Программирование на основе Win32 API в Delphi

1. Введение.

Любую современную программу или программную технологию можно представить как совокупность программных «слоев». Каждый из этих слоев производит свою собственную работу, которая заключается в повышении уровня абстракции производимых операций. Так, самый низший слой (слои) вводит понятия, которые позволяют абстрагироваться от используемого оборудования; следующий слой (слои) позволяет программисту абстрагироваться от сложной последовательности вызовов функций, вводя такое понятие какпротокол и т.д. Практически в любом современном программном продукте можно обнаружить и выделить около десятка последовательных слоев абстракции.

Абстракция от оборудования и низкоуровневых протоколов вводится в ядра операционных систем в виде библиотек API (Application Program Interface). Однако современные тенденции приводят к необходимости абстрагирования и от самих операционных систем, что позволяет переносить программы с одной операционной системы на другую путем простой перекомпиляции (транслируемые программы, в основном, вообще не требуют никаких действий по переносу).

Абстракцию, которая доступна программисту в виде библиотек API можно назвать базовой. Это самый низкий уровень абстракции, который доступен для прикладного программирования. На уровне ядра системы доступны и более низкие уровни абстракции, однако для их использования необходимо разрабатывать специализированные программы (драйвера, модули). Базовый уровень абстракции (API) предоставляет максимально широкие возможности для прикладного программирования и является наиболее гибким. Однако, программирование с использованием API является гораздо более трудоемким и приводит к значительно большим объемам исходного кода программы, чем программирование с использованием дополнительных библиотек.

Дополнительные библиотеки поставляются со многими средствами разработки с целью уменьшения трудоемкости и сроков разработки программ, что в итоге приводит к повышению их конкурентноспособности. Но применение дополнительных библиотек абстракций приводит к резкому увеличению размеров откомпилированных программ, из-за того что в программу включается код используемых библиотек, к тому же это включение зачастую бывает неэффективным — в программу включаются неиспользуемые участки кода. Кроме того, чем больше уровень абстракции библиотеки, тем сложнее ее код, и тем больше трудностей возникает при решении сложных задач. Приходится учитывать множество взаимосвязей и взаимных влияний отдельных элементов и процессов библиотеки друг на друга. Кроме того, структура и функциональность любой библиотеки обычно рассчитывается на удовлетворение всех потенциально возникающих задач, что приводит к ее громоздкости и неэффективности.

В Delphi используется очень мощная и сложная библиотека VCL (Visual Components Library), которая помимо непосредственных абстракций вводит также и множество своих функциональных классов. В этой библиотеке находятся компоненты для визуального отображения информации, работы с базами данных, с системными объектами, компоненты для работы с Internet-протоколами, классы для написания своих COM-объектов и многое другое. Модули библиотеки подключаются к компиляции по мере необходимости, однако базовый размер простейшего диалогового проекта с одной формой превышает 300кБ (со статически скомпонованной библиотекой). И такой размер во многих случаях может оказаться слишком большим, особенно если программа не требует большой функциональности в интерфейсе.

Для решения этой проблемы можно отказаться от использования библиотеки VCL, и программировать, используя базовый набор функций Win32 API. Однако, если при разработке линейных, недиалоговых, нерезидентных программ не возникает никаких трудностей, то разработка программ, требующих активного взаимодействия с пользователем или системой, становится трудоемкой. Структурное программирование, рекомендуемое в таких случаях, оказывается неэффективным и трудоемким.

Данная статья посвящена проблеме создания и использования компактной объектно-ориентированной библиотеки, которая бы облегчила построение небольших и эффективных программ на основе Win32 API.

2. Существующие решения

Автору известны три объектно-ориентированные библиотеки, которые можно рассматривать как альтернативу библиотеке VCL при написании компактных программ. Это библиотеки классов XCL, ACL и KOL. Все библиотеки бесплатны и поставляются в исходных кодах.

Библиотека ACL (API control library)
Автор: Александр Боковиков, Екатеринбург, Россия
Страничка: http://a-press.ur.ru/pc/bokovikov
E-Mail: abb (at) adx.ru
Классы и модули: TFont, TFonts, TControl, TWinControl, TStdControl, TLabel, TEdit, TListBox, TButton, TCheckBox, TComboBox, TGroupBox, TProgressBar, TKeyboard
Библиотека XCL (Extreme class library)
Автор: Vladimir Kladov (Mr.Bonanzas)
Страничка: http://xcl.cjb.net
E-Mail: bonanzas (at) xcl.cjb.net
Классы и модули: XForm, XApplet, XCanvas, XPen, XBrush, XFont, ZDDB, ZHiBmp, ZDIBitmap, ZBitmap, ZIcon, ZGifDecoder, ZGif, ZJpeg, XLabel, XButton, XBevel, XPanel, XSplitPanel, XStatus, XGrep, XGroup, XCheckBox, XRadioBox, XPaint, XScroller, XScrollBox, XScrollBoxEx, XEdit, XNumEdit, XCombo, XGrid, XListView, XMultiList, XNotebook, XTabs, XTabbedNotebook, XCalendar, XGauge, XGaugePercents, XHysto, XHystoEx, XImageList, XImgButton, XTooltip, XCustomForm, XDsgnForm, XDsgnNonvisual, CLabel, CPaint, CButton, CEdit, CMemo, CCheckBox, CRadioBox, CListBox, CComboBox, ZList, ZMenu, ZPopup, ZMainMenu, ZPopupMenu, ZTimer, ZStrings, ZStringList, ZIniFile, ZThread, ZQueue, ZFileChange, ZDirChange, ZOpenSaveDialog, ZOpenDirDialog, ZTree, ZDirList, ZDirListEx, ZRegistry, ZStream, ZFileStream, ZMemoryStream, XStrUtils, XDateUtils, XFileUtils, XWindowUtils, XPrintUtils, XShellLinks, XJustOne, XJustOneNotify, XPascalUnit, XSysIcons, XCanvasObjectsManager, XRotateFonts, XFocusPainter, XFormsStdMouseEvents, XFormsStdKeyEvents, XFormAutoSizer, XAligner, XControlAutoPlacer, XMfcAntiFlicker, XSplitSizer, XResizeAntiFlicker, XCaretShower, XEditMouseSelect, XEditClipboard, XEditUndo, XListMouseSel, XListKeySel, XListEdit, ZNamedTags, XBtnRepeats, XBufLabels, XBackgrounds, XWndDynHandlers
Библиотека KOL (Key object library)
Автор: Vladimir Kladov (Mr.Bonanzas)
Страничка: http://xcl.cjb.net
E-Mail: bonanzas (at) xcl.cjb.net
Классы и модули: TObj, TList, TGraphicTool, TCanvas, TControl, TTimer, TTrayIcon, TStream, TStrList, TDirList, TIniFile

Как видно из списка приведенных для каждой библиотеки классов, эти библиотеки предендуют скорее не на помощь при написании программ с использованием Win32 API, а пытаются создать более высокий уровень абстракции чем API, по крайней мере в графической части (особенно это относится к XCL). Более того, иерархия и перечень объектов совпадают с соответствующими структурами в библиотеке VCL, что скорее всего связано с желанием авторов обеспечить логическую совместимость с VCL при построении программ на основе этих библиотек.

Данные библиотеки не обеспечивают минимального размера программы, за счет того что предоставляют более высокий уровень абстракции. Они являются компромисом между программированием с использованием VCL и программированием на чистом API.

3. Принципы построения API-библиотеки

Стандартным видом API-программирования является структурное программирование. Примеры такого программирования на Win32 API есть практически в любой книжке по Borland Pascal, Borland C++, Microsoft Visual C++ и другим системам разработки. Множество примеров API-программирования на С содержится в поставке Microsoft Visual C++.

Структурное программирование с оконными функциями, процедурами обработки команд, не в состоянии обеспечить быструю и эффективную разработку программ. В современной ситуации большинство программистов привыкло к объектно-ориентированному методу, с возможностью инкапсуляции, наследования и переопределения методов объектов. Такое программирование оказывается наиболее эффективным.

Кроме того, для построения эффективной API-библиотеки прежде всего нужно выяснить, какие задачи при работе с Win32 API являются наиболее трудоемкими. Практика показывает, что наиболее неудобным и трудоемким элементом является реализация основного диспетчера логики программы — оконной функции. Реализация этой функции в качестве метода класса, а не простой глобальной функции, позволила бы улучшить структуру кода и облегчить программирование путем инкапсулирования всех переменных внутри оконного класса.

Программирование может быть еще более облегчено, есть возпользоваться механизмом message-процедур языка Object Pascal. Вызов этих процедур полностью лежит на компиляторе и корневом объекте TObject и включает в себя методы Dispatch, DefaultHandler, а также все методы, объявленные с директивой message. Такое решениее позволит полностью отказаться от громоздкого оператора case в оконной функции.

Учитывая все вышеперечисленное автором была создана компактная библиотека оконных классов WinLite. Эта библиотека является минимальной, она не вводит более высоких уровней абстракции чем существуют в Win32 API — она только облегчает работу, переводом программирования в объектно-ориентированное русло. Размер библиотеки очень небольшой и вся она помещается в один модуль. Библиотека реализует базовый класс TLiteFrame и построенные на основе него оконные классы:

  • TLiteWindow — класс окна, с возможностью subclass’инга;
  • TLiteDialog — класс немодального диалога;
  • TLiteDialogBox — класс модального диалога.

Библиотека может быть использована совместно с VCL. На первый взгляд, это возможность является абсурдной и ненужной, так как об экономии размера в этом случае не может быть и речи. Однако, иногда бывают моменты, когда реализация специфических оконных элементов на основе объектов TWinControl или TCustomControl может быть затруднена или неэффективна из-за их сложности и неочевидного поведения. В этом случае, можно реализовать такой элемент на базе класса TLiteWindow — он будет вести себя стандартным образом, как и полагается вести себя стандартному оконному элементу Win32.

Благодаря своей простой архитектуре библиотека может быть использована в многопоточной программе. Конечно, вы не сможете вызывать методы классов одного потока из другого потока без соответствующей синхронизации. Однако, вы можете беспрепятственно создавать оконные классы в различных потоках без блокировки и синхронизации, а также посылать сообщения оконным классам в другом потоке.

Практический совет: при API-программировании программист должен сам следить за корректным освобождением многочисленных ресурсов, которые занимает программа во время выполнения. Поэтому, для облегчения этой задачи используйте какую-либо контролирующую утилиту, например MemProof или Numega BoundsChecker. Корректное освобождение занятых ресурсов крайне необходимо !

Для редактирования шаблонов диалогов можно использовать любой редактор ресурсов, например Borland Resource WorkShop, правда он несколько неудобен, а окончательный результат все равно приходится корректировать вручную.

Вся документация необходимая для API-программирования содержится в поставляемых компанией Microsoft компакт-дисках с документацией под общим названием MSDN (Microsoft Developer’s Network). Существует online-версия документации по адресу . Урезанная версия MSDN, содержащая основные файлы помощи, поставляется с Delphi.

Прежде чем вы решите работать над своим проектом в русле Win32 API, подумайте, а зачем вам это нужно? В подавляющем числе случаев размер программы не имеет никакого значения. Я не хочу сказать, что API-программирование сложнее чем VCL-программирование. Во многих случаях легче изучить и написать 10 вызовов API с кучей аргументов и понимать, что происходит, чем написать 1 вызов простой, на первый взгляд, VCL-инструкции и потом долго исследовать дебри VCL в поисках ответа. Просто API-программирование — это другая культура, к которой вы, возможно, не привыкли. И первоначальная работа может вызвать у вас сильное разочарование. API-программирование требует дотошности, кропотливости и внимательного изучения документации.

Те же, кто отважился программировать на API, наряду с библиотекой WinLite могут совместно использовать невизуальные классы как из состава VCL (модули SysUtils, Classes), так и многие сторонние — естественно, что размер вашей программы при этом увеличится.

  • Невизуальные классы библиотеки ACL — a-press.ur.ru/pc/bokovikov
  • Невизуальные классы библиотеки XCL — xcl.cjb.net
  • JEDI Code Library — www.delphi-jedi.com
  • Системные компоненты на Torry —

Заслуживает внимание работа Владимира Кладова по изменению функциональности обязательного модуля system.pas. Со времен первых версий Turbo Pascal этот модуль по умолчанию компонуется в исполняемый код программы. Код модуля реализует многие принципы и решения заложенные в синтаксис и логику языка Object Pascal, и изменение этого модуля позволяет модифицировать реализацию этой логики. Такое решение является специфичным для языка Object Pascal в отличие, например, от C/C++, где компилятор и абсолюдно все модули никак не связаны. Изменение модуля system.pas, а именно его разбиение на блоки и сокращение редко используемых участков кода позволило сократить постоянные (не переменные) издержки примерно на 8 кБ. Конечно, для больших проектов, такое сокращение может быть и незаметным, однако интересен сам принцип.

  • Модифицированный модуль system.pas — http://xcl.cjb.net

4. Библиотека WinLite

Инициализационные структуры

Объявление структур, которые используются для формирования параметров вновь создаваемых окон и диалогов соответственно.

Декларация базового класса TLiteFrame

Базовый класс для окон и диалогов. Инкапсулирует в себе дескриптор окна и объявляет общую оконную процедуру. Реализует механизм message-процедур.

Декларация оконного класса TLiteWindow

Создание уникального класса окна и создание окна. Возможность субклассинга стороннего окна.

Декларация диалогового класса TLiteDialog

Загрузка шаблона диалога и создание диалога.

Декларация модального диалогового класса TLiteDialogBox

Загрузка шаблона диалога и создание диалога. Модальный показ диалога.

Реализация базового класса TLiteFrame

Реализация оконного класса TLiteWindow

Реализация диалогового класса TLiteDialog

Реализация модального диалогового класса TLiteDialogBox

5. Пример программы на основе библиотеки WinLite

В прилагаемом примере, построенном на основе разработанной автором библиотеки API-программирования WinLite, рассматриваются следующие проблемы:

  • создание и показ окон;
  • создание и показ диалогов;
  • загрузка ресурсов;
  • работа с трэем;
  • активизация приложения по нажатию глобальной «горячей» клавиши;
  • «прилипание» окна к границам рабочей области экрана;
  • реализация графики OpenGL;
  • субклассинг стандартных элементов управления;
  • буферизация вывода в окно для устранения мерцания;
  • создание дополнительного потока и передача сообщений между потоками;
  • установка таймера.

But sometimes, overawed by the commercial potential of the https://www.college-homework-help.org project, I lose sight of this fact?

Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего сайта.

Leave a Reply

Надо сделать сайт? Мы выгодно сделаем сайт! ©