深入分析Windows消息機制

王光輝

（成都理工大學信息科學與技術學院，四川成都610059）

1.引言

Windows操作系統(tǒng)是基于消息響應機制的被動式系統(tǒng)。Windows應用程序是消息驅動[1]程序，又稱事件驅動程序。事件驅動意味著操作系統(tǒng)的每一部分之間以及操作系統(tǒng)與應用程序之間是通過“消息”進行通信聯(lián)系的。由此可見，消息機制在Windows應用編程[2]的重要性。

2.消息

2.1 消息定義

消息是指Windows發(fā)出的一個通知[3]，告訴應用程序某個事情發(fā)生了。例如，單擊鼠標、改變窗口大小、按下鍵盤上的一個鍵都會使Windows發(fā)送一個消息給應用程序。它可以由硬件、Windows、應用程序共同產(chǎn)生。消息通常分為以下四種：

(1)標準消息：除了WM_COMMAND，所有的以WM開頭的消息都是標準消息。如窗口、鼠標移動、窗口大小改變等。程序啟動或退出甚至每一段固定的時間都會產(chǎn)生標準Windows消息。

(2)命令消息：來自于菜單、加速鍵、工具欄按鈕的消息，這類消息都以WM_COMMAND形式呈現(xiàn)。

(3)通知消息：由控件產(chǎn)生的消息。按鍵和鼠標的單擊列表框都會產(chǎn)生這類消息[4]，這類消息的目的是為了向父窗口（通常是對話框）通知事件的發(fā)生，它也是以WM_COMMAND形式呈現(xiàn)的。

(4)用戶自定義的消息。

2.2 消息結構

在Windows程序中，消息本身是作為一個記錄傳遞給應用程序的，這個記錄中包含了消息的類型以及其它信息，由MSG結構體表示。MSG結構體的定義如下：

在MSG結構中，消息是由一個消息名稱(UINT)和兩個參數(shù)(WPARAM，LPARAM)組成。當用戶進行了輸入或者窗口的狀態(tài)發(fā)生改變時，系統(tǒng)都會發(fā)送消息到某一個窗口。例如，當菜單點中之后會有WM_COMMAND消息發(fā)送。其中，WPARAM的高字節(jié)(HIWORD(wParam))是命令的ID號，是菜單ID。同時，用戶能定義自己的消息名稱，也能利用自定義消息來發(fā)送通知和傳送數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)通過窗口句柄在整個系統(tǒng)中唯一標識一個窗口，發(fā)送一個消息時必須指定一個窗口句柄表明該消息由指定窗口接收。窗口可以是任何類型的屏幕對象，因為Win32能夠維護大多數(shù)可視對象的句柄(窗口、對話框、按鈕、編輯框等)。句柄決定消息被發(fā)送到哪個窗口。

2.3 消息發(fā)送

在Windows中發(fā)送消息時，一般使用PostMessage()和SendMessage()函數(shù)[5]，但是它們在發(fā)送方式上有些差別。二者最基本的區(qū)別在于SendMessage()通過調用窗口過程，把消息立即發(fā)往另一個窗口并且等到該消息被處理完后才返回。PostMessage()是把消息封裝成一個MSG結構，投遞到消息隊列中，然后立即返回，無需等待。因此，PostMessage()是異步的，SendMessage()是同步的；PostMessage()只負責將消息放到消息隊列中，不確定何時處理。SendMessage()要等到收到消息處理的返回碼(DWord類型)后才繼續(xù)；PostMessage()執(zhí)行后馬上返回，SendMessage()必須等到消息被處理后才會返回。

3.Windows消息機制

Windows消息機制是由消息隊列、消息循環(huán)和窗口過程三個部分組成。

3.1 消息隊列

Windows為所有消息維護著一個系統(tǒng)消息隊列，而對于每一個應用程序，系統(tǒng)又將會創(chuàng)建一個對應的消息隊列。Windows根據(jù)消息結構的內容將不同的消息發(fā)送給相應應用程序的消息隊列。應用程序通過PeekMessage()或GetMessage()函數(shù)從Windows消息隊列中獲取消息，然后分派給某個窗口。Windows保存的消息隊列是以線程(Thread)來分組的，即每個線程都有自己的消息隊列。

3.2 消息循環(huán)

通過Windows消息循環(huán)機制[6]，應用程序能從消息隊列中檢索消息，再把它分派給適當?shù)拇翱?。然后繼續(xù)從消息隊列中檢索下一條消息，再分派給適當?shù)拇翱冢来芜M行。函數(shù)的原型為：

消息循環(huán)以GetMessage()調用開始，它從消息隊列中取出一個消息。當取出的消息為WM_QUIT（退出消息），消息循環(huán)和應用程序退出。TranslateMessage()函數(shù)將鍵盤按鍵的虛擬碼轉換為ASCII碼，同時將WM_CHAR消息發(fā)送到消息隊列中。DispatchMessage()函數(shù)將消息轉發(fā)給Windows操作系統(tǒng)來調用相應的窗口過程函數(shù)處理。如果消息隊列為空，應用程序就將控制權交還給Windows。如果有需要控制權的應用程序，Windows就將控制權轉交給應用程序。這種控制權的交換使得Windows成為多任務的操作系統(tǒng)。

3.3 窗口過程

窗口過程是用來接收傳遞給窗口的消息，它的任務就是獲取消息然后響應它。任何一個窗口類都有一個窗口過程。同一個類的窗口使用同樣的窗口過程來響應消息。窗口過程是一個回調函數(shù)(Callback Function)，它是由Windows操作系統(tǒng)負責調用的，而應用程序本身不能調用它。消息的處理是由窗口過程完成的，窗口過程處理了一個消息后，通常要返回一個值給Windows。系統(tǒng)發(fā)送消息給窗口過程，通常將消息數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給它。消息到來之后，窗口過程按照消息類型的排序進行處理，其中的參數(shù)則用來區(qū)分不同的消息。同時，窗口過程使用參數(shù)產(chǎn)生合適行為。下面是一個典型窗口過程的偽代碼：

Windows的操作會產(chǎn)生大量的不同種類的消息，窗口過程函數(shù)不可能處理所有的消息，只處理需要的消息，其它的消息就交給系統(tǒng)處理。DefaultWndProc()就是系統(tǒng)提供的處理其它程序里沒有捕獲的消息。

3.4 Windows消息機制實現(xiàn)過程

Windows消息機制的具體實現(xiàn)過程，如圖1所示：

圖1 Windows消息機制

一個消息從產(chǎn)生到被一個窗口響應，主要有5個步驟：

(1)系統(tǒng)中發(fā)生了某個事件；

(2)Windows把這個事件翻譯為消息，把它放到系統(tǒng)消息隊列中，然后轉發(fā)到相應線程消息隊列里；

(3)應用程序從消息隊列中接收到這個消息，把它存放在TMsg記錄中；

(4)應用程序把消息傳遞給系統(tǒng)，系統(tǒng)調用適當?shù)拇翱谶^程；

(5)窗口過程響應這個消息并進行處理。

在Windows消息機制中，步驟3和4構成了應用程序的消息循環(huán)。消息循環(huán)使應用程序能夠響應外部的事件，所以，它是Windows應用程序的核心。消息循環(huán)的任務就是從消息隊列中檢索消息，然后把消息傳遞給適當?shù)拇翱?。如果消息隊列中沒有消息，Windows就允許其它應用程序處理它們的消息。

4.結束語

消息機制是Windows應用程序工作的核心，利用各種開發(fā)工具在此平臺上進行開發(fā)，不可避免地要與消息處理打交道。本文從消息的結構、發(fā)送、處理介紹了Windows消息機制。對于一個編寫Windows程序的程序員來說，理解Windows消息機制的運行原理對于編寫Windows應用程序是十分有益的。

[1]陳希勝.基于WINDOWS下的DMA編程[J].科技廣場，2008，12：121.

[2]周金萍，徐丙立等.Windows系統(tǒng)編程[M].北京：人民郵電出版社，2002.7.

[3]王芳.Windows消息機制在VB編程中的應用[J].信息技術，2005(7)：146.

[4]徐靜蓉，趙雷，楊季文.消息分層處理機制在Windows應用程序開發(fā)中的應用[J].蘇州大學學報(自然科學版)，2006，22(1)：61.

[5]張朝霞.MFC對消息的管理初探[J].內蒙古科技與經(jīng)濟，2004(23)：55.

[6]李元臣.Windows的消息循環(huán)與Delphi中的消息機制[J].洛陽師范學院學報，2001(2)：74.