Windows程序基础二：句柄、HINSTANCE句柄

一、句柄：一个特殊的数据类型

     定义：句柄，Handle,是整个Windows编程的基础。一个句柄是指使用的一个唯一的整数值，即一个4字节(64位程序中为8字节)长的数值，来标识应用程序中的不同对象和同类对象中的不同的实例，诸如，一个窗口，按钮，图标，滚动条，输出设备，控件或者文件等。应用程序能够通过句柄访问相应的对象的信息，但是句柄不是一个指针，程序不能利用句柄来直接阅读文件中的信息。如果句柄不在I/O文件中，它是毫无用处的。 句柄是Windows用来标志应用程序中建立的或是使用的唯一整数，Windows使用了大量的句柄来标识很多对象。

     在Windows程序中，经常可心看到用类似HPEN、HFONT这样以字母H开头的数据类型来声明或定义的“变量”，例如WinMain()函数参数列表中的HINSTANCE hInstance

这里的HINSTANCE类型的"变量"hInstance就是一个所谓的句柄，前面的HINSTANCE表示了一种句柄类型。句柄这种类型变量用来表示一个内核对象。

     Windows操作系统之上的用户应用程序，必然会用到结构来描述一些需要大量数据来描述的窗口、按钮、文本框、滚动条等这种描述了事物的数据结构实例都叫做对象。出于用户的方便，系统的安全及保护知识产权等多种考虑，微软公司虽然在Windows系统中定义了这些数据结构，但并未向用户公开，因此，为了使用用户应用程序可以创建并获得这种对象，Windows在API中提供了相应的服务函数，用户通过调用这种函数获得由系统创建的对象。由于使用这种方法创建的对象位于内核内存空间，故称作内核对象。但是必须注意，为了系统安全和隐藏内核对象的实现细节，用户调用API函数创建内核对象成功之后，函数为用户返回的既不是该结构实例本身，也不是其指针，而是Windows操作系统为这个内核对象所编制的一个4字节的整数临时编号，而这个编号也仅在本应用程序中有效。为了程序的可读性，并根据这个编号的用途，Windows为这种存放了内核对象临时编号的整型数据变量定义了一个别名：“句柄（Handle）”。Windows的内核对象及其够本类型如下：

表1  Windows常用句柄类型

从表中可知，把这种类型变量叫做句柄类型，是因为与生活中的刀柄、壶柄的作用极为类似，意思就是说用户只要获得了句柄，那么也就获得了安装在内核对象上的“手柄”，就能在不直接接触这个对象的情况下进行操作。句柄是一个标识符，是拿来标识对象或者项目的。它就像我们的车牌号一样，每一辆注册过的车都会有一个确定的号码，不同的车号码各不相同，但是也可能会在不同的时期出现两辆号码相同的车，只不过它们不会同时处于使用之中罢了。     其实，这种够本实质上结构类弄变量指针的再封装，从面避免用户直接操作指针而产生的危险，并且因期隔离作用屏蔽了对象的实现细节，还起到了代码的保密作用。还有一个优点开发者可以在不改变用户所有句柄的前提下，更换可更新与之关联的内核对象，从而可以在不修改用户用户程序的情况下为系统进行升级换代。这就是现代程序设计中的代码弱耦合或代码隔离技术。
    Windows 之所以要设立句柄，根本上源于内存管理机制的问题—虚拟地址，简而言之数据的地址需要变动，变动以后就需要有人来记录管理变动，（就好像户籍管理一样），因此系统用句柄来记载数据地址的变更。数据对象加载进入内存中之后即获得了地址，但是这个地址并不是固定的，（至于为什么以及什么情况下变动具体需要大家研究虚拟地址的原理与机制我这里只提我确定知道的例子）数据对象会根据需要在内存与硬盘之间游弋移动（例如不常用的数据会为常用数据让出其占用的内存空间进而被淘汰进硬盘中的虚拟内存之中以优化配置整体系统的资源进而提升效率性能），因此其物理地址总是变动的，那么作为管理者 则必须对 管理对象所发生的变化了如指掌才行，因此系统为进程分配固定的地址（句柄）来存储进程下的数据对象变化后的地址也就是当前的地址，其实设计机制很简单 ：系统的某个部门移动了对象的地址后，同时上报给句柄所属部门管理者，管理者将改动写入句柄即可。该数据被重新起用时去其所属句柄内按内容存取即可。
    句柄,在Windows编程中是一个很重要的概念，在许多地方都扮演着重要的角色。但由此而产生的句柄概念也大同小异，比如：《Microsoft Windows 3 Developer's Workshop》（Microsoft Press,by Richard Wilton）一书中句柄的概念是：在Windows环境中，句柄是用来标识项目的。在程序设计中，句柄是一种特殊的智能指针 。当一个应用程序要引用其他系统（如数据库、操作系统）所管理的内存块或对象时，就要使用句柄。
   句柄与普通指针的区别在于，指针包含的是引用对象的内存地址，而句柄则是由系统所管理的引用标识，该标识可以被系统重新定位到一个内存地址上。这种间接访问对象的模式增强了系统对引用对象的控制。在上世纪80年代的操作系统（如Mac OS 和Windows）的内存管理中，句柄被广泛应用。Unix系统的文件描述符基本上也属于句柄。和其它桌面环境一样，WindowsAPI大量使用句柄来标识系统中的对象，并建立操作系统与用户空间之间的通信渠道。例如，桌面上的一个窗体由一个HWND类型的句柄来标识。如今，内存容量的增大和虚拟内存算法使得更简单的指针愈加受到青睐，而指向另一指针的那类句柄受到冷淡。尽管如此，许多操作系统仍然把指向私有对象的指针以及进程传递给客户端的内部数组下标称为句柄。

二、HINSTANCE句柄

           初学者在学习和阅读Windows程序时， 常常会因一开始便遇到这种极其陌生的数据类型而感到极大的压力。其实，初学者完全没有必要紧张，因为在Windwos程序设计中也很少用到对INSTANCE类型内核对象进行操作的情况，故可以暂时不理它，另外它与其他句柄一样，也仅代表一个内核对象，只不过这个内核对象是一个正在运行着的程序。

int WINAPI WinMain(
HINSTANCE hInstance,		//当前应用程序实例的句柄
HINSTANCE hPrevInstance,	//系统中前一个应用程序实例的句柄，很少用到
LPSTR	lpCmdLine,			//指向本程序命令行的指针，很少用到
int nCmdShow				//决定应用程序窗口显示方式的标志

         hInstance是程序的当前实例的句柄。在Windows这样的多任务操作系统中，一个程序可以同时运行多个实例。不同的实例间需要彼此区别，句柄就是干这个的。一般在操作系统看来，在运行一个程序时，要先建立一个结构变量，以便在程序运行起来之后在这个结构中记录该程序的的运行进度、状态、内存占用情况、文件和外设的使用情况等，并进行管理。换言之，Windows操作系统是通过这个与程序代码相关联的数据结构变量为掌控一个程序的运行。Windows中的这种用以表示一个程序运行过程的内核对象，叫做进行对象或进程，或叫“进程控制块”，具体的结构代码没公布，不过hInstance就是指向此进程块的句柄。    
    Windows每运行一个程序，就会在系统中创建一个该程序的HINSTANCE类型内核对象，图1中运行着3个进行的情况，在这个3个进程中，虽然进程1和进程2运行的都是程序1代码，但由于不是同一个控制块，故这是同一个程序的两个运行，因此在系统中也就存在着两个实例，即两个进程。即如果用户启动了两个QQ，那么在系统中就有两个QQ实例句柄存在。     

图1 HINSTANCE类型句柄的概念

        总之，这种类型的句柄代表了正在运行的看成是Windows定义的一个新数据类型——程序类型，而其对象则相当是一个程序类型的变量，这个变量就代表了一个正在运行的程序，Windows每运行一个程序就会把该程序的指针赋予这个变量，程序可以使用这个变量对一个程序进行操作。尽管这样看不严格，但不会特别影响我们的使用。