此专栏为移动机器人知识体系下的编程语言中的$\mathrm{C}$++从入门到深入的专栏，参考书籍：《深入浅出$\mathrm{C}$++》(马晓锐)和《从$\mathrm{C}$到$\mathrm{C}$++精通面向对象编程》(曾凡锋等)。

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14.API编程和MFC框架简介

14.1 API基础

• 视窗操作系统应用程序接口$(\mathrm{Windows}\mathrm{API},\mathrm{Win}\mathrm{API})$，是微软公司对于$\mathrm{Windows}$操作系统中可用的内核应用程序编程接口的称法；

• $\mathrm{API}$基本程序($Win32\mathrm{Application}$程序)：用$\mathrm{Visual}\mathrm{Studio}$生成框架。

  // Win32App.cpp : 定义应用程序的入口点。
  //#include "framework.h"
  #include "Win32App.h"#define MAX_LOADSTRING 100// 全局变量:
  HINSTANCE hInst;                                // 当前实例
  WCHAR szTitle[MAX_LOADSTRING];                  // 标题栏文本
  WCHAR szWindowClass[MAX_LOADSTRING];            // 主窗口类名// 此代码模块中包含的函数的前向声明:
  ATOM                MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
  BOOL                InitInstance(HINSTANCE, int);
  LRESULT CALLBACK    WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
  INT_PTR CALLBACK    About(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);int APIENTRY wWinMain(_In_ HINSTANCE hInstance,_In_opt_ HINSTANCE hPrevInstance,_In_ LPWSTR    lpCmdLine,_In_ int       nCmdShow)
  {UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);// TODO: 在此处放置代码。// 初始化全局字符串LoadStringW(hInstance, IDS_APP_TITLE, szTitle, MAX_LOADSTRING);LoadStringW(hInstance, IDC_WIN32APP, szWindowClass, MAX_LOADSTRING);MyRegisterClass(hInstance);// 执行应用程序初始化:if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow)){return FALSE;}HACCEL hAccelTable = LoadAccelerators(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDC_WIN32APP));MSG msg;// 主消息循环:while (GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0)){if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg)){TranslateMessage(&msg);DispatchMessage(&msg);}}return (int) msg.wParam;
  }//
  //  函数: MyRegisterClass()
  //
  //  目标: 注册窗口类。
  //
  ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
  {WNDCLASSEXW wcex;wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;wcex.lpfnWndProc    = WndProc;wcex.cbClsExtra     = 0;wcex.cbWndExtra     = 0;wcex.hInstance      = hInstance;wcex.hIcon          = LoadIcon(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDI_WIN32APP));wcex.hCursor        = LoadCursor(nullptr, IDC_ARROW);wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);wcex.lpszMenuName   = MAKEINTRESOURCEW(IDC_WIN32APP);wcex.lpszClassName  = szWindowClass;wcex.hIconSm        = LoadIcon(wcex.hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDI_SMALL));return RegisterClassExW(&wcex);
  }//
  //   函数: InitInstance(HINSTANCE, int)
  //
  //   目标: 保存实例句柄并创建主窗口
  //
  //   注释:
  //
  //        在此函数中，我们在全局变量中保存实例句柄并
  //        创建和显示主程序窗口。
  //
  BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
  {hInst = hInstance; // 将实例句柄存储在全局变量中HWND hWnd = CreateWindowW(szWindowClass, szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW,CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, nullptr, nullptr, hInstance, nullptr);if (!hWnd){return FALSE;}ShowWindow(hWnd, nCmdShow);UpdateWindow(hWnd);return TRUE;
  }//
  //  函数: WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM)
  //
  //  目标: 处理主窗口的消息。
  //
  //  WM_COMMAND  - 处理应用程序菜单
  //  WM_PAINT    - 绘制主窗口
  //  WM_DESTROY  - 发送退出消息并返回
  //
  //
  LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {switch (message){case WM_COMMAND:{int wmId = LOWORD(wParam);// 分析菜单选择:switch (wmId){case IDM_ABOUT:DialogBox(hInst, MAKEINTRESOURCE(IDD_ABOUTBOX), hWnd, About);break;case IDM_EXIT:DestroyWindow(hWnd);break;default:return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);}}break;case WM_PAINT:{PAINTSTRUCT ps;HDC hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);// TODO: 在此处添加使用 hdc 的任何绘图代码...EndPaint(hWnd, &ps);}break;case WM_DESTROY:PostQuitMessage(0);break;default:return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);}return 0;
  }// “关于”框的消息处理程序。
  INT_PTR CALLBACK About(HWND hDlg, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {UNREFERENCED_PARAMETER(lParam);switch (message){case WM_INITDIALOG:return (INT_PTR)TRUE;case WM_COMMAND:if (LOWORD(wParam) == IDOK || LOWORD(wParam) == IDCANCEL){EndDialog(hDlg, LOWORD(wParam));return (INT_PTR)TRUE;}break;}return (INT_PTR)FALSE;
  }

• $Win32\mathrm{API}$是$\mathrm{Microsoft}\mathrm{Windows}32$位平台的应用程序编程接口，$\mathrm{Microsoft}$提供了一系列$\mathrm{API}$函数供程序开发者开发$\mathrm{Windows}$应用程序；

• $\mathrm{Windows}\mathrm{API}$的分类：窗口管理、窗口通用控制、$\mathrm{Shell}$特性、图形设备接口、系统服务、国际特性、网络服务，这些$\mathrm{API}$提供了以下功能：

  • 基础服务$(\mathrm{base}\mathrm{services})$ $\mathrm{API}$：对$\mathrm{Windows}$系统的基础资源进行访问，如对文件系统、外部设备、进程、线程、注册表等的访问；
  • 图形设备接口$(\mathrm{Graphics}\mathrm{Device}\mathrm{Interface}，\mathrm{GDI})$ $\mathrm{API}$：在显示器、打印机及其他外部输出设备上绘制图形；
  • 图形化用户界面$(\mathrm{Graphical}\mathrm{User}\mathrm{Interface}，\mathrm{GUI})$ $\mathrm{API}$：建立与管理屏幕和大多数基本控件、接收鼠标和键盘输入等；
  • 通用对话框链接库$(\mathrm{common}\mathrm{dialog}\mathrm{box}\mathrm{library})$ $\mathrm{API}$：提供应用程序标准的对话框，如打开/保存文件对话框、字体对话框等；
  • 通用控件链接库$(\mathrm{common}\mathrm{control}\mathrm{library})$ $\mathrm{API}$：提供操作系统级别的高级控件，如状态栏、进度条、工具栏等；
  • $\mathrm{Windows}$外壳$(\mathrm{Windows}\mathrm{Shell})$ $\mathrm{API}$：提供应用程序实现对操作系统的访问；
  • 网络服务$(\mathrm{network}\mathrm{services})$ $\mathrm{API}$：提供网络功能接口，如$\mathrm{NetBIOS}、\mathrm{Winsock}$等；
  • $\mathrm{Web}$相关$\mathrm{API}$：为网页浏览器提供许多应用程序接口；
  • 多媒体相关$\mathrm{API}$：为多媒体服务和游戏服务提供接口；
  • 程序通信$\mathrm{API}$：提供不同应用程序的通信接口；

• 基本术语：

  • 句柄：句柄本身是$\mathrm{Windows}$在内存中的一个$4$字节长的数值，用于标识应用程序中不同对象和相同对象的不同实例，常见的$\mathrm{API}$句柄如下：
    • $\mathrm{HWND}$：窗口句柄；
    • $\mathrm{HINSTANCE}$：类实例句柄；
    • $\mathrm{HCOURSOR}$：光标句柄；
    • $\mathrm{HMENU}$：菜单句柄；
    • $\mathrm{HFILE}$：文件句柄；
  • 消息：指操作系统向某个程序发出的一个通知，告知应用程序某个事件发生了，如单击鼠标、按下键盘时，$\mathrm{Windows}$会发送一个消息给应用程序，告知应用程序这些事件发生了。
  • 消息处理机制：指$\mathrm{Windows}$处理消息的方法和规则，$\mathrm{Windows}$有一套完整的消息处理机制，$\mathrm{Windows}$的消息处理机制由以下三部分组成：
    • 消息队列：$\mathrm{Windows}$为每个应用程序生成一个消息队列，应用程序只能从消息队列中获取消息，然后分派给某个窗口；
    • 消息循环：通过循环机制，应用程序可以从消息队列中检索消息，再把消息分配给特定的窗口，之后继续从消息队列检索下一条消息，再分配给特定的窗口，只要消息队列中有消息，循环就一直执行；
    • 窗口过程：每个窗口都有一个窗口过程来接收传递给窗口的消息，其任务是获取消息，然后进行响应，窗口过程是一个回调函数，回调函数对信息进行处理，处理完成后返回一个值给$\mathrm{Windows}$；

• $\mathrm{Windows}$典型的消息处理过程如下图：

  

  • 增加消息：操作系统接收到应用程序的窗口消息，将消息保存到该应用程序的消息队列中；
  • 取消息：应用程序从消息队列中取出一条消息，取出消息后，应用程序先对消息进行一些预处理，如是否放弃对此消息的处理等，然后进行下一步处理；
  • 消息回传给操作系统：应用程序将消息再次传递给操作系统；
  • 发送消息：操作系统把消息发送给应用程序，窗口过程对此消息进行响应；

14.2 MFC框架基础

• $\mathrm{MFC}$框架给开发者定义了一个应用程序的基本框架，并提供了许多用户和系统接口的标准实现方法，开发者只要完善预定义的接口，即可完成一个应用程序的编写；
• 众多由$\mathrm{C}$++编写的$\mathrm{MFC}$类库组成了$\mathrm{MFC}$框架，这些类库封装了大量$Win32$应用程序接口和概念，特点是具有很高的封装性；
• $\mathrm{MFC}$抽象出许多类的共同特性设计出一些具有普遍意义的基础类，这些类通过派生形成了许多实用的类；
• $\mathrm{MFC}$抽象类中，$\mathrm{CObject}$和$\mathrm{CCmdTarget}$是核心的类，$\mathrm{CObject}$是$\mathrm{MFC}$所有类的基类，$\mathrm{CCmdTarget}$是消息类的基类；
• 一个$\mathrm{MFC}$程序由许多对象组成，常见的几个重要的对象：
  • 窗口对象：基类是$\mathrm{CWnd}$，负责处理窗口对象；
  • 应用程序对象：基类是$\mathrm{CWinThread}$，负责处理应用程序对象；
  • 文档对象：基类是$\mathrm{CDocument}$，负责处理应用程序的文档对象；
• $\mathrm{MFC}$通过封装、继承等技术为开发者提供了一整套应用程序开发模板，常用的几个模板：
  • 单文档应用程序模板：只有一个文档区的应用程序，如：$\mathrm{Windows}$的画板程序属于单文档应用程序；
  • 多文档应用程序模板：在一个程序中，可以产生多个文档区的应用程序($\mathrm{Microsoft}$的$\mathrm{Office}$产品中的$\mathrm{Word}$应用程序属于多文档应用程序)；
  • 基于对话框应用程序模板：应用程序没有文档的概念，程序界面以对话框为基础；
• 单文档和多文档模板采用了以"文档-视图"为中心的思想，文档主要负责数据的保存和处理，视图负责数据的显示和编辑；