Windows消息机制要点, 系统消息的分类

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Windows消息机制要点

一、消息的基本概念

Windows是一个消息(Message)驱动系统。Windows的消息提供了应用程序之间、应用程序与Windows系统之间进行通信的手段。应用程序想要实现的功能由消息来触发,并且靠对消息的响应和处理来完成。必须注意的是,消息并非是抢占性的,无论事件的缓急,总是按照到达的先后派对,依次处理(一些系统消息除外),这样可能使一些实时外部事件得不到及时处理。

Windows的应用程序一般包含窗口(Window),它主要为用户提供一种可视化的交互方式,窗口是总是在某个线程(Thread)内创建的。Windows系统通过消息机制来管理交互,消息(Message)被发送,保存,处理,一个线程会维护自己的一套消息队列(Message Queue),以保持线程间的独占性。队列的特点无非是先进先出,这种机制可以实现一种异步的需求响应过程。

消息(Message)指的就是Windows 操作系统发给应用程序的一个通告,它告诉应用 程序某个特定的事件发生了。比如,用户单击鼠标或按键都会引发Windows 系统发送相应 的消息。最终处理消息的是应用程序的窗口函数,如果程序不负责处理的话系统将会作出默 认处理。
从数据结构的角度来说,消息是一个结构体,它包含了消息的类型标识符以及其他的 一些附加信息。比如对于鼠标单击产生的消息而言,它就包含了窗口句柄、此消息的常量标识符、鼠标的位置坐标等相关信息。
Windows系统定义了许多消息常量,包括标准的Windows消息、通知消息、命令消息等等。这些消息常量通常具有XX_YYYY的形式,其他XX通常代表消息的类型,而后面的YYYY通常是这个消息所对应事件的英文缩写。比如WM_LBUTTONDOWN代表的事件就是按下了鼠标左键。

二、windows的消息系统

Windows的消息系统由3个部分组成:
消息队列。Windows操作系统本身维护了一个系统消息队列,而对于每一个正在执行的Windows应用程序,系统会为其建立一个应用程序消息队列。应用程序可以从这个消息队列中获取消息,然后分派给对应的窗口。
消息循环。Windows应用程序中都包含了一段称作“消息循环(也称消息泵)”的代码,用来从消息队列中检索消息并把他们分发到相应的窗口函数中。正是这个消息循环使得一个应用程序能够响应外部的各种事件,所以消息循环往往是一个Windows应用程序的核心部分。
窗口函数(也叫窗口过程)。最终为了处理各种消息,Windows应用程序所创建的每个窗口(广义,包括实际窗口、控件等诸如此类的的内容)都会在系统中注册一个相应的窗口函数,此窗口函数从形式上看一个巨大的switch语句,用以处理由消息循环发送到该窗口的各种消息。窗口函数是一种回调函数(Callback Function),也就是说,它是由Windows操作系统负责调用的,而应用程序本身不能调用它。

Windows操作系统中的消息从发生到被处理一般有5个步骤:
(1)系统发生了一个事件。
(2)Windows系统把事件翻译为对应的消息,并把它放到消息队列中。
(3)应用程序从消息队列中获取消息,然后把它封装在TMsg结构中。
(4)应用程序通过消息循环把消息分派给对应的窗口函数。
(5)窗口函数负责最终处理这个消息。

下图显示了这样的处理过程

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Windows程序的窗口和消息 — 一个Windows程序从生到死

1. 窗口过程
每个窗口会有一个称为窗口过程的回调函数(WndProc),
它带有四个参数,分别为:窗口句柄(Window Handle),消息ID(Message ID),和两个消息参数(wParam, lParam), 当窗口收到消息时系统就会调用此窗口过程来处理消息。(所以叫回调函数)
(注: 个人认为可以理解为, 程序窗体响应系统的管理\自动用户操作的处理机制.)


2 消息类型
1) 系统定义消息(System-Defined Messages)
在SDK中事先定义好的消息,非用户定义的,其范围在[0x0000, 0x03ff]之间, 可以分为以下三类:
1> 窗口消息(Windows Message)
与窗口的内部运作有关,比如 —– 创建窗口: WM_CREATE,绘制窗口: WM_PAINT等。可以是一般的窗口,也可以是Dialog,控件等。
还有: WM_MOUSEMOVE, WM_CTLCOLOR, WM_HSCROLL…
2> 命令消息(Command Message)
与处理用户请求有关, 如单击菜单项或工具栏或控件时, 就会产生命令消息。
WM_COMMAND, LOWORD(wParam 的低位, 即后十六位)表示菜单项,工具栏按钮或控件的ID。如果是控件, HIWORD(wParam 的高位, 即前十六位)表示控件消息类型
3> 控件通知(Notify Message)
控件通知消息, 这是最灵活的消息格式, 其Message, wParam, lParam分别为:WM_NOTIFY, 控件ID,指向NMHDR的指针。NMHDR包含控件通知的内容, 可以任意扩展。
注: NMHDR 的结构可参考: https://baike.baidu.com/view/8062693.htm
或者到 MSDN 上搜索.

2) 程序定义消息(Application-Defined Messages)
用户自定义的消息, 对于其范围有如下规定:
WM_USER: 0x0400-0x7FFF      (ex. WM_USER+10)
WM_APP(winver> 4.0): 0x8000-0xBFFF (ex.WM_APP+4)
RegisterWindowMessage: 0xC000-0xFFFF

3 消息队列(Message Queues)
Windows中有两种类型的消息队列
1) 系统消息队列(System Message Queue)
这是一个系统唯一的Queue,设备驱动(mouse, keyboard)会把操作输入转化成消息存在系统队列中,然后系统会把此消息放到目标窗口所在的线程的消息队列(thread-specific message queue)中等待处理

2) 线程消息队列(Thread-specific Message Queue)
每一个GUI线程都会维护这样一个线程消息队列。(这个队列只有在线程调用GDI函数时才会创建,默认不创建)。然后线程消息队列中的消息会被送到相应的窗口过程(WndProc)处理.
注意: 线程消息队列中WM_PAINT,WM_TIMER只有在Queue中没有其他消息的时候才会被处理,WM_PAINT消息还会被合并以提高效率。其他所有消息以先进先出(FIFO)的方式被处理。

4 队列消息(Queued Messages)和非队列消息(Non-Queued Messages)

1)队列消息(Queued Messages)
消息会先保存在消息队列中,消息循环会从此队列中取消息并分发到各窗口处理
如鼠标,键盘消息。

2) 非队列消息(NonQueued Messages)
消息会绕过系统消息队列和线程消息队列直接发送到窗口过程被处理
如: WM_ACTIVATE, WM_SETFOCUS, WM_SETCURSOR, WM_WINDOWPOSCHANGED
注意: postMessage发送的消息是队列消息,它会把消息Post到消息队列中; SendMessage发送的消息是非队列消息, 被直接送到窗口过程处理

5 PostMessage(PostThreadMessage), SendMessage
PostMessage:把消息放到指定窗口所在的线程消息队列中后立即返回。 PostThreadMessage:把消息放到指定线程的消息队列中后立即返回。
SendMessage:直接把消息送到窗口过程处理, 处理完了才返回。

6 GetMessage, PeekMessage
PeekMessage会立即返回    可以保留消息
GetMessage在有消息时返回  会删除消息

7 TranslateMessage, TranslateAccelerator
TranslateMessage: 把一个virtual-key消息转化成字符消息(character message),并放到当前线程的消息队列中,消息循环下一次取出处理。
TranslateAccelerator: 将快捷键对应到相应的菜单命令。它会把WM_KEYDOWN 或 WM_SYSKEYDOWN转化成快捷键表中相应的WM_COMMAND 或WM_SYSCOMMAND消息,
然后把转化后的 WM_COMMAND或WM_SYSCOMMAND直接发送到窗口过程处理, 处理完后才会返回。

8(消息死锁( Message Deadlocks)
假设有线程A和B, 现在有以下下步骤
1) 线程A SendMessage给线程B, A等待消息在线程B中处理后返回
2) 线程B收到了线程A发来的消息,并进行处理, 在处理过程中,B也向线程A SendMessgae,然后等待从A返回。
因为此时, 线程A正等待从线程B返回, 无法处理B发来的消息, 从而导致了线程A,B相互等待, 形成死锁。多个线程也可以形成环形死锁。
可以使用 SendNotifyMessage或SendMessageTimeout来避免出现死锁。
9 BroadcastSystemMessage
我们一般所接触到的消息都是发送给窗口的, 其实, 消息的接收者可以是多种多样的,它可以是应用程序(applications), 可安装驱动(installable drivers), 网络设备(network drivers), 系统级设备驱动(system-level
device drivers)等,
BroadcastSystemMessage这个API可以对以上系统组件发送消息。



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