Введение в создание оконных приложений
Программирование в Windows основывается на использовании функций API (Application Program Interface, т.е. интерфейс программного приложения).
Программа для Windows в значительной степени состоит из таких вызовов. Все взаимодействие с внешними устройствами и ресурсами операционной системы происходит посредством таких функций.
Программный интерфейс приложений
Windows API (Application Programming Interfaces) — общее наименование целого набора базовых функций интерфейсов программирования приложений операционных систем семейств Microsoft Windows.
Windows API в настоящее время поддерживает свыше тысячи вызовов функций, которые можно использовать в приложениях. Каждая функция Windows API имеет развернутое имя, написанное буквами как верхнего, так и нижнего регистров.
Все основные функции Windows объявляются в заголовочных файлах. Главный заголовочный файл называется WINDOWS.H, и в этом файле содержится множество ссылок на другие заголовочные файлы.
Основное отличие функций API от библиотечных функций С: код библиотечных функций связывается с кодом программы пользователя, а код функций API остается вне программы пользователя в динамически подключаемых библиотеках (DLL – Dynamic Link Library), что позволяет создавать более компактный и эффективный код приложений.
При запуске программы Windows она взаимодействует с операционной системой посредством процесса «динамического связывания». Большая часть динамических библиотек DLL расположена в каталоге WINDOWS\SYSTEM.
При компоновке программы для Windows, чтобы сделать ее исполняемой, необходимо связывать ее с «библиотеками импорта», поставляемыми в составе среды программирования (IDE – Integrated Development Environment), которой может являться, в частности, Microsoft Visual Studio. Библиотеки импорта содержат имена всех функций Windows из динамически подключаемых библиотек и ссылки на них. Компоновщик использует эту информацию для создания в исполняемом EXE-файле таблицы, которую Windows использует при загрузке программы для настройки адресов функций API.
Графический интерфейс пользователя
Графический интерфейс пользователя (Graphical User Interface, GUI) еще называют «визуальный интерфейс» или «графическая оконная среда».
GUI делает возможным использование графики на растровом экране. Графика дает лучшее восприятие элементов управления на экране, визуально богатую среду для передачи информации. В GUI экран становится устройством ввода и показывает различные графические объекты в виде картинок и конструкций для ввода информации, таких как кнопки или полосы прокрутки. Используя клавиатуру и манипулятор (мышь, тачпад), пользователь может непосредственно оперировать объектами на экране. Графические объекты можно перетаскивать, кнопки можно нажимать, полосы прокрутки можно прокручивать. Взаимодействие между пользователем и программой становится более тесным.
Пользователям не надо тратить слишком много времени на то, чтобы научиться пользоваться компьютером и составлять новые программы. Система Windows способствует этому, поскольку все программы для Windows выглядят и воспринимаются одинаково.
Любая программа для Windows имеет окно — прямоугольную область на экране, в котором приложение отображает информацию и получает реакцию от пользователя. Окно идентифицируется заголовком. Большинство функций программы запускается посредством меню. Слишком большой для экрана объем информации может быть просмотрен с помощью полос прокрутки. Некоторые пункты меню вызывают появление окон диалога, в которые пользователь вводит дополнительную информацию.
Программирование Windows-приложений тесно связано с понятиями объектно-ориентированного программирования. Главным объектом в операционной системе Windows является окно. Окно может содержать элементы управления: кнопки, списки, окна редактирования и др. Эти элементы, по сути, также являются окнами, но обладающими особыми свойствами.
Активное окно – окно, получающее реакцию от пользователя в данный момент.
Основными элементами окна являются 
- 1 — строка заголовка title bar
- 2 — строка меню menu bar
- 3 — системное меню system menu
- 4 — кнопка сворачивания окна minimize box
- 5 — кнопка разворачивания окна maximize box
- 6 — рамка изменения размеров sizing border
- 7 — клиентская область client area
- 8 — горизонтальная и вертикальная полосы прокрутки scroll bars
Многозадачность
Многозадачность ( multitasking ) — свойство операционной системы обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов.
Операционная система Windows является многозадачной. Если программа DOS после своего запуска должна быть постоянно активной, и если ей что-то требуется (к примеру, получить очередную порцию данных с устройства ввода-вывода), то она сама должна выполнять соответствующие запросы к операционной системе, то в Windows все наоборот. Программа пассивна, после запуска она ждет, когда ей уделит внимание операционная система. Операционная система делает это посылкой специально оформленных групп данных, называемых сообщениями . Сообщения могут быть разного типа, они функционируют в системе достаточно хаотично, и приложение не знает, какого типа сообщение придет следующим.
Логика построения Windows-приложения должна обеспечивать корректную и предсказуемую работу при поступлении сообщений любого типа. Одновременно несколько программ могут выполняться и иметь вывод на экран. Каждая программа занимает на экране прямоугольное окно. Пользователь может перемещать окна по всему экрану, менять их размер, переключаться между разными программами и передавать данные от одной программы к другой.
Операционная система не сможет реализовать многозадачность без управления памятью. Так как одни программы запускаются, а другие завершаются, память фрагментируется. Операционная система Windows имеет средства управления фрагментами памяти.
Процессы и потоки
Процессом ( process ) называется экземпляр программы, загруженной в память. Экземпляр программы может создавать потоки ( thread ), которые представляют собой последовательность инструкций на выполнение.
Выполняются не процессы, а именно потоки. Любой процесс имеет хотя бы один поток. Этот поток называется главным (основным) потоком приложения .
Потоки на самом деле выполняются не одновременно, а по очереди. Распределение процессорного времени происходит между потоками, но переключение между ними происходит так часто, что кажется будто они выполняются параллельно.
Все потоки ранжируются по приоритетам. Приоритет потока обозначается числом от 0 до 31, и определяется исходя из приоритета процесса, породившего поток, и относительного приоритета самого потока. Таким образом, достигается наибольшая гибкость, и каждый поток в идеале получает столько времени, сколько ему необходимо.
Дескрипторы
Дескриптор (описатель) объекта — служебная структура данных, представляющая собой беззнаковое целое число и служащая для идентификации различных объектов. Дескриптор представляет собой указатель на некоторую системную структуру или индекс в некоторой системной таблице.
Примеры дескрипторов, описанных в заголовочном файле windows.h
Контекст устройства
GDI – графический интерфейс устройства. Функции системной библиотеки GDI32.dll используются для вывода графики на экран.
Дескриптор контекста устройства — это паспорт конкретного окна для функций GDI. Контекст устройства фактически является структурой данных, которая внутренне поддерживается GDI. Он связан с конкретным устройством вывода информации (принтер, дисплей). Что касается дисплея, то в данном случае контекст устройства обычно связан с конкретным окном на экране.
Создание графического интерфейса в Visual Studio 2017 (C++)
В интернете можно обнаружить множество роликов, насколько легко было создавать графические приложения в Visual Studio 2010 через «Windows Forms Application». В VS2015 и VS2017 с инструментами для новичков стало сложнее. Создать приложение можно несколькими способами, наиболее простым является через «CLR Empty Project». Статья предназначена для новичков, но предполагает, что читатель уже не испытывает проблем с созданием консольных приложений вида «Hello World». Бесплатную VS Community 2017 можнос скачать с visualstudio.com.
1. В первую очередь перечислим, какие компоненты должны быть установлены для создания графического приложения на языке С++. Их три, все относятся к разделу «Desktop development with C++»:
— VC++ 2017 v141 toolset (x86,x64)
— Windows 10 SDK (10.0.15063.0) for Desktop C++ x86 and x64
— C++/CLI support
Первые два нужны для создания любого приложения на С++, третий именно для создания графической оболочки программы. Во время исследования данной темы мною подключалось два десятка других — пользы новичкам от них нету.
2. После установки среды разработки переходим
File > New > Project. ( ^+N )
В появившемся окне отыскиваем Installed > Visual C++ > CLR > CLR Empty Project 
Поля внизу заполняем традиционным для таких программ способом. В названии проекта лучше не допускать пробелов, иначе вам потом придётся мудрить в коде.
3. Необходимо добавить в приложение главную форму. Есть два равносильных пути достижения этой цели.
Первый: в «Solution Explorer» правой кнопкой мыши на названии проекта, во всплывшем контексном меню Add > New Item.
Второй способ: в главном меню выбираем Project > Add New Item.
Или просто нажимаем ^+A
Во появившемся окне Visual C++ > UI > Windows Form 
Главная форма программы создана. На некоторых компьютерах в данный момент возможно выскакивание ошибки 0x8000000A, в этом случае нужно просто закрыть вкладку.
Эта ошибка хорошо известна ещё по Visual Studio 2015. Можете почитать её обсуждение, к примеру, на сайте Microsoft по ссылке1, ссылке2, ссылке3. И более лучшего решения, чем закрывать вкладку, ещё нет. По всей видимости, команда разработчиков Visual Studio не считает эту ошибку достаточно серьёзным делом, чтобы ломать о неё копья.
4. Но мало просто создать форму, нужно вплести её в создаваемую программу. Для этого в «Solution Explorer» правой кнопкой мыши на названии проекта, во всплывшем контексном меню выбрать Properties .
В открывшемся окне произвести два действия.
• Linker > System > SubSystem , из раскрывающегося списка выбрать » Windows (/SUBSYSTEM:WINDOWS) «
• Linker > Advanced > Entry Point . В пустое поле вписать » main » (без кавычек).
5. В «Solution Explorer» двойным щелчком открыть в редакторе файл MyForm.cpp. Скопировать в него текст
#include «MyForm.h»
using namespace System;
using namespace System::Windows::Forms;
[STAThread]
void main(array ^ args) <
Application::EnableVisualStyles();
Application::SetCompatibleTextRenderingDefault(false);
Project1 ::MyForm form;
Application::Run(%form);
>
Заменив Project1 на название вашего проекта. (Теперь понятно, почему ранее мною не рекомендовалось использовать в названии проекта пробелы?)
Отлично, всё готово! Теперь проект компилируем и запускаем. Но если у вас ранее выскакивала 0x8000000A, то быстрее всего вам придётся перезапустить Visual Studio и вновь загрузить в нём проект. Далее ошибка ни в чём не проявится.
6. Для того, чтобы добавить на нашу только что созданную форму новые элементы, понадобится панель Toolbox. Полезно запомнить горячую клавишу ^!X 
Работа с размещением элементов на форме сложностей вызвать не должна. Работает здесь всё удобнее, чем wxWidgets в CodeBlocks или wxDev-C++. Никаких глюков мною замечено не было.
Для изменения свойств только что созданного элемента интерфейса щёлкните на нём правой кнопкой и в контекстном меню выберите, соответственно, Properties.
Испытаем кнопку в работе. Сделаем так, чтобы по её названию появлялось окно с умным текстом. Двойной щелчок по элементу на форме вызовет редактор кода с уже прописанным в нём шаблоном. Добавим внутрь фигурных скобок команду
MessageBox::Show(«Hello World»,
«My heading», MessageBoxButtons::OKCancel,
MessageBoxIcon::Asterisk);
Запускаем и проверяем!
Если вдруг не запустится, то первым делом проверяем, что выставлено в раскрывающемся списке Solution Configurations . Он находится на панели инструментов (под главным меню). Там должно быть Release (а не Debug) .
Дополнительная информация
Альтернативные способы создания графических приложений в Visual Studio 2017.
1. UWP (Universal Windows Platfrom application) — универсальные приложения, способные запускаться на Windows 10, Windows 10 Mobile и аналогичных самых современных платформах от Microsoft. Платформа разработана как расширение Windows Runtime. Всё бы хорошо, но данные приложения не могут запускаться на более старых версиях Windows, даже на восьмёрке.
2. Windows Desktop Application — примерно то же самое, что в более VS2015 называлось «Win32 Project», а в VS2010 «Windows Forms Application». Технология, которую сейчас можно уже называть устаревшей. В VS2010 это был простой и удобный способ создания графических программ. Но затем ребята из Microsoft решили перетаскивать начинающих разработчиков на более современные технологии. При использовании данного инструмента в VS2015 и в VS2017 приложение создаётся, его можно запустить и посмотреть. Но у этого приложения нет готовой главной формы, куда можно было перетаскивать кнопки и прочие компоненты. Мне не удалось обнаружить в сети ни одного источника, где бы рассказывалось о лёгком способе её создать. Только через длинный код, для получения представления о процессе можете посмотреть видео на msdn.microsoft.com и прочитать соответствующее описание.
Пара слов для общего развития о нескольких технологиях, на которые вы будете постоянно натыкаться при чтении документации по разработке GUI в Visual Studio.
ATL (Active Template Library) — набор шаблонных классов языка C++, предназначенных для упрощения написания COM-компонентов.
MFC (Microsoft Foundation Classes) — библиотека объектов, помогающая профессиональным разработчикам создавать десктопные приложения. Что-то вроде более усложнённого и навороченного варианта ATL. ATL и MFC являются хорошими вещами, и с их задействованием также можно создавать графические приложения. Но это инструменты, требующие наличия углублённых знаний тематики.
IncrediBuild — технология ускорения компиляции и сборки приложений с помощью подключения дополнительных компьютеров. К методам создания графических интерфейсов это напрямую не относится.
Примечания:
В интернете можно наткнуться на заголовок «Full C and C++ IDE with Visual Studio». Оттуда закачиваются те же самые стандартные дистрибутивы Visual Studio, проверено по контрольным суммам.
«Visual C++ 2017 Build Tools» — это комплект различных Windows SDK и .NET Framework. MFC, ATL и CLI support и ещё пара подобных штук. Все эти инструменты присутствуют и в стандартном загрузчике VS2017.
P.S.
Теперь можно немного поэкспериментировать с элементами интерфейса. Ниже показан код простейшего графического калькулятора:
private: System::Void button6_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
Application::Exit();
>
private: System::Void radioButton1_CheckedChanged(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
label1->Text = «+»;
>
private: System::Void radioButton2_CheckedChanged(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
label1->Text = «-«;
>
private: System::Void radioButton3_CheckedChanged(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
label1->Text = «*»;
>
private: System::Void radioButton4_CheckedChanged(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
label1->Text = «/»;
>
private: System::Void button5_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
char sw = System::Convert::ToChar(label1->Text);
double a = System::Convert::ToDouble(textBox1->Text);
double b = System::Convert::ToDouble(textBox2->Text);
double r;
switch (sw) <
case ‘+’:
r = a + b;
break;
case ‘-‘:
r = a — b;
break;
case ‘*’:
r = a * b;
break;
case ‘/’:
r = a / b;
break;
>
label2->Text = «Result: » + System::Convert::ToString(r);
>
А теперь можно попытаться сотворить что-то более похожее на стандартное window-приложение. Пока простейшее.
double iFirstNum;
double iSecondNum;
double iResult;
String^ iOperator;
private: System::Void btnC_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
/*button C («Global Clear» — clears the entire calculation*/
tbDisplay->Text = «0»;
lblShowOp->Text = «»;
>
private: System::Void btnCE_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
/*button CE («Clear Entry» is supposed to be used to clear only the thing you are currently
typing into the calculator, before you have performed any operation on it.*/
tbDisplay->Text = «0»;
>
private: System::Void buttonS_Number_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//Number Buttons Event
Button ^ Numbers = safe_cast (sender);
if (tbDisplay->Text == «0»)
tbDisplay->Text = Numbers->Text;
else
tbDisplay->Text += Numbers->Text;
>
private: System::Void buttonS_Arithmetic_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//Operator Buttons Event
Button ^ op = safe_cast (sender);
iFirstNum = Double::Parse(tbDisplay->Text);
tbDisplay->Text = «0»;
iOperator = op->Text;
lblShowOp->Text = System::Convert::ToString(iFirstNum) + » » + iOperator;
>
private: System::Void btnEquals_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//Equals
iSecondNum = Double::Parse(tbDisplay->Text);
if (iOperator == «+»)
iResult = iFirstNum + iSecondNum;
else if (iOperator == «-«)
iResult = iFirstNum — iSecondNum;
else if (iOperator == «*»)
iResult = iFirstNum * iSecondNum;
else if (iOperator == «/»)
iResult = iFirstNum / iSecondNum;
else <
MessageBox::Show(«Unknown operation.\nSomething wrong.»,
«error», MessageBoxButtons::OK,
MessageBoxIcon::Error);
return;
>
lblShowOp->Text += » » + tbDisplay->Text + » = » + System::Convert::ToString(iResult);
tbDisplay->Text = System::Convert::ToString(iResult);
>
private: System::Void btnBackSpace_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//BackSpace
if (tbDisplay->Text->Length > 1)
tbDisplay->Text = tbDisplay->Text->Remove(tbDisplay->Text->Length — 1, 1);
else
tbDisplay->Text = «0»;
>
private: System::Void btnDot_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//Decimal Point
if (!tbDisplay->Text->Contains(«.»))
tbDisplay->Text += «.»;
>
private: System::Void btnPM_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) <
//Plus-Minus
if (tbDisplay->Text->Contains(«-«))
tbDisplay->Text = tbDisplay->Text->Remove(0, 1);
else
tbDisplay->Text = «-» + tbDisplay->Text;
>
Код создан на основе видеоролика
«Visual C++ Calculator Tutorial with Decimal Point and Backspace» (37:59, DJ Oamen, 2016 Jan 2, Visual C++ 2010) ,
но имеет ряд отличий.
Как продолжение, существует видеоролик
«Visual C++ Scientific Calculator Tutorial» (53:31, Paul Oamen, 2016 Oct 2, Visual Studio 2015). Судя по голосу, автор тот же. К показанному выше калькулятору прибавляется конвертер температуры и ряд более научных функций. Предупрежу, что итоговое «творение» имеет массу изъянов и глюков, поэтому видео можно просматривать исключительно для изучение приёмов программирования. Но не используйте его в качестве образца того, как нужно создавать калькуляторы.
