深入理解控制台程序

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delphi windows pascal api dos function

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控制台程序的误区

 

    在Delphi中可以创建Console--控制台应用程序。这种类型的程序在Win32文本模式下,或者CUI(文本用户界面)子系统中运行。如图一。

    尽管从表面上看起来控制台应用程序界面简单、没什么吸引力。但是,它的确非常能干。在后面的章节中,我们将证明这一点。GUI程序能做的,它都能做;而且,可执行文件大小甚至只是前者的十分之一。


运行中的控制台应用程序

    控制台应用程序可不是想象中那么简单。很多程序员其实没有真正了解它的内涵和威力。以下是一些常见的误解--之所以有这些误解,是因为控制台应用程序看起来就像古老的DOS程序那么简陋。看看你是否也有这些误解:

    * 控制台应用程序不是真正的32位程序。错。我们可以用Readln/Writeln等标准I/O函数进行输入/输出操作,但这只是编译器给予的方便。实际上,在内部使用和其它32位Windows程序一样的I/O函数进行输入/输出操作。

    * 控制台应用程序在实模式DOS窗口中运行。完全错误。事实正好相反。DOS程序通过一个名为Winoldap的控制台程序来运行,而这个程序则是在32位Windows控制台窗口中运行。原理上,Winoldap利用x86的"Virtual86"模式来虚拟实模式。

    * 控制台应用程序不能调用Windows API。错。在控制台应用程序中,所有的Windows API都可供使用。

    * 控制台程序不能显示窗口;GUI程序不能从控制台读数据,亦不能向控制台写数据;控制台程序不能使用VCL。控制台程序在文本模式运行,没有窗体。于是,很多人以为不能用图形控件、甚至所有的VCL。这种想法不对。控制台程序只不过是一种特殊的窗口,系统把进程定位到这个窗口,将标准输入/输出/错误等文件句柄映射到控制台的读/写操作上。所有的应用程序都可以定位自己的控制台,反之,控制台程序自然也可以创建窗口。

基本输入/输出

 

    要在Delphi中创建控制台程序,用 {$APPTYPE} 编译指示符通知Windows应用程序在控制台子系统中运行。(注意:不要在大括号和指示符之间加空格。)当然还有其它方法可以实现控制台程序,不过这个最简单方便。程序开始运行后,将会循序进行以下操作:

    * 如果创建者进程(父进程)有自己的控制台,新进程(子进程)就继承这个控制台。否则,定为自己的控制台。

    * 子进程的标准文件句柄(Delphi中的输入/输出)被映射到新控制台窗口的Read/Write操作。

    Pascal函数Readln和Writeln把输入/输出句柄当作文件句柄。DOS下,文件句柄直接映射到键盘和屏幕缓冲区。而在Windows下,它们被映射到新控制台窗口的输入/输出缓冲区。可以在旧的DOS Pascal程序源代码中加上{$APPTYPE CONSOLE} 指示符,把它转换成控制台程序。唯一要注意的是,有些关于CRT或者BGI等等屏幕或者图形单元不能继续使用。而且,有些Pascal的低级库函数(输入/输出函数)在Win32保护模式中也不能使用。

    在C语言中,控制台程序和GUI进程有区别。GUI进程入口点被命名为WinMain,而控制台程序进程则很简单--main。当然,在Delphi中,入口点总是存在于主dpr文件的未命名begin部分。但是,典型的Delphi应用总是简单调用Application.Run,从这个过程起,控制台程序可以写入所有的代码。你可以use其它单元,不过最简单的控制台程序往往在.dpr单元内实现多数、甚至所有功能代码。下面的代码展示了一个简单的例子,显示著名的"你好,世界"字样。

[c-sharp] view plain copy
  1. {$APPTYPE CONSOLE}  
  2. program HelloWorld;  
  3. var  
  4.   sName: string;  
  5. begin  
  6.   Write('你是谁?');  
  7.   Readln(sName);  
  8.   Writeln('你好', sName,'欢迎来到控制台程序世界!');  
  9.   Writeln('按 退出。');  
  10.   Readln;  
  11. end.  

    在做比较小的控制台程序时,最好在IDE外部编辑、编译,这样比较方便些。调用Delphi的命令行编译器可以节省内存消耗,而且不会产生垃圾文件。编译操作很简单。首先,确保{$Delphi}/Bin目录在搜索路径中。你也可以做一个简单的批处理文件,在Windows中调用。右键点击任何一个MS-DOS快捷方式,输入批处理文件名,确保路径正确。调用dcc32程序,用要编译的.dpr文件作为参数:
    C:/> DCC32 Listing1.dpr

    上面这个命令产生了Listing1.exe文件。

高级I/O句柄:文件句柄

 

    在讨论高级I/O句柄之前,我们先来简单看看什么是控制台句柄,以及如何利用控制台句柄。

    前面讲过,创建新控制台时,或者新进程连接到父进程控制台时,操作系统自动创建三个"标准"文件句柄。在高级控制台编程中,用两个API函数控制这些句柄。
    function GetStdHandle(nStdHandle: DWORD): THandle; stdcall;
    function SetStdHandle(nStdHandle: DWORD; hHandle: THandle): BOOL; stdcall;

    前者简单地返回当前标准文件句柄的一个拷贝,后者设置标准句柄为一个你提供的打开的文件句柄。三个标准文件句柄如下:

    * STD_INPUT_HANDLE 对应Delphi的Input变量

    * STD_OUTPUT_HANDLE 对应Delphi的Output变量

    * STD_ERROR_HANDLE 标准输出(不用Delphi变量)

     下面的例子展示了简单的应用。程序用一个stream对象向标准输出控制台窗口写数据,而没有使用Writeln。图一是运行结果的截屏。这是一个典型的GetStdHandle运用例子。GetStdHandle取得句柄,传递给另外一个需要得到文件句柄的Windows API调用。SetStdHandle则通常用来重定向子进程的标准文件句柄。

[c-sharp] view plain copy
  1. {$APPTYPE CONSOLE}  
  2. program FileOutput;  
  3. uses Classes, Windows;  
  4. var  
  5.   strmOut: THandleStream;  
  6.   hOutput: THandle;  
  7. begin  
  8.    { 取得当前文件操作 }  
  9.   hOutput := GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);  
  10.    { 创建新的操作流,用自己的流对象写入 }  
  11.   strmOut := THandleStream.Create(hOutput);  
  12.   strmOut.Write('控制台程序范例。'+ #13#10, 26);  
  13.   strmOut.Write('在控制台窗口以文本模式输出。' + #13#10, 36);  
  14.   strmOut.Free;  
  15.   Readln;  
  16. end.  

高级I/O操作:读输入事件

 

    用基本I/O例程就可以读写控制台数据。不过,因为控制台只是一种特殊的窗口,我们可以用其它API调用来操作这个窗口,接收控制台输入(包括鼠标输入)。在这个部分,我们将讨论不用Readln,从较底层接收控制台键盘和鼠标输入。

    Windows可以识别两种层次的控制台I/O。上面的部分已经看到"较高层次"的控制台I/O,这种类型的控制台输入API调用是:
    function ReadFile(hFile: THandle; var Buffer; nNumberOfBytesToRead: DWORD;
        var lpNumberOfBytesRead: DWORD; lpOverlapped: POverlapped): BOOL; stdcall;
    function ReadConsole(hConsoleInput: THandle; lpBuffer: Pointer; nNumberOfCharsToRead: DWORD;
        var lpNumberOfCharsRead: DWORD; lpReserved: Pointer):BOOL; stdcall;

    在控制台窗口中使用上面两个函数效果基本一样。不同的是ReadConsole能从控制台读入Unicode字符,而ReadFile可以用于非控制台操作,比如可能重定向到标准输入的文件、内存操作。控制台根据当前代码页判断输入的是ANSI还是Unicode字符,这个问题我们稍后讨论。除非你需要读Unicode数据,否则就使用Readln。它映射到ReadFile,能够正确地操作重定向了的输入。

    可以注意到,两个函数都需要文件句柄作为参数。可以用GetStdHandle从控制台得到参数句柄。实际上,所有这些API调用都需要传入控制台句柄,要么是输入缓冲句柄,要么是输出缓冲句柄。

    为了更全面地控制控制台输入,也可以用"底层"输入的方法,这种方法在控制台事件队列中设置一个钩子。事件队列和Windows消息队列差不多,不过是接收输入事件,而非消息。在控制"底层"控制台输入时,可以用以下五个关键的API函数:
    function ReadConsoleInput(hConsoleInput: THandle; var lpBuffer: TInputRecord; nLength: DWORD;
         var lpNumberOfEventsRead: DWORD): BOOL; stdcall;
    function WriteConsoleInput(hConsoleInput: THandle; const lpBuffer: TInputRecord; nLength: DWORD;
         var lpNumberOfEventsWritten: DWORD): BOOL; stdcall;
    function PeekConsoleInput(hConsoleInput: THandle; var lpBuffer: TInputRecord; nLength: DWORD;
         var lpNumberOfEventsRead: DWORD): BOOL; stdcall;
    function GetNumberOfConsoleInputEvents(hConsoleInput: THandle; var lpNumberOfEvents: DWORD):
         BOOL; stdcall;
    function FlushConsoleInputBuffer(hConsoleInput: THandle): BOOL; stdcall;
        hConsoleInput参数是API调用的返回值。
    GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE)

    其它的参数可以见其名而知其意,不再赘述。唯一要注意的是TinputRecord类型。TinputRecord是INPUT_RECORD结构的Delphi别名。这个结构其实是五种输入事件类型的集合。第一个字段,EventType,指明后面跟着的是何种事件记录类型。在MSDN上有事件类型的详细信息。我们最关心的是鼠标和键盘事件。另外三种用得较少的事件类型是:

    * WINDOW_BUFFER_SIZE_EVENT 屏幕大小改变时发出

    * MENU_EVENT 用户使用控制台菜单或工具栏时发出

    * FOCUS_EVENT 控制台得到输入焦点时发出

    WINDOW_BUFFER_SIZE事件很不常用,因为一般而言用户不会主动去改变控制台窗口大小。WINDOW_BUFFER_SIZE事件之发生于某些特定的控制台模式,且常常用于重画屏幕。另外两个事件,MENU_EVENT和FOCUS_EVENT由Windows内部使用,基本找不到相关文档资料。微软甚至建议应该"忽略它们"。

    如果控制台处在活动状态,当一个键被按下时,就激发KEY_EVENT事件。普通的字母、数字等可打印键和Shift/Ctrl、功能键等都是如此,类似于WM_KEYPRESS事件。在KEY_EVENT_RECORD类型中,可以包括以下数据:

* bKeyDown 如果有键被按下,则为真;被释放则为假。
* wRepeatCount 在一行里的击键次数。
* wVirtualKeyCode 按键的虚拟键码。
* wVirtualScanCode 键盘扫描码。
* UnicodeChar 按下的Unicode字符。
* AsciiChar 按下的ASCII字符。
* dwControlKeyState 控制键状态。

    当控制台处于正确的模式(缺省状态),在屏幕缓冲上产生鼠标事件时,激发MOUSE_EVENT事件。接受到的数据记录包括以下信息:

* dwMousePosition 事件发生时鼠标的坐标。
* dwButtonState 按下的鼠标键的位掩码。
* dwControlKeyState 控制键状态。
* dwEventFlags 事件类型。

    比较难以理解的是鼠标键位掩码。它包括了32个可按下的鼠标键位置。一般人不会用到32键鼠标,所以只有前五个键被预定义为常量。对于典型的三键鼠标,要用到的常量是:

* FROM_LEFT_1ST_BUTTON_PRESSED
* RIGHTMOST_BUTTON_PRESSED
* FROM_LEFT_2ND_BUTTON_PRESSED

    这三个变量对应于三个DWORD值,循序分别为:左、右、左边第二个。

    下面的代码段展示了如何截获键盘和鼠标事件。程序开始运行时,会发生一些很有意思的事。首先,注意[Ctrl][C]组合键,按下这两个键,程序会结束。Windows安装了一个内部击键句柄,[Ctrl][C]和[Ctrl][Break]都会导致程序结束。

[delphi] view plain copy
  1. {$APPTYPE CONSOLE}  
  2. program ConsoleInput;  
  3. uses Windows;  
  4. var  
  5.   hInput: THandle;  
  6.   arrInputRecs: array[0..9of TInputRecord;  
  7.   dwCur, dwCount: DWORD;  
  8.   cCur: Char;  
  9.   coorCur: TCoord;  
  10. begin  
  11.   hInput := GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);  
  12.   while True do begin  
  13.     ReadConsoleInput(hInput, arrInputRecs[0], 10, dwCount);  
  14.      for dwCur := 0 to 10 - 1 do  
  15.        case arrInputRecs[dwCur].EventType of  
  16.         KEY_EVENT:  
  17.           with arrInputRecs[dwCur].Event.KeyEvent do begin  
  18.             cCur := AsciiChar;  
  19.             if cCur = '' then  
  20.               if bKeyDown then  
  21.                 Writeln('按下了不可打印键。')  
  22.                else  
  23.                 Writeln('松开了不可打印键。')  
  24.   //你也可以用wVirtualKeyCode取得功能键码,F1是112,以此类推。  
  25.             else  
  26.               if bKeyDown then  
  27.                 Writeln('按下 ', cCur, ' ',  
  28.                         wRepeatCount, ' 次。')  
  29.               else  
  30.                 Writeln('松开 ', cCur, ' 键。');  
  31.           end;  
  32.         { 为避免与WINDOWS的mouse_event函数冲突,Delphi重命名了MOUSE_EVENT事件。}  
  33.         _MOUSE_EVENT:  
  34.           with arrInputRecs[dwCur].Event.MouseEvent do  
  35.             begin  
  36.                coorCur := dwMousePosition;  
  37.               if dwEventFlags = 0 then  
  38.                 Writeln('鼠标键按下,坐标:', coorCur.X,  
  39.                         ',', coorCur.Y);  
  40.             end;  
  41.        end// case  
  42.    end// while  
  43. end.  

    在程序刚开始运行时,偶尔会看到"键"这个字符串显示出来。这是因为程序一开始运行,[Enter]键就被释放。字符串'松开了' + #13 + '键。' 被打印出来。

    最后要注意的一点是,有关KEY_EVENT_RECORD类型的文档指出,按下/松开[Alt]键而没有同时按下其它键,不会引发输入事件。但是,我们的示例程序却表明文档资料不正确。按下[Alt]键同样会引发输入事件。

高级I/O:向输出缓冲写数据

 

    用标准的运行是函数Write和Writeln可以实现简单输入,这是从较高层面进行控制台存取操作。下面是两个基本的高层次函数:
    function WriteFile(hFile: THandle; const Buffer; nNumberOfBytesToWrite: DWORD;
         var lpNumberOfBytesWritten: DWORD; lpOverlapped: POverlapped): BOOL; stdcall;
    function WriteConsole(hConsoleOutput: THandle;const lpBuffer: Pointer; nNumberOfCharsToWrite: DWORD;
         var lpNumberOfCharsWritten: DWORD; lpReserved: Pointer):BOOL; stdcall;

    同样,Delphi把输入映射到WriteFile,而不是WriteConsole。此外,也可以用其它高层次函数来移动光标、改变输出字符的属性。控制台窗口缺省地支持ANSI字符集,而非IBM_ANSI字符控制序列。控制台实际上只是一个字符模式的GUI窗口,所以,可以使用其它Windows API调用来改变颜色、设置光标位置等等。以下是常用的API函数:
    function SetConsoleCursorPosition(hConsoleOutput: THandle; dwCursorPosition: TCoord): BOOL; stdcall;
    function SetConsoleTextAttribute(hConsoleOutput: THandle;wAttributes: Word): BOOL; stdcall;
    function GetConsoleScreenBufferInfo(hConsoleOutput: THandle; var lpConsoleScreenBufferInfo:
         TConsoleScreenBufferInfo): BOOL; stdcall;

    最后一个函数非常强大。在这里,我们只想用它得到缺省的位置和颜色属性信息,然后保存。

    SetConsoleTextAttribute影响所有向控制台写入的字符,包括缺省的字符回放动作和程序向控制台写入的文本。这里所说的字符颜色属性不是典型的Windows RGB颜色,而是IBM-ANSI 16色,由FOREGROUND_BLUE、FOREGROUND_GREEN、 FOREGROUND_RED、 FOREGROUND_INTENSITY、 BACKGROUND_BLUE、 BACKGROUND_GREEN、 BACKGROUND_RED、 and BACKGROUND_INTENSITY组合而成。

    用Or操作符组合这八种属性,可以构成十六种基本ANSI颜色,用于前景和背景。(旧DOS程序员请注意,背景的高位设置背景颜色亮度,而非在ANSI.sys中定义的闪烁属性。)三种色组合到一起就是白色,一个都不用就是黑色,等等。

    如下代码段展示了如何定位光标和改变颜色。在改变属性和坐标之前,我们保存了一下。在程序执行时,应该保存这些设置,以便恢复它。你的程序可能会关联到一个有父应用程序的控制台,在你的程序完成后,还会继续存在于屏幕上。对控制台所做的改变会继续有效,这可能会导致问题,至少会引起父进程中的配色变动,文字会不易辨识。

[delphi] view plain copy
  1. {$APPTYPE CONSOLE}  
  2. program ConsoleOutput;  
  3. uses Windows;  
  4. var  
  5.   hOutput: THandle;  
  6.   sbiAttributes: TConsoleScreenBufferInfo;  
  7.   wDefColors: WORD;  
  8.   coorCurrent, coorTopLeft: TCoord;  
  9. const  
  10.   FOREGROUND_BRCYAN = FOREGROUND_GREEN or  
  11.   FOREGROUND_BLUE or FOREGROUND_INTENSITY;  
  12. begin  
  13.   hOutput := GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);  
  14.   coorTopLeft.X := 1;  
  15.   coorTopLeft.Y := 1;  
  16.    { 读缺省颜色 }  
  17.   GetConsoleScreenBufferInfo(hOutput, sbiAttributes);  
  18.   wDefColors := sbiAttributes.wAttributes;  
  19.   coorCurrent := sbiAttributes.dwCursorPosition;  
  20.    { 把输出颜色改为亮青色,移动光标到屏幕顶部 }  
  21.    Writeln('此测试用文字。');  
  22.   SetConsoleTextAttribute(hOutput, FOREGROUND_BRCYAN);  
  23.   SetConsoleCursorPosition(hOutput, coorTopLeft);  
  24.    { 写入文字 }  
  25.   Writeln('此测试用文字。');  
  26.  SetConsoleTextAttribute(hOutput, FOREGROUND_GREEN);  
  27.   Writeln('如这些文字所示。');  
  28.   Writeln('');  
  29.    SetConsoleTextAttribute(hOutput, FOREGROUND_red);  
  30.   Writeln('按 退出。');  
  31.   Readln;  
  32.    { 恢复缺省颜色 }  
  33.   SetConsoleTextAttribute(hOutput, wDefColors);  
  34.   SetConsoleCursorPosition(hOutput, coorCurrent);  
  35. end.  

改变控制台文字输出颜色


结语

 

    本文只谈及控制台应用程序的冰山一角。控制台编程允许你把大部分DOS Pascal代码转移到Windows环境,而不用做很多修改。不过,如前面所谈到的,控制台窗口实际上是一个功能完备的用户界面,只不过使用字符来代替像素罢了。

    控制台程序还有许多更高级的技术可供利用。在本文的第二部分,将详细讨论创建多个独立的输出窗口,并阐述如何重载控制台缺省行为。比如,取代缺省的[Ctrl][C]句柄处理,改变控制台模式、影响输入和输出函数行为等等。

    此外,在后文中还将提及如何利用控制台窗口执行高级任务,包括如何在控制台程序中操作线程,如何在GUI程序中创建控制台,如何在控制台应用程序中创建GUI窗口和消息队列,以及如何重定向控制台应用程序的输入和输出句柄。最后,范例程序将开始模拟真实世界中使用的技术。

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