Delphi 的消息机制浅探一

我从去年 12 月上旬开始等待李维的《Inside VCL》。我当时的计划是，在这本书的指导下深入学习 Delphi。到了 12 月底，书还没有出来，我不愿再等，开始阅读 VCL 源代码。在读完 TObject、TPersistant 和 TComponent 的代码之后，我发现还是不清楚 Delphi 对象到底是怎样被创建的。于是我查看 Delphi 生成的汇编代码，终于理解了对象创建的整个过程(这里要特别感谢 book523 的帮助)。

此后我就开始学习 Delphi VCL 的消息处理机制。自从我写下《Delphi的对象机制浅探》，至今正好一个星期，我也基本上把 Delphi VCL 的消息处理框架读完了。我的学习方法就是阅读源代码，一开始比较艰苦，后来线索逐渐清晰起来。在此把自己对 Delphi VCL 消息机制的理解记录下来，便于今后的复习，也给初学 Delphi 或没有时间阅读 VCL 源代码的朋友参考(毕竟没有几个程序员像我这样有时间    )。由于学习时间较短，一定会有错误，请大家指正。

我在分析 VCL 消息机制的过程中，基本上只考查了三个类 TObject、TControl 和 TWinControl。虽然我没有阅读上层类(如 TForm)的代码，但我认为这些都是实现的细节。我相信 VCL 消息系统中最关键的东西都在这三个类中。纲举而目张，掌握基础类的消息处理方法之后再读其他类的消息处理过程就容易得多了。

要想读懂本文，最低配置为：
    了解 Win32 消息循环和窗口过程
    基本了解 TObject、TControl 和 TWinControl 实现的内容
    熟悉 Delphi 对象的重载与多态

推荐配置为：
    熟悉 Win32 SDK 编程
    熟悉 Delphi 的对象机制
    熟悉 Delphi 内嵌汇编语言

推荐阅读：
    《Delphi 的原子世界》
http: //www.codelphi.com/
    《VCL窗口函数注册机制研究手记，兼与MFC比较》
http: //www.delphibbs.com/delphibbs/dispq.asp?lid=584889
    《Delphi的对象机制浅探》
http: //www.delphibbs.com/delphibbs/dispq.asp?LID=2390131

本文排版格式为：
    正文由窗口自动换行；所有代码以 80 字符为边界；中英文字符以空格符分隔。

(作者保留对本文的所有权利，未经作者同意请勿在在任何公共媒体转载。)

目  录
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⊙ 一个 GUI Application 的执行过程：消息循环的建立
⊙ TWinControl . Create、注册窗口过程和创建窗口
⊙ 补充知识：TWndMethod 概述
⊙ VCL 的消息处理从 TWinControl . MainWndProc 开始
⊙ TWinControl . WndProc
⊙ TControl . WndProc
⊙ TObject . Dispatch
⊙ TWinControl . DefaultHandler
⊙ TControl . Perform 和 TWinControl . Broadcast
⊙ TWinControl . WMPaint
⊙ 以 TWinControl 为例描述消息传递的路径
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正  文
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⊙ 一个 GUI Application 的执行过程：消息循环的建立
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通常一个 Win32 GUI 应用程序是围绕着消息循环的处理而运行的。在一个标准的 C 语言 Win32 GUI 程序中，主程序段都会出现以下代码：

while (GetMessage(&msg, NULL, 0 , 0 ))  // GetMessage 第二个参数为 NULL，
                                      // 表示接收所有应用程序产生的窗口消息
{
    TranslateMessage(&msg);      // 转换消息中的字符集
    DispatchMessage(&msg);       // 把 msg 参数传递给 lpfnWndProc
}

lpfnWndProc 是 Win32 API 定义的回调函数的地址，其原型如下：
int __stdcall WndProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

Windows 回调函数(callback function ) 也通常被称为窗口过程(window procedure )，本文随意使用这两个名称，代表同样的意义。

应用程序使用 GetMessage 不断检查应用程序的消息队列中是否有消息到达。如果发现了消息，则调用 TranslateMessage。TranslateMessage 主要是做字符消息本地化的工作，不是关键的函数。然后调用 DispatchMessage(&msg)。DispatchMessage(&msg) 使用 msg 为参数调用已创建的窗口的回调函数(WndClass . lpfnWndProc)。lpfnWndProc 是由用户设计的消息处理方法。

当 GetMessage 在应用程序的消息队列中发现一条 WM_QUIT 消息时，GetMessage 返回 False ，消息循环才告结束，通常应用程序在这时清理资源后也结束运行。

使用最原始的 Win32 API 编写的应用程序的执行过程是很容易理解的，但是用 Delphi VCL 组件封装消息系统，并不是容易的事。首先，Delphi 是一种面向对象的程序设计语言，不但要把 Win32 的消息处理过程封装在对象的各个继承类中，让应用程序的使用者方便地调用，也要让 VCL 组件的开发者有拓展消息处理的空间。其次，Delphi 的对象模型中所有的类方法都是对象相关的(也就是传递了一个隐含的参数 Self)，所以 Delphi 对象的方法不能直接被 Windows 回调。Delphi VCL 必须用其他的方法让 Windows 回调到对象的消息处理函数。

让我们跟踪一个标准的 Delphi Application 的执行过程，查看 Delphi 是如何开始一个消息循环的。

program Project1;
begin
  Application . Initialize;
  Application . CreateForm(TForm1, Form1);
  Application . Run;
end .

在 Project1 的 Application . Initialize 之前，Delphi 编译器会自动插入一行代码：
SysInit . _InitExe。_InitExe 主要是初始化 HInstance 和模块信息表等。然后 _InitExe 调用 System . _StartExe。System . _StartExe 调用 System . InitUnit；System . InitUnit 调用项目中所有被包含单元的 Initialization 段的代码；其中有 Controls . Initialization 段，这个段比较关键。在这段代码中建立了 Mouse、Screen 和 Application 三个关键的全局对象。

Application . Create 调用 Application . CreateHandle。Application . CreateHandle 建立一个窗口，并设置 Application . WndProc 为回调函数(这里使用了 MakeObjectInstance 方法，后面再谈)。Application . WndProc 主要处理一些应用程序级别的消息。

我第一次跟踪应用程序的执行时没有发现 Application 对象的创建过程，原来在 SysInit . _InitExe 中被隐含调用了。如果你想跟踪这个过程，不要设置断点，直接按 F7 就发现了。

然后才到了 Project1 的第 1 句： Application . Initialize;
这个函数只有一句代码：

  if InitProc nil then TProcedure(InitProc);

也就是说如果用户想在应用程序的执行前运行一个特定的过程，可以设置 InitProc 指向该过程。(为什么用户不在 Application . Initialize 之前或在单元的 Initliazation 段中直接运行这个特定的过程呢？一个可能的答案是：如果元件设计者希望在应用程序的代码执行之前执行一个过程，并且这个过程必须在其他单元的 Initialization 执行完成之后执行[比如说 Application 对象必须创建]，则只能使用这个过程指针来实现。)

然后是 Project1 的第 2 句：     Application . CreateForm(TForm1, Form1);
这句的主要作用是创建 TForm1 对象，然后把 Application . MainForm 设置为 TForm1。

最后是 Project1 的第 3 句：     Application . Run;
TApplication . Run 调用 TApplication . HandleMessage 处理消息。Application . HandleMessage 的代码也只有一行：

  if not ProcessMessage(Msg) then Idle(Msg);

TApplication . ProcessMessage 才真正开始建立消息循环。ProcessMessage 使用 PeekMessage API 代替 GetMessage 获取消息队列中的消息。使用 PeekMessage 的好处是 PeekMessage 发现消息队列中没有消息时会立即返回，这样就为 HandleMessage 函数执行 Idle(Msg) 提供了依据。

ProcessMessage 在处理消息循环的时候还特别处理了 HintMsg、MDIMsg、KeyMsg、DlgMsg 等特殊消息，所以在 Delphi 中很少再看到纯 Win32 SDK 编程中的要区分 Dialog Window、MDI Window 的处理，这些都被封装到 TForm 中去了(其实 Win32 SDK 中的 Dialog 也是只是 Microsoft 专门写了一个窗口过程和一组函数方便用户界面的设计，其内部运作过程与一个普通窗口无异)。

function TApplication . ProcessMessage( var Msg: TMsg): Boolean ;
var
  Handled: Boolean ;
begin
  Result := False ;
  if PeekMessage(Msg, 0 , 0 , 0 , PM_REMOVE) then  // 从消息队列获取消息
  begin
    Result := True ;
    if Msg . Message WM_QUIT then
    begin
      Handled := False ;  // Handled 表示 Application.OnMessage 是否已经处理过
                         // 当前消息。
                         // 如果用户设置了Application.OnMessage 事件句柄，
                         // 则先调用 Application.OnMessage
      if Assigned(FOnMessage) then FOnMessage(Msg, Handled);
      if not IsHintMsg(Msg) and not Handled and not IsMDIMsg(Msg) and
        not IsKeyMsg(Msg) and not IsDlgMsg(Msg) then
                         // 思考：not Handled 为什么不放在最前？
      begin
        TranslateMessage(Msg);                // 处理字符转换
        DispatchMessage(Msg);                 // 调用 WndClass.lpfnWndProc
      end ;
    end
    else
      FTerminate := True ;                     // 收到 WM_QUIT 时应用程序终止
                                              // (这里只是设置一个终止标记)
  end ;
end ;

从上面的代码来看，Delphi 应用程序的消息循环机制与标准 Win32 C 语言应用程序差不多。只是 Delphi 为了方便用户的使用设置了很多扩展空间，其副作用是消息处理会比纯 C Win32 API 调用效率要低一些。

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⊙ TWinControl . Create、注册窗口过程和创建窗口
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上面简单讨论了一个 Application 的建立到形成消息循环的过程，现在的问题是 Delphi 控件是如何封装创建窗口这一过程的。因为只有建立了窗口，消息循环才有意义。

让我们先回顾 Delphi VCL中几个主要类的继承架框：
  TObject           所有对象的基类
  TPersistent       所有具有流特性对象的基类
  TComponent        所有能放在 Delphi Form Designer 上的对象的基类
  TControl          所有可视的对象的基类
  TWinControl       所有具有窗口句柄的对象基类

Delphi 是从 TWinControl 开始实现窗口相关的元件。所谓窗口，对于程序设计者来说，就是一个窗口句柄 HWND。TWinControl 有一个 FHandle 私有成员代表当前对象的窗口句柄，通过 TWinControl . Handle 属性来访问。

我第一次跟踪 TWinControl . Create 过程时，竟然没有发现 CreateWindow API 被调用，说明 TWinControl 并不是在对象创建时就建立 Windows 窗口。如果用户使用 TWinControl . Create(Application) 以后，立即使用 Handle 访问窗口会出现什么情况呢？

答案在 TWinControl . GetHandle 中，Handle 是一个只读的窗口句柄：

  property TWinControl . Handle: HWnd read GetHandle;

TWinControl . GetHandle 代码的内容是：一旦用户要访问 FHandle 成员，TWinControl . HandleNeeded 就会被调用。HandleNeeded 首先判断 TWinControl . FHandle 是否是等于 0 (还记得吗？任何对象调用构造函数以后所有对象成员的内存都被清零)。如果 FHandle 不等于 0 ，则直接返回 FHandle；如果 FHandle 等于 0 ，则说明窗口还没有被创建，这时 HandleNeeded 自动调用 TWinControl . CreateHandle 来创建一个 Handle。但 CreateHandle 只是个包装函数，它首先调用 TWinControl . CreateWnd 来创建窗口，然后生成一些维护 VCL Control 运行的参数(我还没细看)。CreateWnd 是一个重要的过程，它先调用 TWinControl . CreateParams 设置创建窗口的参数。(CreateParams 是个虚方法，也就是说程序员可以重载这个函数，定义待建窗口的属性。) CreateWnd 然后调用 TWinControl . CreateWindowHandle。CreateWindowHandle 才是真正调用 CreateWindowEx API 创建窗口的函数。

够麻烦吧，我们可以抱怨 Borland 为什么把事情弄得这么复杂，但最终希望 Borland 这样设计自有它的道理。上面的讨论可以总结为 TWinControl 为了为了减少系统资源的占用尽量推迟建立窗口，只在某个方法需要调用到控件的窗口句柄时才真正创建窗口。这通常发生在窗口需要显示的时候。一个窗口是否需要显示常常发生在对 Parent 属性 (在TControl 中定义) 赋值的时候。设置 Parent 属性时，TControl . SetParent 方法会调用 TWinControl . RemoveControl 和 TWinControl . InsertControl 方法。InsertControl 调用 TWinControl . UpdateControlState。UpdateControlState 检查 TWinControl . Showing 属性来判断是否要调用 TWinControl . UpdateShowing。UpdateShowing 必须要有一个窗口句柄，因此调用 TWinControl . CreateHandle 来创建窗口。

不过上面说的这些，只是繁杂而不艰深，还有很多关键的代码没有谈到呢。

你可能发现有一个关键的东西被遗漏了，对，那就是窗口的回调函数。由于 Delphi 建立一个窗口的回调过程太复杂了(并且是非常精巧的设计)，只好单独拿出来讨论。

cheka 的《VCL窗口函数注册机制研究手记，兼与MFC比较》一文中对 VCL 的窗口回调实现进行了深入的分析，请参考：http: //www.delphibbs.com/delphibbs/dispq.asp?lid=584889

我在此简单介绍回调函数在 VCL 中的实现：

TWinControl . Create 的代码中，第一句是 inherited ，第二句是

  FObjectInstance := Classes . MakeObjectInstance(MainWndProc);

我想这段代码可能吓倒过很多人，如果没有 cheka 的分析，很多人难以理解。但是你不一定真的要阅读 MakeObjectInstance 的实现过程，你只要知道：

MakeObjectInstance 在内存中生成了一小段汇编代码，这段代码的内容就是一个标准的窗口过程。这段汇编代码中同时存储了两个参数，一个是 MainWndProc 的地址，一个是 Self (对象的地址)。这段汇编代码的功能就是使用 Self 参数调用 TWinControl . MainWndProc 函数。

MakeObjectInstance 返回后，这段代码的地址存入了 TWinControl . FObjectInstance 私有成员中。

这样，TWinControl . FObjectInstance 就可以当作标准的窗口过程来用。你可能认为 TWinControl 会直接把 TWinControl . FObjectInstance 注册为窗口类的回调函数(使用 RegisterClass API)，但这样做是不对的。因为一个 FObjectInstance 的汇编代码内置了对象相关的参数(对象的地址 Self)，所以不能用它作为公共的回调函数注册。TWinControl . CreateWnd 调用 CreateParams 获得要注册的窗口类的资料，然后使用 Controls . pas 中的静态函数 InitWndProc 作为窗口回调函数进行窗口类的注册。InitWndProc 的参数符合 Windows 回调函数的标准。InitWndProc 第一次被回调时就把新建窗口(注意不是窗口类)的回调函数替换为对象的 TWinControl . FObjectInstance (这是一种 Windows subclassing 技术)，并且使用 SetProp 把对象的地址保存在新建窗口的属性表中，供 Delphi 的辅助函数读取(比如 Controls . pas 中的 FindControl 函数)。

总之，TWinControl . FObjectInstance 最终是被注册为窗口回调函数了。