c#和WIN32 调用

作者：刘铁猛
日期：2005-12-20
关键字：C# .NET Win32 API

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小序
        Win32 API可以直接控制Microsoft Windows的核心，因为API（Application Programming Interface）本来就是微软留给我们直接控制Windows的接口。想玩儿吗？呵呵，太难了。
        C#使用非常简单，写程序就像打拱猪，Sorry  -_-! ，搭积木一样简单。想玩儿吗？呵呵，没办法直接控制Windows的核心。
        难道就没有两全其美的办法吗？当然不是！要不微软的产品早就没人买了。其实从C#（或者说.NET平台）调用Win32 API还是非常简单滴~~~~今天偶们大家就一起来研究研究。

一.    基础知识
        Win32 API是C语言（注意，不是C++语言，尽管C语言是C++语言的子集）函数集。 C#语言与C语言是完全不同的（除了语法上比较像），所以，要想用C#语言调用C语言的Win32 API，要费上一番周折。首先我们就要准备一些基础知识。
1. Win32 API函数放在哪里？
        Win32 API函数是Windows的核心，比如我们看到的窗体、按钮、对话框什么的，都是依靠Win32函数“画”在屏幕上的，由于这些控件（有时也称组件）都 用于用户与Windows进行交互，所以控制这些控件的Win32 API函数称为“用户界面”函数（User Interface Win32 API），简称UI函数；还有一些函数，并不用于交互，比如管理当前系统正在运行的进程、硬件系统状态的监视等等……这些函数只有一套，但是可以被所有的 Windows程序调用（只要这个程序的权限足够高），简而言之，API是为程序所共享的。为了达到所有程序能共享一套API的目的，Windows采用 了“动态链接库”的办法。之所以叫“动态链接库”，是因为这样的函数库的调用方式是“随用随取”而不是像静态链接库那样“用不用都要带上”。
        这里不太好理解，不要紧，我们举个小例子。我们把Windows比做一个游乐场，而把在游乐场里玩儿的小孩比做一个一个程序。小孩在玩的过程中可能要喝 水。我们有两个办法让小家伙们想喝水的时候就有水喝：1.给每个小家伙配一个水壶，小家伙们喝了的话就喝自己带的水；2.给游乐场配一个饮水机，谁渴了谁 来喝。显然，第二个方法要好得多，这体现在三个地方。 第一，带着水壶，小家伙身体不灵活、玩不爽（影响程序的速度），况且这只是带了一个水壶，要是再带上饭盒呢？还有轮滑、头盔、创可贴、纱布……AK-47 My God，如果带全了就赶上美国大兵了。所以游乐园里还是有个公用“仓库”要来的方便，让大家随用随取（动态链接）。 第二，小家伙们带了那么多东西，占了游乐场很多地方，让游乐场拥挤不堪，别的小朋友就进不来了（程序体积大，影响程序和系统的性能）。 第三， 如果某件物品升级了，比如水壶从一升的改为二升的，那么每个小家伙就必须go home去换新的（重新编译程序，由编译器把新的静态库链接进程序主体里），而第二种情况里，只要游乐场把自己仓库里的水壶换个型号，那么所有小家伙就都 在同一时间拥有了大容量的水壶。（悟空！我就一会儿不在，你怎么就乱丢东西？！打到小朋友多不好~~~~~）
        悟空已经急了，我就不再叽叽歪歪了……呃……Win32 API函数是放在Windows系统的核心库文件中的，这些库在硬盘里的存储形式是.dll文件。我们常用到的dll文件是 user32.dll和 kernel32.dll两个文件，还有其它一些dll文件也非常重要，大家要在实践中多积累经验。
        我们知道Win32 API函数是放在dll文件中了，但新问题又来了——我们怎么调用它们呢？这些dll文件是用C语言写的，源代码经C语言编译器编译之后，会以二进制可执 行代码形式存放在这些dll文件中，就好像苹果被打碎机打成果酱后装在罐子里一样——你再也分不清哪个是你GF给你的，哪个是你老妈给你的一样。为了能让 程序使用这些函数，微软在发布每个新的操作系统的时候，也会放出这个系统的SDK，目前最新的是Win2003 SP1 SDK，据说Vista的马上就要放出来，而且已经把UI的API从核心库中分离出去以提高系统的稳定性了。SDK里有一些C语言的头文件（.h文件）， 这些文件里描述了核心dll文件里都有哪些Win32 API函数，在写程序的时候，把这些.h文件用#include"....."指令包含进你的程序里，你就可以使用这些Win32 API了。至于程序是怎样链接的，超出了本文的范围——也超出了本人的知识范围:D
         至此，如果你是C语言高手，已经可以使用Windows SDK去调教Windows了！不过，今天我们讨论的是C#语言调用Win32 API的问题。我们现在已经知道API函数放在dll动态链接库文件里，也知道C语言怎么调用它们了，那么C#语言怎么办呢？C#语言是不能使用C语言 的.h文件的。C#语言也使用dll动态链接库，不过这些dll都是.NET版本的，具有“自描述性”，也就是自己肚子里都有哪些函数都已经写在自己的 metadata里了，不用再附加一个.h文件来说明。现在，我们已经找到了问题的关键点：如何用.NET平台上的C#语言来调用Win32平台上的 dll文件。 答案非常简单：使用DllImport特性。
二.  小试牛刀
        下面，就让我们写一个小程序，试一试如何用C#语言和DllImport特性来调用Win32 API。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
     [DllImport("User32.dll")]
     public static extern int MessageBox(int h, string m, string c, int type);

     static int Main()
     {
         MessageBox(0, "Hello Win32 API", "水之真谛", 4);
         Console.ReadLine();
         return 0;
     }
}

        新建一个C#的控制台程序，把VS自动生成的代码清空，把上面的代码Copy过去就可以编译执行了。让我们剖析一下这个程序：
1. 要使用DllImport这个特性（特性也是一种类），必须使用这一句 using System.Runtime.InteropServices;
，导入“运行时->交互服务”。喔~~~~运行时的交互服务不就是“动态链接”吗？感谢Microsoft！
2. 然后我们就可以制造一个DllImport类的实例，并把这个实例绑定在我们要使用的函数上了。“特性类”这种类非常怪——制造类实例的时候不使用MyClass mc = new MyClass();这种形式，而是使用 [特性类(参数列表)]这 种形式；特性类不能独立存在，一定要用作修饰其它目标上（本例是修饰后面的一个函数），不同的特性可以用来修饰类、函数、变量等等；特性类实例在被编译的 时候也不产生可执行代码，而是被放进metadata里以备检索。总之，你记住特性类很怪就是了，想了解更多就查查MSDN，懒得查就先这么记——不懂惯 性定律不影响你学骑自行车。 [DllImport("User32.dll")]是说我们要使用的Win32 API函数在User32.dll这个文件里。问题又来了：我怎么知道那么多API函数都在哪个dll文件里呢？这个你可以在MSDN里查到，位置是 Root->Win32 and COM Development->Development Guides->Windows API->Windows API->Windows API Reference->Functions by Category。打开这页，你会看到有很多API的分类，API全在这里了。打开一个分类，比如Dialog Box， 在Functions段， 你会看到很多具体的函数，其中就有上面用到的MessageBox函数，点击进入。你将打开MessageBox的详细解释和具体用法。它的名字、返回 值、参数类型尽收眼底、一览无余！而且很练英文哦~~~~在这一页的底部，你可以看到一个小表格，里面有一项“Minimum DLL Version   user32.dll”就是说这个函数在user32.dll里。
3. 接下来就是我们的函数了。在C#里调用Win32函数有这么几个要点。 第一：名字要与Win32 API的完全一样。 第二：函数除了要有相应的DllImport类修饰外，还要声明成 public static extern类型的。 第三： 也是最变态的一点，函数的返回值和参数类型要与Win32 API完全一致！这可难煞我们这群初学者——Win32的数据类型比较搞怪，比如什么LPSTR、什么HINSTANCE都是些虾米东东呢？给大家一个小 参考，我的Blog里有《Windows数据类型探幽——千回百转你是谁？》系列拙文，可以查一下。另外在此，我从MSDN里摘出一张表来，是常用 Win32数据类型与.NET平台数据类型的对应表：
Figure 2 Non-Pointer Data Types

Win32 Types	Specification	CLR Type
char, INT8, SBYTE, CHAR	8-bit signed integer	System.SByte
short, short int, INT16, SHORT	16-bit signed integer	System.Int16
int, long, long int, INT32, LONG32, BOOL, INT	32-bit signed integer	System.Int32
__int64, INT64, LONGLONG	64-bit signed integer	System.Int64
unsigned char, UINT8, UCHAR, BYTE	8-bit unsigned integer	System.Byte
unsigned short, UINT16, USHORT, WORD, ATOM, WCHAR, __wchar_t	16-bit unsigned integer	System.UInt16
unsigned, unsigned int, UINT32, ULONG32, DWORD32, ULONG, DWORD, UINT	32-bit unsigned integer	System.UInt32
unsigned __int64, UINT64, DWORDLONG, ULONGLONG	64-bit unsigned integer	System.UInt64
float, FLOAT	Single-precision floating point	System.Single
double, long double, DOUBLE	Double-precision floating point	System.Double
In Win32 this type is an integer with a specially assigned meaning; in contrast, the CLR provides a specific type devoted to this meaning.

        有了这些东西，我们就能把一个Win32 API函数转成C#函数了。还拿MessageBox函数为例（看刚才给出的函数表），它的Win32原形如下：

int  MessageBox(   HWND hWnd,    LPCTSTR lpText,     LPCTSTR lpCaption,   UINT  uType );

函数名：MessageBox将保持不变。
返回值：int 将保持不变（无论是Win32还是C#，int都是32位整数）
参数表：H 开头意味着是Handle，一般情况下Handld都是指针类型，Win32平台的指针类型是用32位来存储的，所以在C#里正好对应一个int整型。不 过，既然是指针，就没有什么正负之分，32位都应该用来保存数值——这样一来，用uint（无符号32位整型）来对应Win32的H类型更合理。不过提醒 大家一点，int是受C#和.NET CLR双重支持的，而uint只受C#支持而不受.NET CLR支持，所以，本例还是老老实实地使用了int型。（肚子饿了……再坚持坚持……）
至于LPCTSTR是Long Pointer to Constant String的缩写，说白了就是——字符串。所以，用C#里的string类型就对了。
修饰符：要求有相应的DllImport和public static extern

经过上面一番折腾，Win32的MessageBox函数就包装成C#可以调用的函数了：

     [DllImport("User32.dll")]
     public static extern int MessageBox(int h, string m, string c, int type);

        好人做到底，我把四个参数的用处也说一下：
第一个：弹出的MessageBox的父窗口是谁。本例中没有，所以是0，也就是“空指针”。
第二个：MessageBox的内容。本例中是“Hello Win32 API”。
第三个：MessageBox的标题。本例中用的是本人Blog的名字——水之真谛——请大家不要忘记。
第四个：MessageBox上的按钮是什么，如果是0，那就只有一个OK，MessageBox太短了，你将看不全“水之真谛”四个字，于是偶改成了4，这样就有两个按钮了。这些在MSDN的函数用法里都有。不过，我还是非常推荐您阅读一下本人的另一篇拙作 《一个Win32程序的进化》 。
        至此，一个麻雀虽小、五毒俱全~~~Sorry  -_-! 五脏俱全的C#调用Win32 API的程序就分析完了。原理并不难吧！应届生拿去蒙HR足够了！真正见功底的地方是你使用MSDN、SDK、.NET Framework类库VC/VC#的熟练程度。相信我——MSDN+SDK+VC/C#绝对足够把Windows收拾得服服帖帖了:D
三. 真的有必要吗？
         嘿嘿嘿嘿……看我的表情，我在坏坏地笑哦！你们都上当啦！操作Windows的底层不一定都要调用Win32 API滴~~~~（哪儿来的砖头！！！）
         我想说的是：.NET Framework是对Win32 API的良好封装，大部分Win32 API函数都已经封装在了.NET Framework类库的各个类里了。如果说Win32 API函数是散落在地上的珍珠的话，那么.NET Framework就是把这些珍珠按种类分放到了各个抽屉里——让我想起我妈来了——我的书放得满地满床的时候我总是能找到，她一收拾我就再也找不到了， 郁闷。唉……没办法，我们还是仔细把.NET Framework类库好好翻翻吧，会有很多惊喜哦！
        最后，用一个例子结束我们的文章吧！
        例子是这样滴~~~~~
        那是在很久很久以前，我给一个公司写程序用来控制用户登录，在登录之前，用户不能把鼠标移出登录窗体，因为要控制鼠标，所以我首先想起了调用Win32 API中与Cursor相关的函数来——于是不管三七二十一、花了九牛二虎之力调用了Win32 API中的ClipCursor()这个函数，效果还不错。
        结果前两天翻.NET Framework类库的时候，发现 System.Windows.Forms.Cursor类的Clip属性就是专门做这个用的！差点没把鼻子气歪了……请大家自己动手创建一个C#的Windows程序，把下面的核心代码贴到主窗体的双击事件里，试一试。做这个例子的目的就是要告诉大家： 1.对类库的了解程序直接决定了你编程的效率和质量——用类库里的组件比我们“从轮子造起”要快得多、安全得多。2.不到万不得已，不要去直接调Win32 API函数——那是不安全的。

         private void Form1_DoubleClick(object sender, EventArgs e)
         {
              Rectangle r = new Rectangle(this.Left, this.Top, this.Width, this.Height);
              System.Windows.Forms.Cursor.Clip = r;
         }

        最后，大家一定非常想知道，.NET Framework都为我们封装好了哪些Win32 API，OK，MSDN里有一篇文章，专门列出了这些。文章的名字是《Microsoft Win32 to Microsoft .NET Framework API Map》请感兴趣的朋友自己阅读。
四.  感恩
        新年快到了，这篇文章也做为一份小小的礼物，一是博大家一乐，二是让我们永远铭记这幸福的时刻。
        送给对我有着知遇之恩的陆经理；
        送给刘莹Lead感谢在工作中给予的指导和支持；
        送给我的Team伙伴乐莲、王勇（Worksoft），没有你们的帮助，我是不可能开始工作的！
        送给我宿舍的兄弟张雄，没有你，我可能要睡在城铁站了。
        送给段玮和陈宁，感谢你们组织的活动和培训。
        送给陈曦、陈建、王勇、常勇、舜贤、挺挺、对面的女孩李芳，还有本组的JJMM，还有小朱……与你们共事是我最大的快乐！

        文章写完鸟~~~~倾城MM大概也把饭做好鸟~~~~回家鸟~~~~

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