揭开.NET消息循环的神秘面纱

2020-02-03 16:01:07

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供稿：网友

曾经在win32平台下奋战的程序员们想必记得，为了弄清楚“消息循环”的概念，度过多少不眠之夜。尽管如今在应用程序代码的编写过程中，我们已经不再需要它，但是深刻理解windows平台内部的消息流转机制依然必要..

　　在早年直接用win32/win16 api写程序的时代，消息循环是我们必须搞懂的第一个观念。现在，不管你用是windows上面的哪一套application framework（mfc、vcl、vb、.net framework），甚至unix、linux、macosx上面的application framework，都不太容易看到消息循环。事实上，消息循环依然存在，只是被这些applicationframework包装起来，深深地埋藏在某个角落。

　　本文章试图唤起大家对于消息循环的回忆，也试图解释消息循环如何被封装进.net framework的windows forms中。虽然windows forms将这一切都藏起来，但是也留下许多空间，让我们可以自行处理win32的消息。

　　传统的windows 程序

　　传统的windows程序，只利用win32 api撰写，下面是一个程序范例，为了节省篇幅，我将其中许多程序代码省略：

// 程序进入点

int apientry _twinmain(hinstance hinstance, hinstance hprevinstance,

lptstr lpcmdline, int ncmdshow){
　msg msg;
　if (!initinstance (hinstance, ncmdshow)){
　　return false;
　}

　// 主消息循环:

　while (getmessage(&msg, null, 0, 0)){
　　translatemessage(&msg); dispatchmessage(&msg);
　}
　return (int) msg.wparam;
}

// 函数: wndproc(hwnd, unsigned, word, long)
// 用途: 处理主窗口的消息。

lresult callback wndproc(
　hwnd hwnd, uint message, wparam wparam, lparam lparam) {
　　int wmid, wmevent; paintstruct ps;
　　hdc hdc;
　　switch (message){
　　　case wm_command:
　　　　wmid = loword(wparam);
　　　　wmevent = hiword(wparam);
　　　　// 剖析菜单选取项目:
　　　　switch (wmid){
　　　　　case idm_about:
　　　　　　dialogbox(hinst, (lpctstr)idd_aboutbox,hwnd, (dlgproc)about);
　　　　　　break;
　　　　　case idm_exit:
　　　　　　destroywindow(hwnd);
　　　　　　break;
　　　　　default:
　　　　　　return defwindowproc(hwnd, message,wparam,lparam);
　　　　}
　　　　break;
　　　case wm_paint:
　　　　hdc = beginpaint(hwnd, &ps);

　　　　// todo: 在此加入任何绘图程序代码...
　　　　endpaint(hwnd, &ps);
　　　　break;

　　　case wm_destroy:
　　　　postquitmessage(0);
　　　　break;
　　　default:
　　　　return defwindowproc(hwnd, message,wparam, lparam);
　　}
　　return 0;
　}

　// [关于] 方块的消息处理例程。

　lresult callback about(hwnd hdlg, uint message,

　wparam wparam, lparam lparam){
　　switch (message){
　　　case wm_initdialog:
　　　　return true;
　　　case wm_command:
　　　　if (loword(wparam) == idok || loword(wparam) == idcancel){
　　　　　enddialog(hdlg, loword(wparam));
　　　　　return true;
　　　　}
　　　　break;
　　　}
　　　return false;
　　}

　　1、从_twinmain内，程序进入主消息循环；

　　2、消息循环从消息队列（message queue）中取得一个消息（透过调用getmessage()）。每个执行中的程序都有一个属于自己的消息队列；

　　3、消息循环根据消息内容来决定消息应该送给哪个windows procedure（wndproc），.. 这就称为消息分发（message dispatch）。通常“每一种”窗口或控件（control）都有一个windows procedure，来处理该种窗口/控件的行为；

　　4、windows procedure根据消息内容来决定应该调用哪个函数（利用switch/case语法）；..

　　5、windows procedure处理完，控制权回到消息循环。继续进行2、3、4、5的动作；

　　6、当消息队列为空的时候，getmessage()无法取得任何消息，就会进入idle（空闲）状态，进入睡眠状态（而不是busy waiting）。当消息队列不再为空的时候，程序会自动醒过来，继续进行2、3、4、5的动作；

　　7、当取得的消息是wm_quit，getmessage()就会得到0的返回值，因而离开消息循环，程序结束。程序会利用调用postquitmessage()来将wm_quit放置进消息队列中，来造成稍后结束，而不会直接贸然跳离开循环来结束。

　　虽名为队列（queue），.. 但是消息队列中的消息并非总是先进先出（first in first out，fifo），有一些特例：

　　. 只要消息队列中有wm_quit ，就会先取出wm_quit，导致程序结束。

　　. 只有在没有其它消息的时候，wm_paint 和wm_timer才会被取出。且多个wm_paint可能会被合并成一个，wm_timer也是如此。

　　. 利用translatemessage()来处理消息，可能会造成新消息的产生。例如：translatemessage()可以辨识出wm_keydown（按键按下）加上wm_keyup（按键放开）就产生wm_char（字符输入）。

　　何谓消息

　　鼠标移动、按键被按下、窗口被关闭.，这些都会产生消息。在windows操作系统中，消息是以下面的数据结构存在的（定义在winuser.h档案中）：..

typedef struct tagmsg {
　hwnd hwnd;
　uint message;
　wparam wparam;
　lparam lparam;
　dword time;
　point pt;
} msg;
　　消息内有六个信息，分别是：

　　. hwnd：窗口/控件的唯一hwnd的编号。消息循环会根据此信息，将消息送到正确目标。

　　. message：windows预先定义的消息种类的id。

　　. wparam 与lparam：有些message本身需要携带更多的信息，这些信息就放在wparam与lparam中。

　　. time与pt：消息发生当时的时间与鼠标位置。

　　.net framework如何封装消息循环

　　.net framework的windows forms将消息循环封装起来，以方便我们使用。本节中所提到的类（class），都是属于system.windows.forms名字空间（namespace）。

　　简单归纳如下：消息循环被封装进了application类的run()静态方法中；windows procedure被封装进了nativewindow 与control 类中；个别的消息处理动作被封装进control 类的onxyz()（例如onpaint()）。我们可以覆盖（override）onxyz()，来提供我们自己的程序。也可以利用.net的事件（event）机制，在xyz事件上，加入我们的事件处理函数（event handler）。control类的onxyz()会主动调用xyz 事件的处理函数。

　　请注意，因为xyz 的事件处理函数是由control类的onxyz()方法所调用的，所以当你覆写onxyz()方法时，不要忘了调用control类的onxyz()（除非你有特殊需求），否则xyz事件处理函数将会没有作用。只要调用base.onxyz()，就可以调用到control类的onxyz()方法，如下所示：

protected override void onpaint(painteventargs e){
　base.onpaint (e);// todo: 加入 form1.onpaint 实作
}
　　我们可以利用覆写control类的onxyz()，来决定该消息发生时要做些什么。同理，我们甚至可以覆写control与nativewindow类的wndproc()，来定义windows procedure。

　　再次提醒你，因为onxyz()系列方法是由control类的wndproc()所调用的，所以当你覆写wndproc()时，不要忘了调用control类的wndproc()（除非你有特殊需求），否则onxyz()系列方法（以及xyz事件处理函数）将会没有作用。只要调用base.wndproc()，就可以调用到control类的wndproc()，如下所示：

protected override void wndproc(ref message m){
　base.wndproc (ref m);//todo: 加入form1.wndproc 实作
}
　　你可能也注意到了，wndproc()需要一个message类的参数，这正是msg被封装成.net版本的结果。

　　一个windows forms的范例

　　为了让读者更加了解实际的状况，我用下面的实例范例作说明：

namespace windowsapplication1{
　/// form1 的摘要描述。
　public class form1 : form{
　　/// 设计工具所需的变数。
　　private container components = null;
　　public form1(){
　　　autoscalebasesize = new size(5, 15);
　　　clientsize = new size(292, 266);
　　　name = "form1";
　　　text = "form1";
　　　paint += new painteventhandler(this.form1_paint);
　　　paint += new painteventhandler(this.form1_paint2);
　　}
　　/// 应用程序的主进入点。
　　[stathread]
　　static void main(){
　　　application.run(new form1());
　　}
　　protected override void onpaint(painteventargs e){
　　　base.onpaint (e); // 2
　　}
　　private void form1_paint(object sender, painteventargs e){
　　　// 3
　　}
　　private void form1_paint2(object sender, painteventargs e){
　　　// 4
　　}
　　protected override void wndproc(ref message m){
　　　base.wndproc (ref m); // 1
　　}
　}
}
　　1、在main()中，利用application.run()来将form1窗口显示出来，并进入消息循环。程序的执行过程中，application.run()一直未结束。

　　2、os在此process的消息队列内放进一个wm_paint消息，好让窗口被显示出来。

　　3、wm_paint被application.run()内的消息循环取出来，分发到wndproc()。由于多态（polymorphism）的因素，此次调用（invoke）到的wndproc()是属于form1的wndproc()，也就是上述程序中批注（comment）1的地方，而不是调用到 control.wndproc()。

　　4、在form1.wndproc()的最后，有调用base.wndproc()，这实际上调用到control.wndproc()。

　　5、control.wndproc()从message参数中得知此消息是wm_paint，于是调用onpaint()。由于多态的因素，此次调用到的onpaint()是属于form1的onpaint()，也就是上述程序中批注2的地方，而不是调用到 control.onpaint()。

　　6、在form1.onpaint()的最后，有调用base.onpaint()，这实际上调用到control.onpaint()。

　　7、我们曾经在form1的构造函数（constructor）中将form1_paint()与form1_paint2()登记成为paint事件处理函数
（event handler）。control.onpaint()会去依序去调用这两个函数，也就是上述程序中批注3与4的地方。

　　干嘛知道这么多？拜工具之赐，现在的程序员很幸福，可以在糊里胡涂的情况下写出程序来。不过这样的程序员恐怕竞争力不强，毕竟将组件（component）拖放（drag and drop）到画面上，再设定组件属性的工作，称不上有太大的难度。只有深入了解内部原理，才能让自己对技术融会贯通，也才能让程序员之路走得更稳健、更长久。

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