84 
 85 
 86 // (窗口)消息处理
 87 LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
 88 {
 89     int wmId, wmEvent;
 90     PAINTSTRUCT ps;
 91     HDC hdc;
 92 
 93     switch (message)
 94     {
 95     case WM_COMMAND:
 96         wmId    = LOWORD(wParam);
 97         //wmEvent = HIWORD(wParam);
 98 
 99         switch (wmId)
100         {
101         case ID_BUTTON_DRAW:
102             OnButtonWhite();
103             break;
104         case ID_BUTTON_SWEEP:
105             OnButtonGray();
106             break;
107         default:
108             return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
109         }
110         break;
111     case WM_PAINT:
112         hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
113         OnDraw(hdc);
114         EndPaint(hWnd, &ps);
115         break;
116     case WM_DESTROY:
117         PostQuitMessage(0);
118         break;
119     default:
120         return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
121     }
122     return 0;
123 }
124 
125 
126 
127 //事件处理
128 
129 //按下hBtWhite时的事件
130 void OnButtonWhite()
131 {
132     g_bWhite = true;
133     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
134 }
135 
136 //按下hBtGray时的事件
137 void OnButtonGray()
138 {
139     g_bWhite = false;
140     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
141 }
142 
143 //绘制事件(每次刷新时重新绘制图像)
144 void OnDraw(HDC hdc)
145 {   
146     POINT oldPoint;
147     SetViewportOrgEx(hdc, 0, 0, &oldPoint);
148     RECT rcView;
149     GetWindowRect(g_hWnd, &rcView); // 获得句柄的画布大小
150     HBRUSH hbrWhite = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);
151     HBRUSH hbrGray = (HBRUSH)GetStockObject(GRAY_BRUSH);
152     if (g_bWhite)
153     {
154         FillRect(hdc, &rcView, hbrWhite);
155     } else
156     {
157         FillRect(hdc, &rcView, hbrGray);
158     }
159     SetViewportOrgEx(hdc, oldPoint.x, oldPoint.y, NULL);
160 }

在上面这个例子中，消息的流经过程如下：

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图2.消息的流经过程

这与《编程思想之消息机制》中图1（消息机制原理）是相吻合的，这就是Windows消息机制的核心部分，也是Windows API开发的核心部分。Windows系统和Windows下的程序都是以消息为基础，以事件为驱动。

RegisterClassEx的作用是注册一个窗口，在调用CreateWindow创建一个窗口前必须向windows系统注册获惟一的标识。

1 while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
2 {
3     TranslateMessage(&msg);
4     DispatchMessage(&msg);
5 }

这个while循环就是消息循环，不断地从消息队列中获取消息，并通过DispatchMessage(&msg)将消息分发出去。消息队列是在Windows操作系统中定义的（我们无法看到对应定义的代码），对于每一个正在执行的Windows应用程序，系统为其建立一个“消息队列”，即应用程序队列，用来存放该程序可能创建的各种窗口的消息。DispatchMessage会将消息传给窗口函数(即消息处理函数)去处理，也就是WndProc函数。WndProc是一个回调函数，在注册窗口时通过wcex.lpfnWndProc将其传给了操作系统，所以DispatchMessage分发消息后，操作系统会调用窗口函数(WndProc)去处理消息。

每一个窗口都应该有一个函数负责消息处理，程序员必须负责设计这个所谓的窗口函数Wndproc。

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

中的四个参数就是消息的相关信息(消息来自的句柄、消息类型等)，函数中通过switch/case根据不同的消息类型分别进行不同的处理。在收到相应类型的消息之后，可调用相应的函数去处理，如OnButtonWhite、OnButtonGray、OnDraw，这就是事件处理的雏形。在default中调用了DefWindowProc，DefWindowProc是操作系统定义的默认消息处理函数，这是因为所有的消息都必须被处理，应用程序不处理的消息需要交给操作系统处理。

消息的定义和类型

Windows消息都以WM_为前缀，意思是“Windows Message” ，如WM_CREATE、WM_PAINT等。消息的定义如下：

1 typedef struct tagMsg
2 {   
3     HWND    hwnd;           //接受该消息的窗口句柄
4     UINT    message;        //消息常量标识符，也就是我们通常所说的消息号
5     WPARAM  wParam;         //32位消息的特定附加信息，确切含义依赖于消息值
6     LPARAM  lParam;         //32位消息的特定附加信息，确切含义依赖于消息值
7     DWORD   time;           //消息创建时的时间
8     POINT   pt;             //消息创建时的鼠标/光标在屏幕坐标系中的位置
9 }MSG;

消息主要有三种类型：

1. 命令消息(WM_COMMAND)：命令消息是程序员需要程序做某些操作的命令。凡UI对象产生的消息都是这种命令消息，可能来自菜单、加速键或工具栏按钮等，都以WM_COMMAND呈现。
2. 标准窗口消息：除WM_COMMAND之处，任何以WM_开头的消息都是这一类。标准窗口消息是系统中最为常见的消息，它是指由操作系统和控制其他窗口的窗口所使用的消息。例如CreateWindow、DestroyWindow和MoveWindow等都会激发窗口消息，以及鼠标移动、点击，键盘输入都是属于这种消息。
3. Notification:这种消息由控件产生，为的是向其父窗口(通常是对话框窗口)通知某种情况。当一个窗口内的子控件发生了一些事情，而这些是需要通知父窗口的，此刻它就上场啦。通知消息只适用于标准的窗口控件如按钮、列表框、组合框、编辑框，以及Windows公共控件如树状视图、列表视图等。

队列消息和非队列消息

Windows中有一个系统消息队列，对于每一个正在执行的Windows应用程序,系统为其建立一个“消息队列”，即应用程序队列，用来存放该程序可能创建的各种窗口的消息。

(1)队列消息(Queued Messages)
消息会先保存在消息队列中，通过消息循环从消息队列中获取消息并分发到各窗口函数去处理，如鼠标、键盘消息就属于这类消息。
(2)非队列消息(NonQueued Messages)
就是消息会直接发送到窗口函数处理，而不经过消息队列。如： WM_ACTIVATE, WM_SETFOCUS, WM_SETCURSOR， WM_WINDOWPOSCHANGED就属于此类。

PostMessage与SendMessage的区别

PostMessage发送的消息是队列消息，它会把消息Post到消息队列中； SendMessage发送的消息是非队列消息，被直接送到窗口过程处理，等消息被处理后才返回。

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图3.消息队列示意图

为证明这一过程，我们可以改动一下上面的这个例子。

1.在Win32Test.h中添加ID_BUTTON_TEST的定义

1 #define ID_BUTTON_TEST      1002

2.在OnButtonWhite中分别用SendMessage和PostMessage发送消息

1 //按下hBtWhite时的事件
2 void OnButtonWhite()
3 {
4     g_bWhite = true;
5     InvalidateRect(g_hWnd, NULL, FALSE);    //刷新窗口
6     SendMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, 0);
7     //PostMessage(g_hWnd, WM_COMMAND, ID_BUTTON_TEST, 0);
8 }

3.在消息循环中增加ID_BUTTON_TEST的判断

1 while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
2     {
3         if (LOWORD(msg.wParam) == ID_BUTTON_TEST)
4         {
5             OutputDebugString(L"This is a ID_BUTTON_TEST message.");    // [BreakPoint1]
6         }
7         TranslateMessage(&msg);
8         DispatchMessage(&msg);
9     }

4.在窗口处理函数WndProc增加ID_BUTTON_TEST的判断

 1 case ID_BUTTON_TEST:
 2     {
 3         OutputDebugString(L"This is a ID_BUTTON_TEST message.");        // [BreakPoint2]
 4     }
 5     break;
 6 case ID_BUTTON_DRAW:
 7     OnButtonWhite();
 8     break;
 9 case ID_BUTTON_SWEEP:
10     OnButtonGray();
11     break;

用断点调试的方式我们发现，用SendMessage发送的ID_BUTTON_TEST消息只会进入BreakPoint2，而PostMessage发送的ID_BUTTON_TEST会进入到BreakPoint1和BreakPoint2。

转自 luoweifu 《深入Windows内核——C++中的消息机制》

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从简单例子探析核心原理

消息的定义和类型

队列消息 和非队列消息

PostMessage与SendMessage的区别

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