【程式】如何建一個視窗—Windows API篇

基本程式語言課程只會教語法，也只寫命令列程式，至於圖形介面程式是怎麼寫出來的，想必很多人有不得其門而入的神秘感。

事實上建視窗只用標準C語言是做不到的，必須跟作業系統打交道，使用作業系統提供的功能。除了圖形介面以外網路、多媒體、用來操作顯卡的Direct3D和OpenGL也一樣，要先進入作業系統API的大門才能寫出這些多采多姿的程式。

Windows上的作業系統API就稱為Windows API，本篇介紹用Windows API寫一個最基本的GUI程式。
這也是自製遊戲引擎的第一步，必須先建一個視窗才能做顯示畫面、處理輸入等其他事。

(本篇以前貼在另一個地方，移到這裡並做些修改)

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先把程式整個貼出來，再一行行講解。

#define UNICODE #include<windows.h> LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wparam, LPARAM lparam){   switch(message){   case WM_DESTROY:     PostQuitMessage(0);     return 0;   }   return DefWindowProc(hwnd,message,wparam,lparam); } int main(){   WNDCLASS wndclass;   ZeroMemory(&wndclass, sizeof(WNDCLASS));   wndclass.style=CS_HREDRAW|CS_VREDRAW;   wndclass.lpfnWndProc=WndProc;   wndclass.hCursor=LoadCursor(NULL,IDC_ARROW);   wndclass.hbrBackground=(HBRUSH)(COLOR_BTNFACE+1);   wndclass.lpszClassName=L"window";   RegisterClass(&wndclass);   HWND window=CreateWindow(L"window", L"title",     WS_OVERLAPPED|WS_SYSMENU|WS_VISIBLE,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,     200,200,NULL,NULL,NULL,NULL);   MSG msg;   int ret;   for(;;){     ret=GetMessage(&msg,NULL,0,0);     if(ret<=0)       break;     DispatchMessage(&msg);   }   return 0; }

　　首先可以看到Windows API裡很多macro、型態和常數名稱是標準C沒有的，用全大寫字母表示，型態名稱有的是struct(如WNDCLASS)，有的只是基本型態取另一個名字(如WPARAM和LPARAM在32位元環境是32 bit整數，64位元環境是64 bit整數)，有興趣的話可以翻相關的header看看它們的本質是什麼。

　　一開始的#define UNICODE很重要。Windows 2000、XP以後內部處理文字就都是Unicode了，不過為了跟舊軟體相容還保留了ANSI模式，而很多非英語的程式沒考慮到國際化還是用ANSI製作，在別種語言的環境字會變成亂碼甚至無法執行，應該很多人有開日文軟體時字變成亂碼的經驗，就是這個原因。
　　第一行寫了#define UNICODE以後再#include<windows.h>，以後Windows API跟字串有關的函式和struct都會使用Unicode的版本，反之會用ANSI的版本，例如下面的RegisterClass，翻一下winuser.h可以找到RegisterClassA和RegisterClassW。現在是國際化的時代，請養成習慣在#include<windows.h>之前加上這行。
　　L"window"的L表示這個字串是wide character，這是C語言標準不是Windows獨有的，在Windows此型態一個字元佔兩byte(其他OS不一定)，沒加L就是char型態，一個字元佔1 byte。

之後的WndProc()先不要看，先從main()看起。

　　第一步是註冊一個window class(視窗類別)，做法是宣告一個WNDCLASS結構，填好裡面的內容再傳入RegisterClass()。
先用ZeroMemory()把每個byte全設為0，再填入需要的內容，至少需要的有5個。
wndclass.style：bit flags，一些開關型屬性，將要開啟的bit用位元or運算。這裡CS_HREDRAW、CS_VREDRAW是指視窗被蓋住或移動時要自動重畫。(CS=class style)
wndclass.lpfnWndProc：處理視窗事件的函式，填上面宣告的WndProc()。
wndclass.hCursor：滑鼠游標，這裡LoadCursor(NULL,????)是載入系統內建游標，如果不填這一項游標移到視窗內會消失(在XP確認，Win10似乎不會這樣)。
wndclass.hbrBackGround：背景顏色，這裡填一個系統定義的顏色，如果不填則視窗內部會變成空的，可看到後面的東西(同樣在XP確認，其他的Windows不一定)。
+1和轉型成HBRUSH是WNDCLASS的規定，可以去看MSDN的說明。
wndclass.lpszClassName：class名稱，等一下CreateWindow要用。
Windows API裡要一次傳入或傳回很多值，常常是宣告一個struct再把它的指標傳入。

　　再來叫系統產生一個視窗，宣告一個HWND型態的變數再用CreateWindow macro。CreateWindow有11個參數看起來很討厭，不過這個函式使用率很高，我建議背下來。
1：class name，填剛剛在wndclass.lpszClassName指定的值。
2：window text，作用隨class而異，通常是顯示在螢幕上的文字，這裡我們要建的是頂層視窗，此值會變成視窗標題。
3：bit flags，WS_OVERLAPPED是指有標題和邊框，WS_SYSMENU是標題列有關閉按鈕，WS_VISIBLE當然是指看不看得到了，視窗預設都是隱藏的，除非指定WS_VISIBLE或之後呼叫ShowWindow()設定。(WS=window style)
4~7：X坐標、Y坐標、寬、高。
8：父視窗，這裡是頂層視窗，沒有父視窗所以填NULL。
9：目錄handle，這個視窗沒有目錄所以填NULL。
10：hInstance，這是為了相容95、98、ME的參數，之後版本的Windows可填NULL。
11：額外資料，這裡沒有額外資料故填NULL。

(註：實際存在的函式是CreateWindowEx，CreateWindow是個macro代換成CreateWindowEx。)

　　視窗程式是一個迴圈不斷執行「等待→發生事件→處理事件→等待→……」。
GetMessage()讓程式進入等待狀態直到發生事件，它會把事件資訊存在MSG結構裡。
之後用DispatchMessage()呼叫適當callback處理事件，本例的WndProc會由它呼叫。
查MSDN可以看到GetMessage收到WM_QUIT訊息時傳回0，有error時傳回-1，這裡寫成當它傳回0或-1時跳出迴圈。

　　再來看處理事件的函式WndProc，前面LRESULT CALLBACK是傳回值型態和calling convention，這個現在不講解，照MSDN的說明填就好。四個參數如下
hwnd：發生事件的視窗
message：一個ID代表事件種類
wparam和lparam：兩個整數額外資訊，意義隨事件種類而異
一般是先判斷message的值再做處理。本例只處理一個WM_DESTROY訊息，點視窗右上角的╳或按Alt+F4關閉視窗會產生這個訊息，裡面的PostQuitMessage()是發出一個WM_QUIT訊息讓程式可以跳出GetMessage迴圈，總合起來意義是「這個視窗被關掉的話就結束程式」。
　　視窗還有畫圖、滑鼠點選等等的訊息，我們沒處理的事件就呼叫DefWindowProc()讓系統做預設處理。
其實執行到DefWindowProc()才能在畫面上看到視窗，前面CreateWindow()只是配置記憶體裡的資料並把「畫出視窗」的事件放進message queue，直到DefWindowProc()處理事件才真正畫出東西。

命令列的話用這個指令build

GCC： gcc window.c -o window.exe -Os -s -luser32 VC： cl window.c /Fewindow.exe /O2 /MD /link user32.lib

user32.lib是連結到Windows的視窗系統函式庫user32.dll，本篇提到函式都定義在這裡面。
使用IDE如果跳「無法解析的外部符號 __imp_GetMessageW ……」的錯誤，在連結函式庫的設定加上user32。

成功的話點兩下產生的window.exe就會開一個視窗了。

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不過有沒有發現兩件事
1.在CreateWindow裡指定寬高各200，但這是包含邊框的大小，視窗工作區域變得小於200×200
2.執行時會同時出現一個命令列視窗

1用AdjustWindowRect函式

BOOL AdjustWindowRect(LPRECT lpRect,DWORD dwStyle,BOOL bMenu); //RECT結構內容如下 struct RECT{   LONG left;   LONG top;   LONG right;   LONG bottom; };

LPRECT型態前面的LP代表RECT的指標(即RECT*)。
先宣告一個RECT struct，填上需要的工作區大小，傳入這個函式就會傳回包含邊框的大小，之後再丟給CreateWindow。

RECT rect={0,0,200,200}; AdjustWindowRect(&rect,WS_CAPTION|WS_SYSMENU|WS_VISIBLE,0); HWND window=CreateWindow(L"window", L"title",   WS_OVERLAPPED|WS_SYSMENU|WS_VISIBLE,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,   rect.right-rect.left, rect.bottom-rect.top,   NULL,NULL,NULL,NULL);

AdjustWindowRect第二參數是window style(=CreateWindow的第三參數)，此函式的說明中有寫不能包含WS_OVERLAPPED，所以改用WS_CAPTION。
第三個參數是視窗有沒有目錄，這個視窗沒有目錄所以填0。

2是因為Windows程式有分命令列和視窗模式兩種，沒指定時compiler會把它build成命令列模式，就如此例有個命令列視窗。
要怎麼改成視窗模式呢？GCC要加個參數-mwindows

gcc window.c -o window.exe -Os -s -luser32 -mwindows

Code::Blocks的話，把project設定成GUI application就會自動加上這個參數(自己找一下在哪裡設)，可以注意一下IDE呼叫compiler的指令。

VC要把main函式改成如下

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)

修改後的結果


加上AdjustWindowRect以後就是視窗程式的基本型，要寫什麼視窗程式都是先寫出這一段再加東西。

#define UNICODE #include<windows.h> LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wparam, LPARAM lparam){   switch(message){   case WM_DESTROY:     PostQuitMessage(0);     return 0;   }   return DefWindowProc(hwnd,message,wparam,lparam); } int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow){   WNDCLASS wndclass;   ZeroMemory(&wndclass, sizeof(WNDCLASS));   wndclass.style=CS_HREDRAW|CS_VREDRAW;   wndclass.lpfnWndProc=WndProc;   wndclass.hCursor=LoadCursor(NULL,IDC_ARROW);   wndclass.hbrBackground=(HBRUSH)(COLOR_BTNFACE+1);   wndclass.lpszClassName=L"window";   RegisterClass(&wndclass);   RECT rect={0,0,200,200};   AdjustWindowRect(&rect,WS_CAPTION|WS_SYSMENU|WS_VISIBLE,0);   HWND window=CreateWindow(L"window", L"title",     WS_OVERLAPPED|WS_SYSMENU|WS_VISIBLE,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,     rect.right-rect.left, rect.bottom-rect.top,     NULL,NULL,NULL,NULL);   MSG msg;   int ret;   for(;;){     ret=GetMessage(&msg,NULL,0,0);     if(ret<=0)       break;     DispatchMessage(&msg);   }   return 0; }

最後介紹前面提到很多次的MSDN，這是微軟官方的說明文件，不知道函式或struct該填什麼時可以好好利用，也會寫函式放在哪個header、該連結哪個library。
入口：http://msdn.microsoft.com/en-us/library
CreateWindow的說明
如果安裝過Visual Studio或Windows SDK可能會在電腦上裝一份，這樣就不用上網查了。

本篇用到很多函式和bit flag，MSDN的使用說明其實都是很長一篇，因為官方文件要把所有可能的情況都寫上去，詳細用法就請自己查。

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名詞解釋

bit flags：

複習一下C語言語法，還記不記得or運算有位元or和邏輯or兩種？

	or	and	not
位元	|	&	~
邏輯	||	&&	!

如果用一個bit代表一個開或關的屬性，一個32位元整數就可以記錄32個屬性。
舉個例子，CreateWindow第三參數如果要填以下值，用二進位表示是這樣。

WS_CAPTION	00000000 11000000 00000000 00000000
WS_SYSMENU	00000000 00001000 00000000 00000000
WS_MINIMIZEBOX	00000000 00000010 00000000 00000000
WS_VISIBLE	00010000 00000000 00000000 00000000
四個值位元or	00010000 11001010 00000000 00000000

用位元or運算收集全部1的位元，就代表開啟這四個開關。
標準C裡很少用到bit flags，但世界上的函式庫很常見這種用法，不止Windows API。

視窗(window)：

在Windows API裡視窗不只是有標題列、邊框的那種東西，所有圖形介面元件包括按鈕、下拉式選單、輸入框都是視窗，它們都在畫面上佔有一個矩形區域，產生的方法也都是CreateWindow()。
CreateWindow的第一參數：class name就是告訴系統要產生哪一種元件，除了自己用RegisterClass註冊的以外有很多系統內建的元件，例如按鈕、check box、radio button是L"BUTTON"，下拉式選單是L"COMBOBOX"。

控制碼(handle)：

代表一個Windows系統底層的物件，程式想下指示給物件就要在函式中把該物件的handle傳入。它跟指標同樣大小，在32位元環境下是32位元整數，64位元環境是64位元。
Windows API裡很多H開頭的型態名稱都是handle，如檔案和thread(HANDLE)、視窗(HWND)，還有GDI裡的HFONT、HDC。
概念有點類似物件

//實際存在的函式 ShowWindow(hwnd, SW_MINIMIZE); //有點像這樣 hwnd->Show(SW_MINIMIZE);

但Windows API要給很多程式語言用，純C語法比較能跟其他語言整合，後者就綁死在C++。

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以上就是Windows最基本、最底層的圖形介面API，其他的圖形介面framework像是MFC、Windows Form、跨平台的wxWidgets，都是架在它上面。
遊戲一般是建一個視窗後畫面就全部自己畫，不用作業系統內建的視窗元件，用最直接的方法做事可減少多餘的東西提升效能。

但是用底層API建複雜的UI很煩雜，而且沒有一些方便的功能，例如視窗大小改變時自動改變元件的位置大小。如果想做office、繪圖軟體之類的軟體，使用以上那些整合framework比較不會混亂。

Windows API偉大的地方是這一套系統在Windows 3.1的時候就存在，一直到Windows 10仍然通用，寫Windows程式很少要考慮不同版本間的相容問題，得感謝微軟在向後相容做的努力，但也因此有很多歷史包袱。
相較起來Linux則是技術變更頻繁，寫程式要花很多時間處理相容性問題。

(總算知道怎麼在巴哈姆特打等寬字型了，這樣程式碼比較好看)
(也是現在才知道空白字元有字碼32和字碼160兩種，按空白鍵打出的是32的，但行開頭的空白要用160的，否則會被瀏覽器忽略)