Программирование на основе Win32 API в Delphi



Автор: Николай Мазуркин
WEB-сайт: http://www.sources.ru

Введение

Любую 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.

Принципы построения API-библиотеки

Стандартным 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:

  • TLiteWindow - класс окна, с возможностью subclass'инга;
  • TLiteDialog - класс немодального диалога;
  • TLiteDialogBox - класс модального диалога.

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 !

К тому же, 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.

  • Невизуальные классы библиотеки ACL - http://a-press.parad.ru/pc/bokovikov/delphi/acl/acl.zip
  • Невизуальные классы библиотеки XCL - http://xcl.cjb.net
  • JEDI Code Library - http://www.delphi-jedi.com
  • Системные компоненты на Torry - www.torry.ru

Библиотека WinLight

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//         WinLite, библиотека классов и функций для работы с Win32 API
//                       (c) Николай Мазуркин, 1999-2000
// _____________________________________________________________________________
//                                Оконные классы
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unit WinLite;
interface
uses Windows, Messages;
// Инициализационные структуры
// Объявление 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 TLiteFrame
Базовый класс для окон и диалогов.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 TLiteWindow
Создание 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 TLiteDialog
Загрузка 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 TLiteDialogBox
Загрузка 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 TLiteFrame
implementation
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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.

Далее: Создание формы и кнопки на чистом API »»