Windows Api 学习笔记 1——基础知识（上）

推荐阅读《深入浅出：Windows Api 程序设计》。《深入浅出：Windows Api 程序设计》是 王端明 先生的著作，是2022年人民邮电出版社出版的图书。

基础知识

一、Windows 特色

Microsoft Windows是美国微软公司开发的一套操作系统。自1985年问世以来，随着软硬件的升级，Microsoft Windows不断迭代更新，变得更加人性化，始终备受市场青睐。
Windows操作系统主要特点是图形用户界面、多任务、一致的用户界面等。
而对程序员开发者来说，Windows操作系统有以下卓越的优点：

• 大量API函数调用：支持几千种函数调用 ，可开发出界面精美、性能卓越的应用程序。
• 设备无关性：应用程序只需要针对设备的驱动程序进行开发，而不必关注设备的具体型号。
• 内存管理方便：内存分页和虚拟内存的使用，使得应用程序可用的地址空间极大。

Windows Api(应用程序编程接口，Application Programming Interface，简称API)，允许开发者调用操作系统提供的一系列功能，而不必考虑其底层的运行机制。Api函数是构建整个Windows框架的基石，它的上层是所有Windows应用程序。

二、编程语言

• 机器语言：机器指令（二进制0和1描述的指令）的集合。直接对硬件操作。开发者使用困难，依赖机器，局限性很大，属于低级语言。
• 汇编语言：汇编指令（英文缩写的助记符描述的指令）的集合。直接对硬件操作。比较复杂、冗长；但是其生成的可执行文件（.exe或.dll）较小，且执行速度快。
• 高级语言：“高级”是相对于汇编而言的，包含很多种编程语言。对开发者而言，易操作，学习使用简单。
  • 不可直接被机器识别，需要转换才可被执行。按转换方式分类：
    • 解释类：一边翻译成机器语言，一边被执行。效率较低，不能生成独立的可执行文件。但较为灵活，可动态调整修改应用程序代码。如python，JavaScript等。
    • 编译类：程序执行前，翻译成机器语言。可脱离编程环境独立执行，效率较高。但修改后需重新编译，才可生成目标文件。如C、C++等。

三、安装软件

按部就班安装VS就行。

四、Hello World 程序练习

1、创建工程

使用Visual Studio 2022开发实现。

• 左上角文件-新建-项目。
• 筛选语言为C++，平台为Windows，项目类型为桌面，选择Windows桌面向导，下一步。

Windows桌面向导

• 对项目命名，选定项目路径，创建。
• 在应用程序类型中选择桌面应用程序（.exe），勾选空项目，确定。

应用程序类型

• 默认情况下，设置为Debug x86（32位程序，调试版本）
• 在解决方案资源管理器窗口中，选中创建的项目，右击，添加-新建项，选择C++文件(.cpp)，改名，添加。

添加C++文件

2、编写程序

#include   

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
    MessageBox(NULL, TEXT("Hello World!"), TEXT("Caption"), MB_OKCANCEL | MB_ICONINFORMATION | MB_DEFBUTTON2);

    return 0;
}

2.1 Windows.h

• 重要头文件，包含：
  • WinDef.h：基本数据类型定义
  • WinBase.h：Kernel（内核）有关定义
  • WinGdi.h：图形设备接口有关定义
  • WinUser.h：用户界面有关定义

2.2 入口函数 WinMain

   int WINAPI WinMain(
       _In_ HINSTANCE hInstance, 
       _In_opt HINSTANCE hPrevInstance, 
       _In_ LPSTR lpCmdLine, 
       _In_ int nCmdShow
       );

• 函数调用约定：用于描述 函数参数怎么传递 和 由谁来平衡堆栈。常用的函数调用约定有_stdcall，_cdecl，_fastcall，pascal等。
  • 其中，WinMain中的WINAPI的定义就是函数调用约定。中:

    #define CALLBACK    __stdcall
    #define WINAPI      __stdcall
    #define WINAPIV     __cdecl
    #define APIENTRY    WINAPI
    #define APIPRIVATE  __stdcall
    #define PASCAL      __stdcall
    

• 批注：函数中每个参数的数据类型前的参数说明符，用于说明函数参数的性质与类型。
  • _In_：输入参数，函数只可读取但不可修改该参数
  • _Inout_：输入输出参数，调用前可设置数值，函数返回后会修改该参数的值
  • _Out_：输出参数，函数返回后，会返回一个值给这个参数
  • _Outptr_：输出参数，函数返回后，会返回一个指针值给这个参数
  • 带有opt：表示可以不使用该参数，也可设置为0，NULL
• WinMain的四个参数：
  • HINSTANCE hInstance ：表示应用程序当前实例的句柄。句柄是用于唯一标识某个对象的数值。
    • 模块：代表的是一个运行中的.exe或.dll 文件。文件中的所有代码和资源载入内存后运行时叫作模块;为了区分地址空间中的不同模块，每个模块都有一个唯一的模块句柄来标识。
    • 实例：多次加载同一个可执行文件时，为了区分多次加载的“复制”，把每个“复制”叫作实例。每个实例均用不同的实例句柄(HINSTANCE)值来标识。在 Win32 中，实例句柄就是模块句柄。
    • HINSTANCE hPrevInstance：表示应用程序上一个实例的句柄。同一程序的所有实例共享代码和只读数据。查看该参数，可以查看是否有其他实例在运行，从而进行数据共享。对于 Win32，该参数始终为NULL。
    • LPSTR lpCmdLine：指向应用程序命令行参数字符串的指针。LPSTR是一种windows数据类型，表示一个以零（NULL）结尾的char类型字符串的指针。
    • int nCmdShow：指定应用程序最初如何显示。

2.3 MessageBox 函数

int MessageBox(
    _In_opt HWND    hWnd,          //消息框的所有者的窗口句柄
    _In_opt LPCTSTR lpText,        //要显示的消息内容
    _In_opt LPCTSTR lpCaption,     //消息框的标题
    _In_    UINT    uType          //消息框的图表样式和按钮样式
     );

• 功能是显示一个消息提示框，可以包含：系统图标、按钮、消息标题、消息内容。
• HWND hWnd：消息框的所有者的窗口句柄。句柄类型：HWND——窗口句柄类型；HIC0N——图标句柄类型；HCURSOR——光标句柄；HBRUSH——画刷句柄。
• LPCTSTR lpText：要显示的消息内容。LPCTSTR表示指向 wchar_t 或 char 类型常量字符串的指针。
• LPCTSTR lpCaption：消息框的标题
• UINT uType：消息框的图表样式和按钮样式
• 各个参数的具体数值可以参看官方目录——MessageBox 函数 (winuser.h)

五、程序编译

将一个C/C++文件编译成可执行程序，需要经过预处理、汇编、编译、链接等阶段。（利用linux环境下的gcc编译工具可以清晰看到编译的阶段）

1、预处理

• .c文件转成.i文件
• 预处理过程中的工作：宏定义展开；处理所有条件编译指令；处理#include；删除注释；添加行号和文件标识。

2、汇编

• .i文件转为.s文件
• 汇编的过程检查语法错误

3、编译

• .s文件转成.obj文件
• 汇编文件转成目标文件（二进制文件）

4、链接

• .obj文件转成.exe文件
• 在此过程中，将二进制的目标文件与用到的库绑定链接在一起

六、例程运行效果

运行结果