真正理解微软Windows程序运行机制——窗口机制（第二部分）

我是荔园微风，作为一名在IT界整整25年的老兵，今天说说Windows程序的运行机制。经常被问到MFC到底是一个什么技术，为了解释这个我之前还写过帖子，但是很多人还是不理解。其实这没什么，我在学生时代也被这个问题困绕过。而且那个时间学习资料没有那么丰富，网上也没有什么资料，周围也没有懂的人，那个时候理解MFC更困难。甚至在我看来，理解这个比理解人工神经网络更难。

我认为造成这种现象的根本原因就是没有搞清楚Windows程序的运行机制，因为不理解Windows程序的运行机制，所以给理解MFC带来了很大的困难。我决定带所有微软开发技术的初学者一起攻破这个问题，但是一篇文章肯定是讲不清楚的，我们要分好几章来说。需要你有足够的耐心，一起来吧。我们这次来搞清楚什么是Windows程序的窗口机制。

下面我们来创建一个窗口，并在该窗口中响应键盘及鼠标消息，程序实现的步骤我们分三个部分，分别用三篇文章来讲清楚。

第一部分我们先写出WinMain()函数的定义,然后创建一个窗口。第二部分我们再通过消息循环来处理消息，最后第三部分我们编写窗口过程函数。为什么最后要编写窗口过程函数，主要是为了处理传过来的消息，这个我们第三部分再说。先不要急。只有以上三个部分完成了，我们就真正能做到创建一个窗口，并在该窗口中响应键盘及鼠标消息，不然少一步都做不到。
 

上一次我重点讲了第一部分，现在我们来说第二部分，就是消息循环。

在完成创建窗口、显示窗口、更新窗口的工作后，需要编写一个消息循环，不断地从消息队列中取出消息，并进行响应。要从消息队列中取出消息，我们需要调用GetMessage()函数，该函数的原型声明如下：

BOOL GetMessage(
　　LPMSG lpMsg,
　　HWND hWnd,
　　UINT wMsgFilterMin,
　　UINT wMsgFilterMax
);

第一个参数lpMsg。指向一个消息（MSG）结构体，GetMessage从线程的消息队列中取出的消息信息将保存在该结构体对象中。

第二个参数hWnd。指定接收属于哪一个窗口的消息。通常我们将其设置为NULL，用于接收属于调用线程的所有窗口的窗口消息。

第三个参数 wMsgFilterMin。指定要获取的消息的最小值，通常设置为0。

第四个参数 wMsgFilterMax。指定要获取的消息的最大值。

如果 wMsgFilterMin 和wMsgFilterMax都设置为0，则接收所有消息。GetMessage 函数接收到 WM_QUIT以外的消息均返回非零值。对于 WM_QUIT 消息，该函数返回0。如果出现了错误,该函数返回-1,例如,当参数 hWnd是无效的窗口句柄或lpMsg是无效的指针时，该函数返回-1。

通常我们编写的消息循环代码如下：

MSG msg;

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

那作为消息处理的机制，只有有消息来，我们才要处理，没有消息了，就不处理，那这样就可以通过上面这个函数来完成这个工作。我们已经说了GetMessage i函数只有在接收到 WM_QUIT消息时,才返回0。此时while语句判断的条件为假，循环退出，程序才有可能结束运行。在没有接收到WM_QUIT消息时， Windows应用程序就通过这个while循环来保证程序始终处于运行状态。

TranslateMessage 函数用于将虚拟键消息转换为字符消息。字符消息被投递到调用线程的消息队列中，当下一次调用 GetMessage 函数时被取出。我们现在来具体说一下这个过程，当我们敲击键盘上的某个字符键时，系统将产生 WM_KEYDOWN 和 WM_KEYUP 消息。这两个消息的附加参数，也就是wParam和IParam，包含的是虚拟键代码和扫描码等信息，而我们在程序中往往需要得到某个字符的 ASCII 码，TranslateMessage 这个函数就可以将 WM_KEYDOWN 和 WMKEYUP消息的组合转换为一条 WM_CHAR消息，该消息的 wParam 附加参数包含了字符的ASCII码，并将转换后的新消息投递到调用线程的消息队列中。TranslateMessage函数并不会修改原有的消息，它只产生新的消息并投递到消息队列中。

DispatchMessage函数分派一个消息到窗口过程，由窗口过程函数对消息进行处理。DispachMessage 实际上是将消息回传给操作系统，由操作系统调用窗口过程函数对消息进行处理，也就是响应。

Windows应用程序的消息处理机制可以画出一个图来看，画法很多，目前各大论坛中，我认为这张图画得最好，如下。

我们把上图这个Windows应用程序的消息处理过程再详细说说，上图1是指操作系统接收到应用程序的窗口消息，将消息投递到该应用程序的消息队列中。上图2应用程序在消息循环中调用GetMessage函数从消息队列中取出一条一条的消息。在取出消息后，应用程序可以对消息进行一些预处理，例如，放弃对某些消息的响应，或者调用TranslateMessage产生新的消息。上图3应用程序调用DispatchMessage，将总回传给操作系统。消息是由MSG结构体对象来表示的，其中就包含了接收消息的窗口的句柄。因此，DispatchMessage函数总能进行正确的传递。上图4系统利用 WNDCLASS结构体的 lpfn WndProe 成员保存的窗口过程函数的指针调用窗口过程，对消息进行处理（即“系统给应用程序发送了消息”）。

大家不要把前面的内容忘记了，我来回顾一下：

消息队列：消息队列有两种，分为系统消息队列和应用程序消息队列。产生的消息首先由Windows系统捕获，放在系统消息队列，再拷贝到对应的应用程序消息队列。32/64位系统为每一个应用程序维护一个消息队列。

消息循环：系统为每个应用程序维护一个消息循环，消息循环会不断检索自身的消息队列。每有一个消息，就用GetMessage()取出消息。

GetMessage具有阻塞机制。当消息队列中没有消息时，程序非忙等，而是让权等待。当收到WM_QUIT时，GetMessage返回false，循环停止，同时应用程序终止。

消息处理：DispatchMessage()把取出来的消息分配给相应的窗口或线程，由窗口过程处理函数DefWindowProc()处理。

Windows的应用程序靠消息驱动来实现功能。而消息驱动靠消息机制来处理。消息机制就是由消息队列，消息循环，消息处理构成的。

那么，消息机制是如何运作的呢？

当用户运行一个应用程序，通过对鼠标的点击或键盘按键，产生一些特定事件。由于Windows一直监控着I/O设备，该事件首先会被翻译成消息，由系统捕获，存放于系统消息队列。

经分析，Windows知道该消息应由那个应用程序处理，则拷贝到相应的应用程序消息队列。由于消息循环不断检索自身的消息队列，当发现应用程序消息队列里有消息，就用GetMessage()取出消息，封装成Msg()结构。如果该消息是由键盘按键产生的，用TranslateMessage()翻译为WM_CHAR消息，否则，用DisPatchMessage()将取出的消息分发到相应的应用程序窗口，交由窗口处理程序处理。

Windows为每个窗体预留了过程窗口函数，该函数是一个回调函数，由系统调用，应用程序不能调用。程序员可以通过重载该函数处理我们想要去处理的消息。对于不想处理的消息，则由系统默认的窗口过程处理程序做出处理。

目前各论坛里画的最好的一张图是这个，我上次也向大家推荐过：

 上图很好地解释了消息机制的运行原理，是我见过的画的最好的一幅。 

当运行程序->事件操作引发消息->消息先存在系统消息队列->再存入到应用程序消息队列->用消息循环提取消息->处理消息->再返回消息队列。

当然，从消息队列中获取消息还可以调用PeekMessage 函数，该函数的原型声明如下所示:

BOOL PeekMessage(
　　LPNSG lpMsg,
　　HWND hWnd,
　　UINT wMsgFilterMin,
　　UINT wMsgFilterMax,
　　UINT wRemoveMsg
);

前4个参数和GetMessage函数的4个参数的作用相同。最后1个参数指定消息获取的方式,如果设为PM_NOREMOVE,那么消息将不会从消息队列中被移除;如果设为PM_REMOVE,那么消息将从消息队列中被移除(与GetMessage 函数的行为一致）。

发送消息可以使用 SendMessage 和 PostMessage函数。 SendMessage将消息直接发送给窗口，并调用该窗口的窗口过程进行处理。在窗口过程对消息处理完毕后，该函数才返回（SendMessage 发送的消息为不进队消息)。PostMessage函数将消息放入与创建窗口的线程相关联的消息队列后立即返回。除了这两个函数外，还有一个 PostThreadMessage 函数，用于向线程发送消息，对于线程消息，MSG结构体中的 hwnd成员为NULL。

现在我们来理一下，windows消息循环的详细过程：

第一步，我们创建完win32应用程序，当用户通过对鼠标，键盘操作应用程序时，由于Windows一直监控着I/O设备，该事件首先会被转化成消息，由windows系统捕获，存放于系统消息队列。Windows系统知道该消息应由哪个应用程序处理，然后拷贝到相应的应用程序消息队列。同时将该消息从系统消息队列中删除。

第二步，应用程序的消息循环不断在执行，此时，调用GetMessage()从消息队列中查找消息，发现了该消息，GetMessage()将返回一个正值，并获取到了该消息Msg；如果消息队列为空，程序将停止执行并等待(程序阻塞)。

第三步， 然后取出消息(Msg)并将其传递给TranslateMessage()函数，这个函数做一些额外的处理：将虚拟键值信息转换为字符信息。这一步是可选的。

第四步，上面的步骤执行完后，将消息MSG传递给DispatchMessage()函数。DispatchMessage()函数将消息再给windows系统，由windows系统找到目标窗口并分发给该窗口，调用消息对应的窗口过程函数，既窗口的WinPro函数，让WinPro函数处理。WinPro函数可以允许我们对不同的消息做特定的处理，若不处理的话，则会调用DefWindowProc函数，做默认处理，所以为什么默认代码中WinPro的类型是CallBack(回调)，因为不是我们主动调用的，是系统回调的。

第五步， 一旦一个消息处理完成，窗口过程WinPro函数返回，DispatchMessage()函数返回，应用程序的消息循环继续while循环，Window系统继续监控各类消息，重复上述步骤。

各位小伙伴，我们就说到这里，下次我们再深入研究windows程序的运行机制。

作者简介：荔园微风，1981年生，高级工程师，浙大工学硕士，软件工程项目主管，做过程序员、软件设计师、系统架构师，早期的Windows程序员，Visual Studio忠实用户，C/C++使用者，是一位在计算机界学习、拼搏、奋斗了25年的老将，经历了UNIX时代、桌面WIN32时代、Web应用时代、云计算时代、手机安卓时代、大数据时代、ICT时代、AI深度学习时代、智能机器时代，我不知道未来还会有什么时代，只记得这一路走来，充满着艰辛与收获，愿同大家一起走下去，充满希望的走下去。