|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Программирование на основе Win32 API в DelphiИсточник: codenet
1. ВведениеЛюбую современную программу или программную технологию можно представить как совокупность программных "слоев". Каждый из этих слоев производит свою собственную работу, которая заключается в повышении уровня абстракции производимых операций. Так, самый низший слой (слои) вводит понятия, которые позволяют абстрагироваться от используемого оборудования; следующий слой (слои) позволяет программисту абстрагироваться от сложной последовательности вызовов функций, вводя такое понятие как протокол и т.д. Практически в любом современном программном продукте можно обнаружить и выделить около десятка последовательных слоев абстракции. Абстракция от оборудования и низкоуровневых протоколов вводится в ядра операционных систем в виде библиотек API (Application Program Interface). Однако современные тенденции приводят к необходимости абстрагирования и от самих операционных систем, что позволяет переносить программы с одной операционной системы на другую путем простой перекомпиляции (транслируемые программы, в основном, вообще не требуют никаких действий по переносу). Абстракцию, которая доступна программисту в виде библиотек API можно назвать базовой . Это самый низкий уровень абстракции, который доступен для прикладного программирования. На уровне ядра системы доступны и более низкие уровни абстракции, однако для их использования необходимо разрабатывать специализированные программы (драйвера, модули). Базовый уровень абстракции (API) предоставляет максимально широкие возможности для прикладного программирования и является наиболее гибким. Однако, программирование с использованием API является гораздо более трудоемким и приводит к значительно большим объемам исходного кода программы, чем программирование с использованием дополнительных библиотек. Дополнительные библиотеки поставляются со многими средствами разработки с целью уменьшения трудоемкости и сроков разработки программ, что в итоге приводит к повышению их конкурентноспособности. Но применение дополнительных библиотек абстракций приводит к резкому увеличению размеров откомпилированных программ, из-за того что в программу включается код используемых библиотек, к тому же это включение зачастую бывает неэффективным - в программу включаются неиспользуемые участки кода. Кроме того, чем больше уровень абстракции библиотеки, тем сложнее ее код, и тем больше трудностей возникает при решении сложных задач. Приходится учитывать множество взаимосвязей и взаимных влияний отдельных элементов и процессов библиотеки друг на друга. Кроме того, структура и функциональность любой библиотеки обычно рассчитывается на удовлетворение всех потенциально возникающих задач, что приводит к ее громоздкости и неэффективности. В Delphi используется очень мощная и сложная библиотека VCL (Visual Components Library), которая помимо непосредственных абстракций вводит также и множество своих функциональных классов. В этой библиотеке находятся компоненты для визуального отображения информации, работы с базами данных, с системными объектами, компоненты для работы с Internet-протоколами, классы для написания своих COM-объектов и многое другое. Модули библиотеки подключаются к компиляции по мере необходимости, однако базовый размер простейшего диалогового проекта с одной формой превышает 300кБ (со статически скомпонованной библиотекой). И такой размер во многих случаях может оказаться слишком большим, особенно если программа не требует большой функциональности в интерфейсе. Для решения этой проблемы можно отказаться от использования библиотеки VCL, и программировать, используя базовый набор функций Win32 API. Однако, если при разработке линейных, недиалоговых, нерезидентных программ не возникает никаких трудностей, то разработка программ, требующих активного взаимодействия с пользователем или системой, становится трудоемкой. Структурное программирование, рекомендуемое в таких случаях, оказывается неэффективным и трудоемким. Данная статья посвящена проблеме создания и использования компактной объектно-ориентированной библиотеки, которая бы облегчила построение небольших и эффективных программ на основе Win32 API. 2. Существующие решенияАвтору известны три объектно-ориентированные библиотеки, которые можно рассматривать как альтернативу библиотеке VCL при написании компактных программ. Это библиотеки классов XCL, ACL и KOL. Все библиотеки бесплатны и поставляются в исходных кодах.
Как видно из списка приведенных для каждой библиотеки классов, эти библиотеки предендуют скорее не на помощь при написании программ с использованием Win32 API, а пытаются создать более высокий уровень абстракции чем API, по крайней мере в графической части (особенно это относится к XCL). Более того, иерархия и перечень объектов совпадают с соответствующими структурами в библиотеке VCL, что скорее всего связано с желанием авторов обеспечить логическую совместимость с VCL при построении программ на основе этих библиотек. Данные библиотеки не обеспечивают минимального размера программы, за счет того что предоставляют более высокий уровень абстракции. Они являются компромисом между программированием с использованием VCL и программированием на чистом API. 3. Принципы построения API-библиотекитандартным видом API-программирования является структурное программирование. Примеры такого программирования на Win32 API есть практически в любой книжке по Borland Pascal, Borland C++, Microsoft Visual C++ и другим системам разработки. Множество примеров API-программирования на С содержится в поставке Microsoft Visual C++. Структурное программирование с оконными функциями, процедурами обработки команд, не в состоянии обеспечить быструю и эффективную разработку программ. В современной ситуации большинство программистов привыкло к объектно-ориентированному методу, с возможностью инкапсуляции, наследования и переопределения методов объектов. Такое программирование оказывается наиболее эффективным. Кроме того, для построения эффективной API-библиотеки прежде всего нужно выяснить, какие задачи при работе с Win32 API являются наиболее трудоемкими. Практика показывает, что наиболее неудобным и трудоемким элементом является реализация основного диспетчера логики программы - оконной функции. Реализация этой функции в качестве метода класса, а не простой глобальной функции, позволила бы улучшить структуру кода и облегчить программирование путем инкапсулирования всех переменных внутри оконного класса. Программирование может быть еще более облегчено, есть возпользоваться механизмом message-процедур языка Object Pascal. Вызов этих процедур полностью лежит на компиляторе и корневом объекте TObject и включает в себя методы Dispatch, DefaultHandler, а также все методы, объявленные с директивой message. Такое решениее позволит полностью отказаться от громоздкого оператора case в оконной функции. Учитывая все вышеперечисленное автором была создана компактная библиотека оконных классов WinLite. Эта библиотека является минимальной, она не вводит более высоких уровней абстракции чем существуют в Win32 API - она только облегчает работу, переводом программирования в объектно-ориентированное русло. Размер библиотеки очень небольшой и вся она помещается в один модуль. Библиотека реализует базовый класс TLiteFrame и построенные на основе него оконные классы:
Библиотека может быть использована совместно с VCL. На первый взгляд, это возможность является абсурдной и ненужной, так как об экономии размера в этом случае не может быть и речи. Однако, иногда бывают моменты, когда реализация специфических оконных элементов на основе объектов TWinControl или TCustomControl может быть затруднена или неэффективна из-за их сложности и неочевидного поведения. В этом случае, можно реализовать такой элемент на базе класса TLiteWindow - он будет вести себя стандартным образом, как и полагается вести себя стандартному оконному элементу Win32. Благодаря своей простой архитектуре библиотека может быть использована в многопоточной программе. Конечно, вы не сможете вызывать методы классов одного потока из другого потока без соответствующей синхронизации. Однако, вы можете беспрепятственно создавать оконные классы в различных потоках без блокировки и синхронизации, а также посылать сообщения оконным классам в другом потоке. Практический совет: при API-программировании программист должен сам следить за корректным освобождением многочисленных ресурсов, которые занимает программа во время выполнения. Поэтому, для облегчения этой задачи используйте какую-либо контролирующую утилиту, например MemProof или Numega BoundsChecker. Корректное освобождение занятых ресурсов крайне необходимо ! Для редактирования шаблонов диалогов можно использовать любой редактор ресурсов, например Borland Resource WorkShop, правда он несколько неудобен, а окончательный результат все равно приходится корректировать вручную. Вся документация необходимая для API-программирования содержится в поставляемых компанией Microsoft компакт-дисках с документацией под общим названием MSDN (Microsoft Developer's Network). Существует online-версия документации по адресу http://msdn.microsoft.com. Урезанная версия MSDN, содержащая основные файлы помощи, поставляется с Delphi. Прежде чем вы решите работать над своим проектом в русле Win32 API, подумайте, а зачем вам это нужно? В подавляющем числе случаев размер программы не имеет никакого значения. Я не хочу сказать, что API-программирование сложнее чем VCL-программирование. Во многих случаях легче изучить и написать 10 вызовов API с кучей аргументов и понимать, что происходит, чем написать 1 вызов простой, на первый взгляд, VCL-инструкции и потом долго исследовать дебри VCL в поисках ответа. Просто API-программирование - это другая культура, к которой вы, возможно, не привыкли. И первоначальная работа может вызвать у вас сильное разочарование. API-программирование требует дотошности, кропотливости и внимательного изучения документации. Те же, кто отважился программировать на API, наряду с библиотекой WinLite могут совместно использовать невизуальные классы как из состава VCL (модули SysUtils, Classes), так и многие сторонние - естественно, что размер вашей программы при этом увеличится.
Заслуживает внимание работа Владимира Кладова по изменению функциональности обязательного модуля system.pas. Со времен первых версий Turbo Pascal этот модуль по умолчанию компонуется в исполняемый код программы. Код модуля реализует многие принципы и решения заложенные в синтаксис и логику языка Object Pascal, и изменение этого модуля позволяет модифицировать реализацию этой логики. Такое решение является специфичным для языка Object Pascal в отличие, например, от C/C++, где компилятор и абсолюдно все модули никак не связаны. Изменение модуля system.pas, а именно его разбиение на блоки и сокращение редко используемых участков кода позволило сократить постоянные (не переменные) издержки примерно на 8 кБ. Конечно, для больших проектов, такое сокращение может быть и незаметным, однако интересен сам принцип.
4. Библиотека WinLite//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // WinLite, библиотека классов и функций для работы с Win32 API // (c) Николай Мазуркин, 1999-2000 // _____________________________________________________________________________ // Оконные классы //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// unit WinLite; interface uses Windows, Messages;
Инициализационные структурыОбъявление структур, которые используются для формирования параметров вновь создаваемых окон и диалогов соответственно. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Параметры для создания окна //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TWindowParams = record Caption : PChar; Style : DWord; ExStyle : DWord; X : Integer; Y : Integer; Width : Integer; Height : Integer; WndParent : THandle; WndMenu : THandle; Param : Pointer; WindowClass : TWndClass; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Параметры для создания диалога //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TDialogParams = record Template : PChar; WndParent : THandle; end;
Декларация базового класса TLiteFrameБазовый класс для окон и диалогов в Delphi. Инкапсулирует в себе дескриптор окна и объявляет общую оконную процедуру. Реализует механизм message-процедур. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteFrame // _____________________________________________________________________________ // Базовый класс для объектов TLiteWindow, TLiteDialog, TLiteDialogBox //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TLiteFrame = class(TObject) private FWndCallback: Pointer; FWndHandle : THandle; FWndParent : THandle; function WindowCallback(hWnd: HWnd; Msg, WParam, LParam:Longint): Longint; stdcall; protected procedure WindowProcedure(var Msg: TMessage); virtual; public property WndHandle: THandle read FWndHandle; property WndCallback: Pointer read FWndCallback; public constructor Create(AWndParent: THandle); virtual; destructor Destroy; override; end;
Декларация оконного класса TLiteWindowСоздание уникального класса окна и создание окна. Возможность субклассинга стороннего окна. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteWindow // _____________________________________________________________________________ // Оконный класс //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TLiteWindow = class(TLiteFrame) private FWndParams : TWindowParams; FWndSubclass: Pointer; protected procedure CreateWindowParams(var WindowParams: TWindowParams); virtual; public procedure DefaultHandler(var Msg); override; constructor Create(AWndParent: THandle); override; constructor CreateSubclassed(AWnd: THandle); virtual; destructor Destroy; override; end;
Декларация диалогового класса TLiteDialogЗагрузка шаблона диалога и создание диалога. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteDialog // _____________________________________________________________________________ // Диалоговый класс //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TLiteDialog = class(TLiteFrame) private FDlgParams : TDialogParams; protected procedure CreateDialogParams(var DialogParams: TDialogParams); virtual; public procedure DefaultHandler(var Msg); override; constructor Create(AWndParent: THandle); override; destructor Destroy; override; end;
Декларация модального диалогового класса TLiteDialogBoxЗагрузка шаблона диалога и создание диалога. Модальный показ диалога. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteDialogBox // _____________________________________________________________________________ // Модальный диалоговый класс //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// type TLiteDialogBox = class(TLiteFrame) private FDlgParams : TDialogParams; protected procedure CreateDialogParams(var DialogParams: TDialogParams); virtual; public procedure DefaultHandler(var Msg); override; public function ShowModal: Integer; end;
Реализация базового класса TLiteFrameimplementation //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteFrame // _____________________________________________________________________________ // Инициализация / финализация //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Конструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// constructor TLiteFrame.Create(AWndParent: THandle); begin inherited Create; // Запоминаем дескриптор родительского окна FWndParent := AWndParent; // Создаем место под блок обратного вызова FWndCallback := VirtualAlloc(nil,12,MEM_RESERVE or MEM_COMMIT, PAGE_EXECUTE_READWRITE); // Формируем блок обратного вызова asm mov EAX, Self mov ECX, [EAX].TLiteFrame.FWndCallback mov word ptr [ECX+0], $6858 // pop EAX mov dword ptr [ECX+2], EAX // push _Self_ mov word ptr [ECX+6], $E950 // push EAX mov EAX, OFFSET(TLiteFrame.WindowCallback) sub EAX, ECX sub EAX, 12 mov dword ptr [ECX+8], EAX // jmp TLiteFrame.WindowCallback end; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Деструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// destructor TLiteFrame.Destroy; begin // Уничтожаем структуру блока обратного вызова VirtualFree(FWndCallback, 0, MEM_RELEASE); // Уничтожение по умолчанию inherited; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteFrame // _____________________________________________________________________________ // Функции обработки сообщений //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Функция обратного вызова для получения оконных сообщений //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// function TLiteFrame.WindowCallback(hWnd: HWnd; Msg, WParam, LParam: Integer): Longint; var WindowMsg : TMessage; begin // Запоминаем дескриптор окна, если это первый вызов оконной процедуры if FWndHandle = 0 then FWndHandle := hWnd; // Формируем сообщение WindowMsg.Msg := Msg; WindowMsg.WParam := WParam; WindowMsg.LParam := LParam; // Обрабатываем его WindowProcedure(WindowMsg); // Возвращаем результат обратно системе Result := WindowMsg.Result; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Виртуальная функция для обработки оконных сообщений //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteFrame.WindowProcedure(var Msg: TMessage); begin // Распределяем сообщения по обработчикам Dispatch(Msg); end;
Реализация оконного класса TLiteWindow//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteWindow // _____________________________________________________________________________ // Инициализация / финализация //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Конструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// constructor TLiteWindow.Create(AWndParent: THandle); begin inherited; // Формируем параметры окна CreateWindowParams(FWndParams); // Регистрируем класс окна RegisterClass(FWndParams.WindowClass); // Создаем окно with FWndParams do CreateWindowEx(ExStyle, WindowClass.lpszClassName, Caption, Style, X, Y, Width, Height, WndParent, WndMenu, hInstance, Param ); end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Конструктор элемента с субклассингом //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// constructor TLiteWindow.CreateSubclassed(AWnd: THandle); begin inherited Create(GetParent(AWnd)); // Сохраняем оконную функцию FWndSubclass := Pointer(GetWindowLong(AWnd, GWL_WNDPROC)); // Сохраняем дескриптор окна FWndHandle := AWnd; // Устанавливаем свою оконную функцию SetWindowLong(FWndHandle, GWL_WNDPROC, DWord(WndCallback)); end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Деструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// destructor TLiteWindow.Destroy; begin // Наш объект - объект субклассиннга ? if FWndSubclass = nil then begin // Уничтожаем класс окна UnregisterClass(FWndParams.WindowClass.lpszClassName, hInstance); // Уничтожаем окно if IsWindow(FWndHandle) then DestroyWindow(FWndHandle); end else // Восстанавливаем старую оконную функцию SetWindowLong(FWndHandle, GWL_WNDPROC, DWord(FWndSubclass)); // Уничтожение по умолчанию inherited; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Формирование параметров окна по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteWindow.CreateWindowParams(var WindowParams: TWindowParams); var WndClassName : string; begin // Формируем имя класса Str(DWord(Self), WndClassName); WndClassName := ClassName+':'+WndClassName; // Заполняем информацию о классе окна with FWndParams.WindowClass do begin style := CS_DBLCLKS; lpfnWndProc := WndCallback; cbClsExtra := 0; cbWndExtra := 0; lpszClassName := PChar(WndClassName); hInstance := hInstance; hIcon := LoadIcon(0, IDI_APPLICATION); hCursor := LoadCursor(0, IDC_ARROW); hbrBackground := COLOR_BTNFACE + 1; lpszMenuName := ''; end; // Заполняем информацию об окне with FWndParams do begin WndParent := FWndParent; Caption := 'Lite Window'; Style := WS_OVERLAPPEDWINDOW or WS_VISIBLE; ExStyle := 0; X := Integer(CW_USEDEFAULT); Y := Integer(CW_USEDEFAULT); Width := Integer(CW_USEDEFAULT); Height := Integer(CW_USEDEFAULT); WndMenu := 0; Param := nil; end; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteWindow // _____________________________________________________________________________ // Функции обработки сообщений //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Обработчик сообщений по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteWindow.DefaultHandler(var Msg); begin // Наш объект - объект субклассиннга ? if FWndSubclass = nil then // Вызываем системную функцию обработки сообщений with TMessage(Msg) do Result := DefWindowProc(FWndHandle, Msg, WParam, LParam) else // Вызываем старую оконную функцию обработки сообщений with TMessage(Msg) do Result := CallWindowProc(FWndSubclass, FWndHandle, Msg, WParam, LParam); end;
Реализация диалогового класса TLiteDialog//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteDialog // _____________________________________________________________________________ // Инициализация / финализация //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Конструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// constructor TLiteDialog.Create(AWndParent: THandle); begin inherited; // Формируем параметры диалога CreateDialogParams(FDlgParams); // Создаем диалог with FDlgParams do CreateDialogParam(hInstance, Template, WndParent, WndCallback, 0); end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Деструктор //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// destructor TLiteDialog.Destroy; begin // Уничтожаем диалог if IsWindow(FWndHandle) then DestroyWindow(FWndHandle); // Уничтожение по умолчанию inherited; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Формирование параметров диалога по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteDialog.CreateDialogParams(var DialogParams: TDialogParams); begin DialogParams.WndParent := FWndParent; DialogParams.Template := ''; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Обработка сообщений по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteDialog.DefaultHandler(var Msg); begin // Возвращаемые значения по умолчанию with TMessage(Msg) do if Msg = WM_INITDIALOG then Result := 1 else Result := 0; end;
Реализация модального диалогового класса TLiteDialogBox//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // TLiteDialogBox // _____________________________________________________________________________ // Инициализация / финализация //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Формирование параметров диалога по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteDialogBox.CreateDialogParams(var DialogParams: TDialogParams); begin DialogParams.WndParent := FWndParent; DialogParams.Template := ''; end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Активизация модального диалога //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// function TLiteDialogBox.ShowModal: Integer; begin // Формируем параметры диалога CreateDialogParams(FDlgParams); // Показываем диалог with FDlgParams do Result := DialogBoxParam(hInstance, Template, WndParent, WndCallback, 0); end; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Обработка сообщений по умолчанию //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// procedure TLiteDialogBox.DefaultHandler(var Msg); begin // Возвращаемые значения по умолчанию with TMessage(Msg) do if Msg = WM_INITDIALOG then Result := 1 else Result := 0; end; end. 5. Пример программы на основе библиотеки WinLite в DelphiВ прилагаемом примере, построенном на основе разработанной автором библиотеки API-программирования WinLite, рассматриваются следующие проблемы:
Ссылки по теме
|
|