Что такое windows api

Обновлено: 02.07.2024

Что такое API и что собой представляет Windows API.

Введение в API-программирование

API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль, библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована.

Если программу (модуль, библиотеку) рассматривать как чёрный ящик, то API — это множество «ручек», которые доступны пользователю данного ящика, которые он может вертеть и дёргать, при этом ящик будет производить какието определенные действия понятные и необходимые пользователю, но пользователь, при этом, не имеет даже представления о их реализации.

API операционных систем.

В индустрии программного обеспечения общие стандартные API для стандартной функциональности имеют важную роль, так как они гарантируют, что все программы, использующие общий API, будут работать одинаково хорошо или, по крайней мере, типичным привычным образом. В случае API графических интерфейсов это означает, что программы будут иметь похожий пользовательский интерфейс, что облегчает процесс освоения новых программных продуктов.

Widows API

Windows API был изначально спроектирован для использования в программах, написанных на языке C (или C++). Работа через Windows API — это наиболее близкий к системе способ взаимодействия с ней из прикладных программ. Более низкий уровень доступа, необходимый только для драйверов устройств, в текущих версиях Windows предоставляется через Windows Driver Model.

Win32 – 32х разрядный API для современных версий Windows. Самая популярная ныне версия. Базовые функции этого API реализованы в DLL kernel32.dll и advapi32.dll; базовые модули GUI — в user32.dll и gdi32.dll. Win32 появился вместе с Windows NT и затем был перенесён (в несколько ограниченном виде) в системы серии Windows 9x. В современных версиях Windows, происходящих от Windows NT, работу Win32 GUI обеспечивают два модуля: csrss.exe (Client/Server Runtime Subsystem), работающий в пользовательском режиме, и win32k.sys в режиме ядра. Работу же системных Win32 API обеспечивает ядро — ntoskrnl.exe

Win64 — 64-разрядная версия Win32, содержащая дополнительные функции для использования на 64-разрядных компьютерах. Win64 API можно найти только в 64-разрядных версиях Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista, Windows Server 2008, Windows Server 2008 R2 и Windows 7.

Структура API-программ

Содержание

Общие сведения

Windows API спроектирован для написания прикладных программ на языке С, предназначенных для работы под управлением операционной системы MS Windows. Тем не менее, API может быть использован любым языком программирования компилятора или ассемблером , способным обрабатывать (четко определенные) структуры данных низкого уровня наряду с предписанными соглашениями о вызовах для звонков и обратных вызовов . Кроме того , внутренняя реализация функции API была разработана на нескольких языках, исторически. Несмотря на то , что С не является объектно-ориентированным программированием языка, Windows API , и Windows , оба исторически были описаны как объектно-ориентированные. Там также было много классов обертки и расширений (от Microsoft и другие) для объектно-ориентированных языков программирования, которые делают эту объектно-ориентированную структуру более четко (MFC, VCL, GDI+ и т.д.) , Так , например, Microsoft Windows 8 обеспечивает API для Windows и WinRT API, который реализован в C++ и объектно-ориентированный дизайн. [Источник 2]

Работа через Windows API — это наиболее близкий к операционной системе способ взаимодействия с ней из прикладных программ. Более низкий уровень доступа, необходимый только для драйверов устройств, в текущих версиях Windows предоставляется через Windows Driver Model.

Windows API представляет собой множество функций, структур данных и числовых констант, следующих соглашениям языка Си. Все языки программирования, способные вызывать такие функции и оперировать такими типами данных в программах, исполняемых в среде Windows, могут пользоваться этим API. В частности, это языки C++, Pascal, Visual Basic и многие другие. Эти функции в свою очередь могут быть разбиты на следующие основные категории:

История Microsoft API

На протяжении многих лет были внесены различные изменения и дополнения в системах Windows , и Windows API изменился и вырос. В API для Windows 1.0 поддерживаются менее 450 функций , в то время как современные версии насчитывают тысячи. Тем не менее, в целом интерфейс остается достаточно последовательным, и старый Windows 1.0 будет по- прежнему выглядеть знакомым для программиста, который использует современный Windows API.

Одно из самых больших изменений в Windows API , был переход от Win16 (поставляется в Windows 3.1 и старше) в Win32 (Windows NT и Windows 95 и выше). В то время как Win32 первоначально была введена с Microsoft Windows NT 3.1 и Win32s разрешено использовать подмножество Win32. Для того, чтобы облегчить переход, в Windows 95, для разработчиков снаружи и внутри Microsoft ,была использована сложная схема API преобразователь , она может позволить 32-битный код для вызова в 16-битного кода (для большинства из Win16 API) , и наоборот. Плоские преобразователи позволили 32-битному коду вызывать 16-битные библиотеки, а схема широко использовалась в библиотеках Windows 95 , чтобы избежать переноса всей ОС для Win32 в одном пакете. В Windows NT, операционная система была чистой 32-битной, кроме частей для совместимости с 16-разрядными приложениями, и только родовыми преобразователями были доступны преобразователи от Win16 до Win32, как и для Windows 95. Platform SDK поставляются с компилятором , который может производить код , необходимый для этих преобразователей. Версии 64-битных ОС Windows также могут запускать 32-разрядные приложения с помощью WoW64. [Источник 4]

Обзор

Функции, предоставляемые Windows API, могут быть представлены следующим образом:

Взаимодействие программ

Версии Windows API

Почти каждая новая версия Microsoft Windows представила свои собственные дополнения и изменения в Windows API.

Win16 — первая версия Windows API для 16-разрядных версий Windows. Изначально назывался просто Windows API, затем стал называться Win16 для отличия от Win32.
Win32 — 32-разрядный API для современных версий Windows. Самая популярная ныне версия. Базовые функции этого API реализованы в динамически подключаемых библиотеках kernel32.dll и advapi32.dll ; базовые модули графического интерфейса пользователя — в user32.dll и gdi32.dll . Win32 появился вместе с Microsoft Windows NT и затем был перенесён в несколько ограниченном виде в системы серии Microsoft Windows 9x. В современных версиях Windows, происходящих от Windows NT, работу Win32 GUI обеспечивают два модуля: csrss.exe (процесс исполнения клиент-сервер), работающий в пользовательском режиме, и win32k.sys в режиме ядра. Работу же системных Win32 API обеспечивает ядро — ntoskrnl.exe .
Win32s — подмножество Win32, устанавливаемое на семейство 16-разрядных систем Microsoft Windows 3.x, и реализующее ограниченный набор функций Win32 API для этих систем.
Win64 — 64-разрядная версия Win32, содержащая дополнительные функции для использования на 64-разрядных компьютерах. Win64 API можно найти только в 64-разрядных версиях Microsoft Windows XP, Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Vista, Microsoft Windows Server 2008, Microsoft Windows Server 2008 R2, Microsoft Windows 7 и Microsoft Windows 8.
WinCE является реализацией Windows API для Windows CE операционной системы. [Источник 5]

Мультимедиа

В рамках каждой версии Windows , начиная с Microsoft Windows 95. OSR2, Microsoft предоставила Microsoft DirectX API , - набор графических и игровых услуг, который включает в себя:

- для аппаратного ускорения 2D векторной графики; - для аппаратного ускорения 3D графики; - для доступа звуковой карты низкого уровня аппаратного ускорения; - для связи с устройствами ввода, таких как джойстики и геймпады; - многопользовательская игровая инфраструктура. Этот компонент был устаревшим DirectX 9 и Microsoft больше не рекомендует использовать его для разработки игр.

Microsoft также предоставляет несколько интерфейсов API для кодирования медиа и воспроизведения:

Интерфейс прикладного программирования WindowsAPI (applicationprogramminginterface) является интерфейсом системного программирования в пользовательском режиме для семейства операционных систем Windows. До выхода 64-разрядных версий Windows программный интерфейс для 32-разрядных версий операционных систем Windows назывался Win32 API, чтобы его можно было отличить от исходной 16-разрядной версии Windows API (которая служила интерфейсом программирования для начальных 16-разрядных версий Windows).

Windows API состоит из нескольких тысяч вызываемых функций, которые разбиты на следующие основные категории:

Службы, функции и стандартные программы.

Некоторые термины в пользовательской и программной документации Windows в разных контекстах имеют разные значения. Например, слово служба может относиться к вызываемой в операционной системе стандартной подпрограмме, драйверу устройства или к обслуживающему процессу. Что именно означают те или иные термины, показано в следующем списке:

История Win32 API.

Интересно, что Win32 не планировался в качестве исходного интерфейса программирования для той системы, которая в ту пору называлась Windows NT. Поскольку проект Windows NT запускался в качестве замены для OS/2 версии 2, первоначальным интерфейсом программирования был 32-разрядный OS/2 PresentationManagerAPI. Но через год после запуска проекта произошел взлет поступившей в продажу Microsoft Windows 3.0. В результате этого Microsoft сменила направление и сделала Windows NT будущей заменой семейства продуктов Windows, а не заменой OS/2. В связи с этим и возникла необходимость выработать спецификацию Windows API — до этого, в Windows 3.0, API существовал только в виде 16-разрядного интерфейса.

Хотя в Windows API намечалось введение множества новых функций, недоступных в Windows 3.1, Microsoft решила сделать новый API, по возможности, максимально совместимым по именам, семантике и используемым типам данных с 16-разрядным Windows API, чтобы облегчить бремя переноса существующих 16-разрядных Windows-приложений в Windows NT. Этим, собственно, и объясняется тот факт, что многие имена функций и интерфейсов могут показаться непоследовательными: так нужно было для обеспечения совместимости нового Windows API со старым 16-разрядным Windows API.

WinAPI или Windows API (Application Programming Interface) - это библиотека для создания классических приложений Windows. Сама библиотека WinAPI написана на языке C и представляет собой коллекцию функций, структур и констант. Она объявлена в определённых заголовочных файлах и реализована в статических (.lib) и динамических (.dll) библиотеках.

В данном уроке мы создадим нашу первую программу на WinAPI. Для начала создайте проект. Выберите меню File -> New -> Project:

В открытом окне в левой панели выберите Other, затем Empty Project (пустой проект). Там же доступен шаблон Windows Desktop Application, но мы напишем программу с нуля, так как шаблон по умолчанию пока слишком сложен для нас. В нижней части выберите имя проекта, его местоположение и хотите ли вы создать решение для него. Местоположение может быть любым, для меня это C:\prog\cpp\

В обозревателе решений щёлкните правой кнопкой мышки и выберите Add -> New Item.

В открывшемся окне выберите C++ File (.cpp) и введите имя файла в нижней части - main.cpp.

Перед тем как мы начнём рассматривать код, давайте поговорим о типах данных в WinAPI и соглашениях вызова (calling conventions).

Типы данных в WinAPI

WinAPI переопределяет множество стандартных типов языка C. Некоторые переопределения зависят от платформы для которой создаётся программа. Например, тип LRESULT, если его скомпилировать для x86, будет типом long. Но если скомпилировать программу для x64, то LRESULT будет типом __int64. Вот так LRESULT определяется на самом деле (он зависит от LONG_PTR, а LONG_PTR может уже быть или __int64, или long):

Соглашения по вызову (Calling Conventions) - __stdcall

В коде ниже перед именами функций вы встретите __stdcall. Это одно из соглашений по вызову функций. Соглашение по вызову функций определяет каким образом аргументы будут добавляться в стек. Для __stdcall аргументы помещаются в стек в обратном порядке - справа налево. Также, __stdcall говорит, что после того как функция завершится, она сама (а не вызывающая функция) удалит свои аргументы из стека. Все функции WinAPI используют __stdcall соглашение.

WinAPI переопределяет __stdcall в WINAPI, CALLBACK или APIENTRY, которые используются в разных ситуациях. Поэтому в примерах из MSDN вы не увидите __stdcall, но нужно помнить что именно оно будет использоваться.

Типы WinAPI пишутся в верхнем регистре.

Описатели/дескрипторы (Handles) в WinAPI

Handle на русский язык сложно перевести однозначно. Наверное, наиболее частое употребление в русском имеет слово дескриптор. По сути это ссылка на ресурс в памяти. Например, вы создаёте окно. Это окно хранится в памяти и оно имеет запись в таблице, которая хранит указатели на все созданные системные ресурсы: окна, шрифты, файлы, картинки. Указатель на ваше окно в данной таблице называется дескриптором окна (handle of the window).

Любой указатель это просто переопределение типа void*. Примеры дескрипторных типов в WinAPI: HWND, HINSTANCE, HBITMAP, HCURSOR, HFILE, HMENU.

Подытожим: дескрипторы используются для получения доступа к каким-либо системным ресурсам.

WinAPI окна

Давайте посмотрим на код самой простой WinAPI программы:

Вначале нужно добавить WinAPI: статичную библиотеку, которая содержит определения различных функций и включить заголовочный файл с объявлениями этих функций, структур и констант. user32.lib содержит основные возможности Windows - всё, что касается окон и обработки событий.

Функция WinMain

WinMain - точка входа в программу, а как мы помним такая функция вызывается операционной системой.

Главная функция приложений под Windows отличается от консольной версии. Она возвращает целое число и это всегда ноль. __sdtcall говорит, что аргументы добавляются в стек в обратном порядке и WinMain сама удаляет их из стека по завершении. WinMain принимает 4 аргумента:

int __stdcall WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE, LPSTR, int nCmdShow)

hInstance - дескриптор экземпляра приложения. Можете думать о нём, как о представлении вашего приложения в памяти. Он используется для создания окон.

Второй аргумент - наследие шестнадцатибитных версий Windows. Уже давно не используется.

Третий аргумент представляет аргументы командной строки. Пока мы не будем им пользоваться.

nCmdShow - специальный флаг, который можно использовать при создании окон. Он говорит о состоянии окна: должно ли оно показываться нормально, на полный экран или быть свёрнутым.

Теперь давайте посмотрим как создаются окна.

Классы окон (Window Classes)

Сначала нужно заполнить структуру WNDCLASS. Пусть вас не смущает название WNDCLASS - это не C++ класс. В данном случае, класс - всего лишь термин используемый в WinAPI:

WNDCLASS windowClass = < 0 >; windowClass.lpfnWndProc = WindowProc; windowClass.hInstance = hInstance; windowClass.lpszClassName = "HELLO_WORLD"; RegisterClass(&windowClass);

Здесь мы инициализируем структуру WNDCLASS нулями, определяем обязательные поля и регистрируем класс.

lpfnWndProc имеет тип WNDPROC. Как говорилось выше, это указатель на функцию WindowProc, которую мы объявили в самом начале. У каждого оконного класса должна быть своя оконная процедура.

hInstance - дескриптор экземпляра приложения. Все оконные классы должны сообщать, какое приложение их зарегистрировало. Мы используем первый параметр функции WinMain.

lpszClassName - имя класса, задаётся пользователем. В Windows все классы называются в верхнем регистре (примеры: BUTTON, EDIT, LISTBOX), мы будем делать также в наших уроках.

WNDCLASS содержит больше полей: стиль, иконка, имя меню, но мы можем пропустить их. Некоторые из них мы рассмотрим в следующих уроках. Вы можете посмотреть полный список в документации к WinAPI на MSDN (официальном сайте Microsoft с документацией).

В конце мы регистрируем наш класс с помощью функции RegisterClass. Мы передаём адрес структуры WNDCLASS. Теперь мы можем создать окно.

Первая WinAPI программа - Пустое окно

В WinAPI есть функция для создания окон - CreateWindow:

HWND hwnd = CreateWindow( windowClass.lpszClassName, "Пустое WinAPI окно - Привет Мир!", WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 50, 1280, 720, nullptr, nullptr, hInstance, nullptr);

Первый параметр - имя класса. В данном случае он совпадает с именем класса, который мы зарегистрировали. Второй - имя окна, это та строка, которую пользователи программы будут видеть в заголовке. Следующий - стиль. WS_OVERLAPPEDWINDOW говорит, что WinAPI окно имеет заголовок (caption), кнопки сворачивания и разворачивания, системное меню и рамку.

Четыре числа определяют позицию левого верхнего угла окна и ширину/высоту.

Затем идут два указателя nullptr. Первый - дескриптор родительского окна, второй - меню. У нашего окна нет ни того, ни другого.

hInstance - дескриптор на экземпляр приложения, с которым связано окно.

В последний аргумент мы передаём nullptr. Он используется для специальных случаев - MDI (Multiple Document Interface ) - окно в окне.

CreateWindow возвращает дескриптор окна. Мы можем использовать его для обращения к окну в коде. Теперь мы можем показать и обновить окно.:

ShowWindow (показать окно) использует параметр nCmdShow функции WinMain для контроля начального состояния (развёрнуто на весь экран, минимизировано, обычный размер). UpdateWindow (обновить окно) мы обсудим в следующих уроках.

Главный цикл WinAPI

Далее идёт бесконечный цикл. В этом цикле мы будем реагировать на разные события, возникающие при взаимодействии пользователя с нашей программой.

Оконная процедура (Window Procedure) WindowProc

LRESULT __stdcall WindowProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) < switch (message) < case WM_DESTROY: PostQuitMessage(0); return 0; >return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam); >

Обратите внимание, что мы сами нигде не вызываем WindowProc. Оконная процедура привязана к классу окна. И когда мы вызываем DispatchMessage, система сама вызывает оконную процедуру, связанную с окном. Такие функции называются функциями обратного вызова (callback functions) - они не вызываются напрямую. Также обратите внимание, что данная функция получает только часть свойств MSG структуры.

Заключение

В данном уроке мы создали пустое но полностью функциональное стандартное окно операционной системы Windows. В следующих уроках мы обсудим разные части WinAPI, а шаблон из данного урока станет основой для наших программ на DirectX и OpenGL.

Читайте также: