Создание Windows-приложений

Создание консольного приложения Visual Studio

Создание оконного приложения Visual Studio

Введение в создание оконных приложений

Функции API для работы с консолью

Структура оконного приложения

Элементы управления окна

Графика в оконных приложениях

В операционной системе Windows возможны 3 типа структур программ:

• диалоговая (основное окно — диалоговое),
• консольная, или безоконная структура,
• классическая (оконная, каркасная) структура

Диалоговые приложения для Windows имеют минимальный интерфейс связи с пользователем и передают информацию пользователю посредством стандартных диалоговых окон (например, окно сообщения MessageBox() ). Работа программы происходит «вслепую».

Неоконные (консольные) приложения представляет собой программу, работающую в текстовом режиме. Работа консольного приложения напоминает работу программы MS-DOS. Но это лишь внешнее впечатление. Консольное приложение обеспечивается специальными функциями Windows. Консольные приложения представляют собой систему средств взаимодействия пользователя с компьютером, основанную на использовании текстового (буквенно-цифрового) режима дисплея или аналогичных (командная строка MS-DOS, Far). Консольные приложения очень компактны не только в откомпилированном виде, но и в текстовом варианте, и имеют такие же возможности обращаться к ресурсам Windows посредством API-функций, как и оконные приложения.

Оконные (каркасные) приложения строятся на базе специального набора функций API, составляющих графический интерфейс пользователя (GUI, Graphic User Interface). Главным элементом такого приложения является окно. Окно может содержать элементы управления: кнопки, списки, окна редактирования и др. Эти элементы, по сути, также являются окнами, но обладающими особыми свойствами. События, происходящие с этими элементами (и самим окном), приводят к приходу сообщений в процедуру окна.

Разница между оконными и консольными приложениями Windows состоит в том, с каким типом информации они работают.

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.

Программирование для окон

Вам еще не надоело создавать консольные приложения? Я так и знал: Ну что ж, тогда я не зря старался при написании данного материала, который обязан пролить свет на программирование в среде Windows, и научить вас создавать полноценные оконные приложения, в зависть вашему соседу, который еще этого не умеет.

Система, основанная на сообщениях

Windows можно назвать объектно-ориентированной системой, хотя формально она таковой не является. Представьте себе систему в виде набора объектов, основным из которых является окно. В процессе работы, Windows «общается» с каждым объектом посредством системных сообщений. При возникновении определенных событий, Windows сообщает об этом окну приложения, посылая ему соответствующее сообщение. Окно, после получения сообщения, должно обработать его и возвратить результат обратно в систему.

Как программа узнает о том, что ее окну послано сообщение? Ответ напрашивается сам. На протяжении всей работы программы необходимо проверять, имеются ли в очереди сообщения. Делается это, конечно-же, с помощью цикла, который выполняется в течении всей работы программы. При каждом проходе цикла проверяется наличие сообщений в очереди, и если таковые имеются, тогда программа поочередно получает их и обрабатывает.

Win32 API

Win32 API (Application Programming Interface — интерфейс прикладного программирования) — это набор функций, позволяющих программисту создавать приложения для Windows. Win32 API является основой для каждой Windows-программы.

Программисты, пишущие на С++ уже привыкли, что точкой входа в программу является функция main(). Но в системе Windows это не так. Все Win32-приложения используют в качестве точки входа в программу функцию WinMain. Ее объявление можно найти в заголовочном файле winbase.h:

Давайте рассмотрим все ее аргументы:

• hInstance — идентификатор экземпляра приложения.
• hPrevInstance — идентификатор предыдущего экземпляра приложения. В Win32 он всегда равен нулю.
• lpCmdLine — указатель на командную строку.
• nShowCmd — флаги для окна.

Как видите — все не так сложно! Вас, наверное, удивили только какие-то непонятные типы данных. Не волнуйтесь — разберемся.

Типы данных в Windows

При первом взгляде на исходный код Windows-приложения, начинающих программистов начинают пугать «странные» типы данных, используемые в программе. Но это только на первый взгляд. На самом, деле разобраться в них вам не составит особого труда. Основные типы данных Win32 API приведены в таблице 1.

Таблица 1

BOOL, BOOLEAN	Булев. Имеет только 2 значения: TRUE или FALSE
CHAR	8-битный символ (ANSI Windows)
WCHAR	16-битный символ (Unicode)
TCHAR	CHAR или WCHAR (если используется Unicode)
USHORT, WORD	Целое беззнаковое 16-битное число
DWORD, DWORD32, UINT32	Целое беззнаковое 32-битное число
DWORD64, UINT64, ULONGLONG	Целое беззнаковое 64-битное число
FLOAT	Число с плавающей точкой
SHORT	Целое знаковое 16-битное число
INT, INT32, LONG, LONG32	Целое знаковое 32-битное число
INT64, LONG64, LONGLONG	Целое знаковое 64-битное число
VOID	Пустой тип

Структура Windows-программ

Каждая Windows-программа состоит как минимум из двух основных функций. Это WinMain и функция окна.

Давайте напишем простую программу, создающую пустое окно. Для этого в Visual C++ создайте пустой проект Win32 Application, добавьте новый файл (например, myprog.cpp), и вставьте туда следующий код:

Теперь давайте рассмотрим приведенный код подробнее.

К сожалению, привести здесь описания всех типов данных, структур, функций и т.д., используемых в Win32 API, не представляется возможным, поэтому советую обратиться к официальному источнику, где можно найти всю необходимую информацию о программировании под Windows — Microsoft Developer Network (msdn.microsoft.com).

Для того чтобы создать окно, сначала необходимо зарегистрировать в системе новый оконный класс. Для этого нужно заполнить структуру WNDCLASS и передать указатель на область памяти, содержащую эту стуктуру, функции RegisterClass(). Данная функция создает и регистрирует новый оконный класс, используя значения элементов переданной ей структуры для определения характеристик класса. Ниже приведены описания всех элементов структуры WNDCLASS.

• style — стиль окна данного класса.
• lpfnWndProc — указатель на функцию окна, которая вызывается каждый раз при получении окном нового сообщения.
• cbClsExtra и cbWndExtra — дополнительный размер резервируемой памяти (в байтах) для структур класса и окна.
• hInstance — идентификатор приложения.
• hIcon — идентификатор иконки, связанной с классом.
• hCursor — идентификатор курсора, связанного с классом.
• hbrBackground — идентификатор кисти, которой будет закрашен фон окна.
• lpszMenuName — имя меню.
• lpszClassName — имя создаваемого класса окна.

Как вы, наверное, заметили, в приведенном выше коде явно заполняются не все поля структуры, а только те, которые необходимы в для данного класса. Все остальные поля инициализируются нулевыми значениями с помощью функции ZeroMemory(), которая выполняет аналогичное ее имени действие.

После регистрации класса окна можно приступать к созданию самого окна. Для этого используется функция CreateWindow(), которая возвращает хендл создаваемого окна.

Создав окно, нам необходимо отобразить его на экране. Этим занимается функция ShowWindow(), которая принимает в качестве аргументов идентификатор окна, и флаг, указывающий на способ отображения окна (в данном случае SW_SHOW, определяющий, что окно необходимо показать на экране). Затем, с помощью функции UpdateWindow() мы посылаем нашему окну сообщение WM_PAINT, указывающее на необходимость перерисовать клиентскую область окна.

Далее следует цикл обработки сообщений. Он состоит из управляющей структуры while, которая при каждом проходе цикла получает очередное сообщение из очереди, посредством функции GetMessage(), затем переводит все сообщения от виртуальных клавиш в символьные сообщения с помощью функции TranslateMessage() (о предназначении данной операции мы поговорим позже), и после этого отсылает полученное сообщение на обработку оконной процедуре, используя функцию DispatchMessage().

Функция GetMessage() возвращает ненулевое значение, поэтому цикл не завершается до момента завершения программы. При завершении программы окну посылается сообщение WM_QUIT, которое является единственным сообщением, при получении которого функция GetMessage() возвращает ноль, и цикл обработки сообщений завершается, а код выхода из программы, хранящийся в элементе wParam структуры MSG, возвращается функцией WinMain.

И наконец, пора разобраться каким же образом оконная процедура обрабатывает переданные ей сообщения. У функции окна имеется четыре аргумента:

• hWnd — идентификатор окна.
• msg — код текущего сообщения.
• wParam и lParam — дополнительная информация о сообщении.

В Windows существует более тысячи стандартных сообщений. Конечно же, программист не должен обрабатывать их все. Для этого существует функция DefWindowProc(), которая обрабатывает переданное ей сообщение по умолчанию. Таким образом, вы должны обрабатывать только те сообщения, обработка по умолчанию которых вас не устраивает. Также, функция DefWindowProc() не обрабатывает сообщение WM_DESTROY, поэтому вы должны предусмотреть его обработку самостоятельно. В приведенном примере, при получении окном сообщения WM_DESTROY, мы, с помощью функции PostQuitMessage(), ставим в очередь сообщение WM_QUIT, чтобы завершить работу программы.

Заметьте, каким образом сообщения обрабатываются по умолчанию. В структуре switch оконной процедуры предусмотрена метка default, которая пересылает все необрабатываемые нашей программой сообщения функции DefWindowProc() и возвращает результат этой функции. А если сообщение обрабатывается нашей программой, тогда возвращается ноль.

Вот оно, чудо

Теперь, разобравшись с кодом программы, откомпилируйте созданный проект и запустите приложение. Вы увидите пустое окно, с которым уже можно выполнять стандартные действия — перемещать, изменять размеры, сворачивать/разворачивать, и даже закрыть! : Все это достигается одним единственным стилем окна WS_OVERLAPPEDWINDOW, определенным при создании окна функцией CreateWindow().

Примечание: в элементе style, структуры WNDCLASS, определяется общий стиль для всех окон данного класса. Следует заметить, что стиль класса это не тоже самое что и стиль окна, указанный в вызове функции CreateWindow(). Тот стиль, который устанавливается посредством функции CreateWindow(), является индивидуальным стилем окна, а не общим стилем, определенным в классе.

Ресурсы программы

Практически в каждой Windows-программе можно увидеть различные элементы управления, меню, и другие ресурсы программы. Создать в окне какой либо элемент управления, например, кнопку, можно двумя способами. Первый, это создать новое окно используя функцию CreateWindow() с предопределенным в системе оконным классом «button». Второй способ, это использовать файлы ресурсов, в которых содержится описания всех ресурсов программы, будь то меню, элементы управления, иконки и даже диалоговые окна. Каждый элемент управления имеет свой уникальный идентификатор (хендл) определяемый программистом. Когда пользователь совершает какие либо действия над элементом управления, сообщение об этом поступают окну, и после этого выполняются соответствующие действия. К примеру, при нажатии на кнопку окно получает сообщение WM_COMMAND, которое в параметре wParam содержит идентификатор кнопки.

Подробнее о ресурсах приложения и работе с сообщениями мы поговорим несколько позже.