games maker Все о создании игр и не только

18 января 2010 в 22:06

Введение в WinAPI. Часть первая. Создание окна.

Наконец-то! Наконец-то! Сегодня мы начнём создавать полноценное окно Windows. Прощай убогая консоль.

К этому моменту вы уже должны неплохо знать синтаксис C++, уметь работать с ветвлениями и циклами, хорошо понимать работу функций. Если вы справились с морским боем, можете считать, что всё это вы усвоили.

Венгерская форма записи

Весь код, который мы встретим в WinAPI написан в венгерской форме. Это такое соглашение по написанию кода.

При этом перед именем переменной ставится начальная буква типа. Все слова в именах переменных и функций начинаются с заглавной буквы.

Вот несколько префиксов:

b — переменная типа bool.
l — переменная типа long integer.
w — от word (слово) — 16 бит. Переменная типа unsigned short.
dw — от double word (двойное слово) — 32 бита. Переменная типа unsigned long.
sz — строка заканчивающаяся нулём (string terminated zero). Просто обычная строка, которую мы постоянно использовали.
p или lp — указатель (от pointer). lp (от long pointer) — данные указатели перешли из прошлого. Сейчас lp и p означают одно и то же.
h — описатель (от handle).

Например, указатель будет называться вот так:

Данная форма записи используется Microsoft. Многие критикуют этот способ именования переменных. Но подобные вещи (соглашения о кодировании) в больших компаниях жизненно необходимы.

Напомню, что идентификаторы констант обычно состоят только из заглавных букв: WM_DESTROY. WM_DESTOY — это 2, константа определена через define.

Кроме того, в winAPI используется очень много переопределённых типов. Вот на этой страничке — http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa383751(VS.85).aspx , можете найти описания всех типов Windows (на английском).

И ещё одна вещь, которую мы не разбирали. Указателям часто присваивается значение NULL. Считайте, что это просто 0 и указатели которым присвоено значение NULL (ноль), не указывают ни на какой участок памяти.

Windows API (WinAPI)

Все программы под Windows используют специальный интерфейс программирования WinAPI. Это набор функций и структур на языке C, благодаря которым ваша программа становится совместимой с Windows.

Windows API обладает огромными возможностями по работе с операционной системой. Можно даже сказать — безграничными.

Мы не рассмотрим даже один процент всех возможностей WinAPI. Первоначально я хотел взять больше материала, но это заняло бы слишком много времени, и увязнув в болоте WinAPI, до DirectX’а мы добрались бы через пару лет. Описание WinAPI займёт два урока (включая этот). В них мы рассмотрим только каркас приложения под Windows.

Программа под Windows точно так же как и программа под DOS, имеет главную функцию. Здесь эта функция называется WinMain.

Программа под Windows состоит из следующих частей (всё это происходит внутри WinMain):

Создание и регистрация класса окна. Не путайте с классами C++. WinAPI написана на C, здесь нет классов в привычном для нас понимании этого слова.
Создание окна программы.
Основной цикл, в котором обрабатываются сообщения.
Обработка сообщений программы в оконной процедуре. Оконная процедура представляет собой обычную функцию.
Вот эти четыре пункта — основа программы Windows. В течение этого и следующего урока мы разберём всё это подробно. Если вы запутаетесь в описании программы, то вернитесь к этим пунктам.

Теперь разберём всё это подробно:

WinAPI: Структура WNDCLASS

Прежде всего нужно создать и заполнить структурную переменную WNDCLASS, а затем на её основе зарегистрировать оконный класс.

Вот как выглядит эта структура:

Структура WNDCLASS в составе WinAPI определяет базовые свойства создаваемого окна: иконки, вид курсора мыши, есть ли меню у окна, какому приложению будет принадлежать окно.

После того как вы заполните эту структуру, на её основе можно зарегистрировать оконный класс. Речь идёт не о таких классах как в C++. Скорее можно считать, что оконный класс это такой шаблон, вы его зарегистрировали в системе, и теперь на основе этого шаблона можно создать несколько окон. И все эти окна будут обладать свойствами, которые вы определили в структурной переменной WNDCLASS.

WinAPI: Функция CreateWindow

После регистрации оконного класса, на его основе создаётся главное окно приложения (мы сейчас приступили ко второму пункту). Делается это с помощью функции CreateWindow. Она имеет следующий прототип:

Если в оконном классе (структуре WNDCLASS) задаются базовые свойства окна, то здесь — более специфические для каждого окна: размер окна, координаты.

Данная функция возвращает описатель окна. С помощью описателя можно обращаться к окну, это примерно как идентификатор.

Обратите внимание, что здесь очень много новых типов. На самом деле они все старые, просто переопределены. Например: HWND — это переопределение типа HANDLE, который в свою очередь является переопределением PVOID, который в свою очередь является переопределением void*. Как глубоко закопана правда! Но всё же тип HWND — это указатель на void.

Окно состоит из нескольких частей. Практически в каждой программе вы увидите: заголовок окна, системное меню (если нажать на иконку приложения в левой верхней части окна), три системные кнопки для работы с окном: свернуть, развернуть на весь экран и закрыть. Также, практически всегда в приложении присутствует меню. Вот как раз последнего у нас точно не будет. И, конечно же, большую часть окна занимает т.н. клиентская область, в которой обычно и работает пользователь.

Это что касается оконного режима. Довольно долго мы будем практиковаться с DiectX именно в окне — не будем пользоваться полноэкранным режимом.

Обработка сообщений (Message handling)

Основным отличием всех наших предыдущих программ от программ под Windows является обработка сообщений.

Например, когда пользователь нажимает какую-нибудь клавишу на клавиатуре, генерируется сообщение, что была нажата клавиша. Затем это сообщение поступает в приложение, которое было активным, когда пользователь нажал клавишу.

Здесь у нас произошло событие (event) — была нажата клавиша.

Событием может быть: перемещение курсора мыши, смена фокуса приложения, нажатие клавиши клавиатуры, закрытие окна. Событий очень много. Очень! За секунду в операционной системе может происходить десятки событий.

Так вот, когда происходит какое-либо событие, операционная система создаёт сообщение: была нажата такая-то клавиша, координаты курсора мыши изменились, открылось новое окно.

Сообщения может создавать как операционная система, так и различные приложения.

Сообщение представляет собой структуру, и выглядят следующим образом:

Обратите внимание, как с помощью typedef переопределяются структуры.

Чтобы создать данную структуру можно воспользоваться следующим кодом:

Всё. Дальше можете использовать эту структуру как обычно.

Здесь, поле, в котором содержится код сообщения (имя сообщения, сравнивается с константой WM_DESTROY. WM — от Windows Message (сообщение Windows). WM_DESTROY — это сообщение, которое генерируется при закрытии окна (destroy — уничтожить).

Коды сообщений определены с помощью констант и имеют префикс WM_: WM_CLOSE, WM_CREATE и др.

В структуре MSG встречается тип HWND — от Window Handle (дескриптор окна или описатель окна). Это такая штука, которая «описывает» окно. Это что-то вроде идентификатора (имени окна).

Запомните это слово — handle (описатель, дескриптор). В Windows это понятие используется очень часто. Почти все типы Windows, которые начинаются с H — описатели: описатель иконки, описатель шрифта, описатель экземпляра приложения. Их штук тридцать насколько я помню.

Все взаимодействия между приложениями в Windows осуществляются с помощью этих самых описателей окон (HWND).

Существует ещё один важный описатель — описатель приложения (HINSTANCE — первый параметр WinMain) — это уникальный идентификатор приложения, благодаря которому операционная система не сможет перепутать две разных программы. Это примерно как штрих-код. Мы рассмотрим его позже.

Каждый раз, когда пользователь совершает какое-то действие, создаётся и заполняется сообщение: задаётся описатель окна, которое должно получить данное сообщение, задаётся идентификатор сообщения, заполняются параметры, заполняется время (текущее) и указываются координаты курсора мыши (смотрите структуру).

После этого данное сообщение помещается в очередь сообщений операционной системы. Когда доходит очередь до нашего сообщения, оно отправляется нужному окну (windows знает какому окну отправлять каждое сообщение благодаря описателям). Когда сообщение приходит в приложение, оно помещается в очередь сообщений приложения. Как только до него доходит очередь, оно обрабатывается.

Смотрите, между тем моментом, когда пользователь совершил какое-либо действие (произошло событие и сгенерировалось сообщение) и тем моментом, когда программа среагировала на это действие (сообщение было обработано программой) происходит много событий. Ведь как в очереди сообщений Windows так и в очереди сообщений приложения может быть много сообщений. В первом случае речь может идти о сотнях, во втором случае как минимум о нескольких.

Оконная процедура (Window procedure — WndProc)

Продолжаем с того момента, как сообщение попало в очередь сообщений приложения. Как только до него дошла очередь, оно обрабатывается. Для обработки сообщений в каждой программе должна существовать специальная функция — оконная процедура. Обычно она называется WndProc (от Window Procedure). Вызов оконной процедуры расположен в основном цикле программы и выполняется при каждой итерации цикла.

Сообщения (в виде структурных переменных MSG) попадают в данную функцию в виде параметров: описатель окна, идентификатор сообщения и два параметра. Обратите внимание, что в оконную процедуру не передаются поля time и pt. То есть сообщение уже «разобрано».

Внутри оконной процедуры расположено ветвление switch, в котором идёт проверка идентификатора сообщения. Вот пример простой оконной процедуры (она полностью рабочая):

И последнее — основной цикл. Он очень прост. Каждую итерацию цикла проверяется очередь сообщений приложения. Если в очереди сообщений есть сообщение, оно вытаскивается из очереди. Затем в теле цикла происходит вызов оконной процедуры, чтобы обработать взятое из очереди сообщение.

Вот, в общем-то, и всё на сегодня. Уже видно, что программа под WinAPI намного сложнее программы под DOS. Как я уже писал выше, в следующем уроке мы разберём код работающей программы.

В качестве упражнения создайте новый проект. В окне New Project (Новый проект) выберите шаблон (template) — Win32Project (до сих пор мы выбирали Win32 Console Application). В одном из следующих окон не ставьте флажок Empty Project (пустой проект) и IDE сгенерирует заготовку программы.

Если вы внимательно посмотрите на код файла имя_проекта.cpp, то вы обнаружите все вещи, которые мы обсуждали: структурную переменную MSG, заполнение структуры WNDCLASS, создание окна функцией CreateWindow, основной цикл программы. Кроме того, в файле определена функция WndProc. В ней происходит обработка нескольких сообщений в ветвях switch: WM_COMMAND, WM_PAINT, WM_DESTROY. Найдите всё это в файле.

Кроме того что мы рассмотрели, в программе содержится много дополнительного кода. В следующем выпуске мы рассмотрим код программы, в котором будет вырезано всё лишнее. Он будет намного проще и понятнее того, что генерирует IDE.

Операционная система Microsoft Windows 3.1 для программиста

1.3. Окно и функция окна

В этом разделе вы узнаете, что операционная система Windows является объектно-ориентированной средой.

Как это следует из названия операционной системы, основным объектом в Windows является окно. И это действительно так. Однако давайте уточним, что понимается под окном.

Окна Windows

С точки зрения пользователя Windows окном является прямоугольная область экрана, в которой приложение может что-либо рисовать или писать, а также выполнять все операции взаимодействия с пользователем. Например, на рис. 1.8 показано главное окно приложения Media Player, которое в данном случае используется для проигрывания звукового компакт-диска.

Рис. 1.8. Главное окно приложения Media Player

С точки зрения программиста то, что изображено на рис. 1.8, является совокупностью большого количества отдельных объектов, которые созданы приложением Media Player и самой операционной системой Windows. Для каждого объекта в приложении имеются свои данные и методы. Все эти объекты обычно называются окнами.

Такие объекты, как пиктограмма системного меню, кнопка минимизации, отдельные фрагменты толстой рамки, предназначенной для изменения размера основного окна, заголовок окна с надписью «Media Player — CD Audio (stopped)», а также полоса меню, — не что иное, как различные окна, создаваемые самой операционной системой Windows. Приложение не принимает никакого участия в формировании этих окон, оно просто указывает Windows, какие из перечисленных выше элементов необходимо создать.

Иное дело область, располагающаяся ниже полосы меню и ограниченная рамкой. Эта область представляет собой место, в котором приложение может рисовать и создавать новые окна.

Кнопки управления проигрывателем компакт-дисков, в качестве которого используется дисковод CD-ROM, представляют собой окна небольшого размера, создаваемые приложением. Приложение само формирует рисунок внутри такого окна. Ползунок и кнопки, расположенные справа от ползунка, также сформированы приложением из нескольких окон.

Обычно приложение создает одно, главное окно большого размера, которое ограничено сверху полосой меню (если есть меню) или заголовком и рамкой изменения размера с других сторон. Можно создать такое окно, которое не имеет ни рамки, ни заголовка, ни меню, ни других стандартных элементов, таких как пиктограмма системного меню или кнопки минимизации или максимизации размеров главного окна.

Внутри главного окна приложение может рисовать геометрические фигуры и графические изображения, писать текст или создавать любое количество окон меньшего размера.

Таким образом, любое приложение Windows можно рассматривать как совокупность окон, внутри которых можно что-либо рисовать или писать. Для каждого окна в приложении определены данные и методы, предназначенные для работы с этими данными (в частности, для рисования в окне).

Окна Windows как объекты

Все окна, формируемые приложением или операционной системой Windows для приложения, можно рассматривать как объекты, над которыми можно выполнять различные операции.

Проведем параллель с языком C++. В терминах языка C++ объект называется классом, который представляет из себя совокупность данных и методов, с помощью которых эти данные должны обрабатываться. Например, вы можете определить класс как совокупность простых переменных и структур, а также функций-членов (нам больше нравится название «функция-метод» или просто «метод»), выполняющих обработку данных, записанных в этих переменных или структурах.

В операционной системе Windows объектами, с которыми можно что-либо делать, являются окна — те самые окна, из которых формируется «внешний вид» приложения.

Для каждого такого окна приложение должно создать свои данные и свой набор методов, то есть функций, реагирующих на те или иные действия, которые выполняет над окнами оператор или операционная система.

Что это за действия?

Например, вы можете щелкнуть левой (или правой) кнопкой мыши в то время, когда курсор мыши находится над окном. Это событие, на которое окно может реагировать, а может и не реагировать. Вы можете щелкнуть мышью по любому окну, принадлежащему приложению, и каждое окно должно реагировать на это по-своему.

В Windows существует механизм, позволяющий задать для каждого окна данные и набор методов обработки событий, имеющих отношение к любому окну, созданному приложением.

Этот механизм основан на использовании так называемой функции окна (window function) и сообщений.

Функция окна

Функция окна — это обыкновенная (почти) функция языка С, которая определяется для одного окна или группы окон. Каждый раз, когда происходит какое-либо событие, имеющее отношение к окну (например, щелчок мышью в окне), операционная система Windows вызывает соответствующую функцию окна и передает ей параметры, описывающие событие. Функция окна анализирует эти параметры и выполняет соответствующие действия.

При возникновении события операционная система Windows формирует сообщение, описывающее событие, и затем направляет его в нужную функцию окна. В качестве параметров, передаваемых функции окна, используются отдельные компоненты сообщения, соответствующего событию (или, иными словами, созданному в результате появления события). Поэтому основная задача функции окна — обработка сообщений, распределяемых окну операционной системой Windows.

Можно считать, что единственная для каждого окна функция окна реализует все методы окна как объекта. В языке программирования C++, напротив, каждый метод объекта (класса) реализуется отдельной функцией, называемой обычно функцией-членом. Для реализации всех методов функция окна анализирует код сообщения, однозначно идентифицирующий событие и, следовательно, определяющий нужный метод.

В объектно-ориентированных языках программирования используется такое понятие, как наследование. Объекты могут наследовать методы других объектов. В операционной системе Windows также предусмотрен механизм наследования методов. Он реализуется с использованием так называемых классов окна.

Для каждого класса окна определяется функция окна. При создании окна необходимо указать, к какому классу оно будет принадлежать и, соответственно, какую функцию окна будет использовать для обработки сообщений. Приложения могут создавать собственные классы окна, определяя свои функции окна (и следовательно, свои методы), либо использовать стандартные, определенные в Windows классы окна.

Приведем пример. Пусть, например, нам надо создать окно, выполняющее функцию кнопки. Мы можем создать собственный класс окна и для него определить собственную функцию окна. Эта функция будет обрабатывать сообщения и при необходимости изображать в окне нажатую или отжатую кнопку, а также выполнять другие действия. Однако в Windows уже определен класс окна, соответствующий кнопкам. Если вы воспользуетесь этим классом, вам не придется создавать свою функцию окна, так как будет использоваться функция, уже имеющаяся в Windows и выполняющая все необходимые действия.

Любое создаваемое вами окно может наследовать свойства уже созданных ранее окон, добавляя свои или переопределяя уже имеющиеся в базовом классе методы. В этом и заключается механизм наследования Windows.

Использование механизма наследования значительно упрощает процесс создания приложений, так как для большинства стандартных органов управления, таких, как кнопки, меню, полосы просмотра и т. п., в операционной системе Windows уже определены классы окон и все необходимые методы.