揭開.NET消息循環的神秘面紗

2019-11-17 04:46:46

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供稿：網友

　　曾經在Win32平臺下奮戰的程序員們想必記得，為了弄清楚“消息循環”的概念，度過多少不眠之夜。盡管如今在應用程序代碼的編寫過程中，我們已經不再需要它，但是深刻理解Windows平臺內部的消息流轉機制依然必要..

　　在早年直接用Win32/Win16 API寫程序的時代，消息循環是我們必須搞懂的第一個觀念。現在，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，都不太輕易看到消息循環。事實上，消息循環依然存在，只是被這些ApplicationFramework包裝起來，深深地埋藏在某個角落。

　　本文章試圖喚起大家對于消息循環的回憶，也試圖解釋消息循環如何被封裝進.NET Framework的Windows Forms中。雖然Windows Forms將這一切都藏起來，但是也留下許多空間，讓我們可以自行處理Win32的消息。

　　傳統的Windows 程序

　　傳統的Windows程序，只利用Win32 API撰寫，下面是一個程序范例，為了節省篇幅，我將其中許多程序代碼省略：

// 程序進入點

int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPRevInstance,

LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow){
　MSG msg;
　if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow)){
　　return FALSE;
　}

　// 主消息循環:

　while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)){
　　TranslateMessage(&msg); DispatchMessage(&msg);
　}
　return (int) msg.wParam;
}

// 函數: WndProc(HWND, unsigned, Word, LONG)
// 用途: 處理主窗口的消息。

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);
　　　　// 剖析菜單選取項目:
　　　　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: 在此加入任何繪圖程序代碼...
　　　　EndPaint(hWnd, &ps);
　　　　break;

　　　case WM_DESTROY:
　　　　PostQuitMessage(0);
　　　　break;
　　　default:
　　　　return DefWindowProc(hWnd, message,wParam, lParam);
　　}
　　return 0;
　}

　// [關于] 方塊的消息處理例程。

　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、從_tWinMain內，程序進入主消息循環；

　　2、消息循環從消息隊列（Message Queue）中取得一個消息（透過調用GetMessage()）。每個執行中的程序都有一個屬于自己的消息隊列；

　　3、消息循環根據消息內容來決定消息應該送給哪個Windows Procedure（WndProc），.. 這就稱為消息分發（Message Dispatch）。通常“每一種”窗口或控件（control）都有一個Windows Procedure，來處理該種窗口/控件的行為；

　　4、Windows Procedure根據消息內容來決定應該調用哪個函數（利用Switch/Case語法）；..

　　5、Windows Procedure處理完，控制權回到消息循環。繼續進行2、3、4、5的動作；

　　6、當消息隊列為空的時候，GetMessage()無法取得任何消息，就會進入Idle（空閑）狀態，進入睡眠狀態（而不是Busy Waiting）。當消息隊列不再為空的時候，程序會自動醒過來，繼續進行2、3、4、5的動作；

　　7、當取得的消息是WM_QUIT，GetMessage()就會得到0的返回值，因而離開消息循環，程序結束。程序會利用調用PostQuitMessage()來將WM_QUIT放置進消息隊列中，來造成稍后結束，而不會直接貿然跳離開循環來結束。

　　雖名為隊列（queue），.. 但是消息隊列中的消息并非總是先進先出（First In First Out，FIFO），有一些特例：

　　. 只要消息隊列中有WM_QUIT ，就會先取出WM_QUIT，導致程序結束。

　　. 只有在沒有其它消息的時候，WM_PAINT 和WM_TIMER才會被取出。且多個WM_PAINT可能會被合并成一個，WM_TIMER也是如此。

　　. 利用TranslateMessage()來處理消息，可能會造成新消息的產生。例如：TranslateMessage()可以辨識出WM_KEYDOWN（按鍵按下）加上WM_KEYUP（按鍵放開）就產生WM_CHAR（字符輸入）。
更多的請看：http://www.QQread.com/windows/2003/index.Html何謂消息

　　鼠標移動、按鍵被按下、窗口被關閉.，這些都會產生消息。在Windows操作系統中，消息是以下面的數據結構存在的（定義在WinUser.h檔案中）：..

typedef struct tagMSG {
　HWND hwnd;
　UINT message;
　WPARAM wParam;
　LPARAM lParam;
　DWORD time;
　POINT pt;
} MSG;
　　消息內有六個信息，分別是：

　　. hwnd：窗口/控件的唯一hwnd的編號。消息循環會根據此信息，將消息送到正確目標。

　　. message：Windows預先定義的消息種類的ID。

　　. wParam 與lParam：有些message本身需要攜帶更多的信息，這些信息就放在wParam與lParam中。

　　. time與pt：消息發生當時的時間與鼠標位置。

　　.NET Framework如何封裝消息循環

　　.NET Framework的Windows Forms將消息循環封裝起來，以方便我們使用。本節中所提到的類（class），都是屬于System.Windows.Forms名字空間（namespace）。

　　簡單歸納如下：消息循環被封裝進了Application類的Run()靜態方法中；Windows Procedure被封裝進了NativeWindow 與Control 類中；個別的消息處理動作被封裝進Control 類的OnXyz()（例如OnPaint()）。我們可以覆蓋（override）OnXyz()，來提供我們自己的程序。也可以利用.NET的事件（event）機制，在Xyz事件上，加入我們的事件處理函數（Event Handler）。Control類的OnXyz()會主動調用Xyz 事件的處理函數。

　　請注重，因為Xyz 的事件處理函數是由Control類的OnXyz()方法所調用的，所以當你覆寫OnXyz()方法時，不要忘了調用Control類的OnXyz()（除非你有非凡需求），否則Xyz事件處理函數將會沒有作用。只要調用base.OnXyz()，就可以調用到Control類的OnXyz()方法，如下所示：

protected override void OnPaint(PaintEventArgs e){
　base.OnPaint (e);// TODO: 加入 Form1.OnPaint 實作
}
　　我們可以利用覆寫Control類的OnXyz()，來決定該消息發生時要做些什么。同理，我們甚至可以覆寫Control與NativeWindow類的WndProc()，來定義Windows Procedure。

　　再次提醒你，因為OnXyz()系列方法是由Control類的WndProc()所調用的，所以當你覆寫WndProc()時，不要忘了調用Control類的WndProc()（除非你有非凡需求），否則OnXyz()系列方法（以及Xyz事件處理函數）將會沒有作用。只要調用base.WndProc()，就可以調用到Control類的WndProc()，如下所示：

protected override void WndProc(ref Message m){
　base.WndProc (ref m);//TODO: 加入Form1.WndProc 實作
}
　　你可能也注重到了，WndProc()需要一個Message類的參數，這正是MSG被封裝成.NET版本的結果。

　　一個Windows Forms的范例

　　為了讓讀者更加了解實際的狀況，我用下面的實例范例作說明：

namespace WindowsApplication1{
　/// Form1 的摘要描述。
　public class Form1 : Form{
　　/// 設計工具所需的變數。
　　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);
　　}
　　/// 應用程序的主進入點。
　　[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()來將Form1窗口顯示出來，并進入消息循環。
程序的執行過程中，Application.Run()一直未結束。

　　2、OS在此Process的消息隊列內放進一個WM_PAINT消息，好讓窗口被顯示出來。

　　3、WM_PAINT被Application.Run()內的消息循環取出來，分發到WndProc()。由于多態（Polymorphism）的因素，此次調用（invoke）到的WndProc()是屬于Form1的WndProc()，也就是上述程序中批注（comment）1的地方，而不是調用到 Control.WndProc()。

　　4、在Form1.WndProc()的最后，有調用base.WndProc()，這實際上調用到Control.WndProc()。

　　5、Control.WndProc()從Message參數中得知此消息是WM_PAINT，于是調用OnPaint()。由于多態的因素，此次調用到的OnPaint()是屬于Form1的OnPaint()，也就是上述程序中批注2的地方，而不是調用到 Control.OnPaint()。

　　6、在Form1.OnPaint()的最后，有調用base.OnPaint()，這實際上調用到Control.OnPaint()。

　　7、我們曾經在Form1的構造函數（constructor）中將Form1_Paint()與Form1_Paint2()登記成為Paint事件處理函數
（Event Handler）。Control.OnPaint()會去依序去調用這兩個函數，也就是上述程序中批注3與4的地方。

　　干嘛知道這么多？拜工具之賜，現在的程序員很幸福，可以在糊里胡涂的情況下寫出程序來。不過這樣的程序員恐怕競爭力不強，究竟將組件（component）拖放（drag and drop）到畫面上，再設定組件屬性的工作，稱不上有太大的難度。只有深入了解內部原理，才能讓自己對技術融會貫通，也才能讓程序員之路走得更穩健、更長久。

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