网络安全编程：Windows消息机制实例

SendMessage()将指定的消息发送给指定的窗口，窗口接收到消息也有相应的行为发生。那么窗口接收到消息后的一系列行为是如何发生的？下面通过熟悉Windows的消息机制来理解消息处理背后的秘密。

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01 DOS程序与Windows程序执行流程对比

Windows下的窗口应用程序都是基于消息机制的，操作系统与应用程序之间、应用程序与应用程序之间，大部分都是通过消息机制进行通信、交互的。要真正掌握Windows应用程序内部对消息的处理，必须分析实际的源代码。在编写一个基于消息的Windows应用程序前，先来比较DOS程序和Windows程序在执行时的流程。

1. DOS程序执行流程

在DOS下将编写完的程序进行执行，在执行时有较为清晰的流程。比如用C语言编写程序后，程序执行时的大致流程如图1所示。

图1 传统DOS程序执行流程

在图1中可以看出，DOS程序的流程是按照代码的顺序（这里的顺序并不是指程序控制结构中的顺序、分支和循环的意思，而是指程序运行的逻辑有明显的流程）和流程依次执行。大致步骤为：DOS程序从main()主函数开始执行（其实程序真正的入口并不是main()函数）；执行的过程中按照代码编写流程依次调用各个子程序；在执行的过程中会等待用户的输入等操作；当各个子程序执行完成后，最终会返回main()主函数，执行main()主函数的return语句后，程序退出（其实程序真正的出口也并不是main()函数的return语句）。

2. Windows程序执行流程

DOS程序的执行流程比较简单，但是Windows应用程序的执行流程就比较复杂了。DOS是单任务的操作系统。在DOS中，通过输入命令，DOS操作系统会将控制权由Command.com转交给DOS程序从而执行。而Windows是多任务的操作系统，在Windows下同时会运行若干个应用程序，那么Windows就无法把控制权完全交给一个应用程序。Windows下的应用程序是如何工作的？首先看一下Windows应用程序内部的大致结构图，如图2所示。

图2 Windows应用程序执行原理图

图2可能看起来比较复杂，其实Windows应用程序的内部结构比该示意图更复杂。在实际开发Windows应用程序时，需要关注的部分主要是“主程序”和“窗口过程”两部分。但是从图2来看，主程序和窗口过程没有直接的调用关系，而在主程序和窗口过程之间有一个“系统程序模块”。“主程序”的功能是用来注册窗口类、获取消息和分发消息。而“窗口过程”中定义了需要处理的消息，“窗口过程”会根据不同的消息执行不同的动作，而不需要程序处理的消息则会交给默认的系统过程进行处理。

在“主程序”中，RegisterClassEx()函数会注册一个窗口类，窗口类中的字段中包含了“窗口过程”的地址信息，也就是把“窗口类”的信息（包括“窗口过程的地址信息”）告诉操作系统。然后“主程序”不断通过调用GetMessage()函数获取消息，再交由DispatchMessge()函数来分发消息。消息分发后并没有直接调用“窗口过程”让其处理消息，而是由系统模块查找该窗口指定的窗口类，通过窗口类再找到窗口过程的地址，最后将消息送给该窗口过程，由窗口过程处理消息。

02 一个简单的Windows应用程序

相对一个简单的DOS程序来说一个简单的Windows应用程序要很长。下面的例子中只实现了一个特别简单的Windows程序，这个程序在桌面上显示一个简单的窗口，它没有菜单栏、工具栏、状态栏，只是在窗口中输出一段简单的字符串。虽然程序如此简单，但是也要编写100行左右的代码。考虑到初学的朋友，这里将一部分一部分地逐步介绍代码中的细节，以减少代码的长度，从而方便初学者的学习。

1. Windows窗口应用程序的主函数——WinMain()

在DOS时代，或编写Windows下的命令行的程序，要使用C语言编写代码的时候都是从main()函数开始的。而在Windows下编写有窗口的程序时，要用C语言编写窗口程序就不再从main()函数开始了，取而代之的是WinMain()函数。

既然Windows应用程序的主函数是WinMain()，那么就从了解WinMain()函数的定义开始学习Windows应用程序的开发。WinMain()函数的定义如下：

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

该函数的定义取自MSDN中，在看到WinMain()函数的定义后，很直观地会发现WinMain函数的参数比main()函数的参数变多了。从参数个数上来说，WinMain()函数接收的信息更多了。下面来看每个参数的含义。

hInstance是应用程序的实例句柄。保存在磁盘上的程序文件是静态的，当被加载到内存中时，被分配了CPU、内存等进程所需的资源后，一个静态的程序就被实例化为一个有各种执行资源的进程了。句柄的概念随上下文的不同而不同，句柄是操作某个资源的“把手”。当需要对某个实例化进程操作时，需要借助该实例句柄进行操作。这里的实例句柄是程序装入内存后的起始地址。实例句柄的值也可以通过GetModuleHandle()参数来获得（注意系统中没有GetInstanceHandle()函数，不要误以为是hInstance就会有GetInstance×××()类的函数）。

句柄这个词在开发Windows程序时是非常常见的一个词。“句柄”一词的含义随上下文的不同而所有改变。比如，磁盘上的程序文件被加载到内存中后，就创建了一个实例句柄，这个实例句柄是程序装入内存后的“起始地址”，或者说是“模块的起始地址”。

拿SendMessage()函数举例来说，句柄相当于一个操作的面板，对句柄发送的消息相当于面板上的各个开关按键，消息的附加数据，相当于给开关按键送的各种参数，这些参数根据按键的不同而不同。

hPrevInstance是同一个文件创建的上一个实例的实例句柄。这个参数是Win16平台下的遗留物，在Win32下已经不再使用了。

lpCmdLine是主函数的参数，用于在程序启动时给进程传递参数。比如在“开始”菜单的“运行”中输入“notepad c:\boot.ini”，这样就通过记事本打开了C盘下的boot.ini文件。C:\Boot.ini文件是通过WinMain()函数的lpCmdLine参数传递给notepad.exe程序的。

nCmdShow是进程显示的方式，可以是最大化显示、最小化显示，或者是隐藏等显示方式（如果是启动木马程序的话，启动方式当然要由自己进行控制）。

主函数的参数都介绍完了。编写Windows的窗口程序，需要主函数中应该完成哪些操作是下面要讨论的内容。

2. WinMain()函数中的流程

编写Windows下的窗口程序，在WinMain()主函数中主要完成的任务是注册一个窗口类，创建一个窗口并显示创建的窗口，然后不停地获取属于自己的消息并分发给自己的窗口过程，直到收到WM_QUIT消息后退出消息循环结束进程。这是主函数中程序的执行脉络，程序中将注册窗口类、创建窗口的操作封装为自定义函数。

代码如下：

 
 
 
 
  
  
  
  int WINAPI WinMain(    
  
  
   HINSTANCE hInstance,    
  
  
   HINSTANCE hPrevInstance,    
  
  
   LPSTR lpCmdLine,    
  
  
   int nCmdShow)    
  
  
  {    
  
  
    MSG Msg;    
  
  
    BOOL bRet;    
  
  
    // 注册窗口类    
  
  
    MyRegisterClass(hInstance);    
  
  
    // 创建窗口并显示窗口    
  
  
    if ( !InitInstance(hInstance, SW_SHOWNORMAL) )    
  
  
    {    
  
  
      return FALSE;   
  
  
    }    
  
  
    // 消息循环    
  
  
    // 获取属于自己的消息并进行分发    
  
  
    while( (bRet = GetMessage(&Msg, NULL, 0, 0)) != 0 )    
  
  
    {    
  
  
      if ( bRet == -1 )    
  
  
      {    
  
  
        // handle the error and possibly exit    
  
  
        break;    
  
  
      }    
  
  
      else    
  
  
      {    
  
  
        TranslateMessage(&Msg);    
  
  
        DispatchMessage(&Msg);    
  
  
      }    
  
  
    }    
  
  
    return Msg.wParam;    
  
  
  }

在代码中，MyRegisterClass()和InitInstance()是两个自定义的函数，分别用来注册窗口类，创建窗口并显示更新创建的窗口。后面的消息循环部分用来获得消息并进行消息分发。它的流程如图2所示的“主程序”部分。

代码中主要是3个函数，分别是GetMessage()、TranslateMessage()和DispatchMessage()。这3个函数是Windows提供的API函数。GetMessage()的定义如下：

 
 
 
 
  
  
  
  BOOL GetMessage(    
  
  
   LPMSG lpMsg,    
  
  
   HWND hWnd,    
  
  
   UINT wMsgFilterMin,    
  
  
   UINT wMsgFilterMax    
  
  
  );

该函数用来获取属于自己的消息，并填充MSG结构体。有一个类似于GetMessage()的函数是PeekMessage()，它可以判断消息队列中是否有消息，如果没有消息，可以主动让出CPU时间给其他进程。关于PeekMessage()函数的使用，请参考MSDN：

 
 
 
 
  
  
  
  BOOL TranslateMessage(CONST MSG *lpMsg);

该函数是用来处理键盘消息的。它将虚拟码消息转换为字符消息，也就是将WM_KEYDOWN消息和WM_KEYUP消息转换为WM_CHAR消息，将WM_SYSKEYDOWN消息和WM_SYSKEYUP消息转换为WM_SYSCHAR消息：

 
 
 
 
  
  
  
  LRESULT DispatchMessage(CONST MSG *lpmsg);

该函数是将消息分发到窗口过程中。

3. 注册窗口类的自定义函数

在WinMain()函数中，首先调用了MyRegisterClass()这个自定义函数，需要传递进程的实例句柄hInstance作为参数。该函数完成窗口类的注册，分为两步：第一步是填充WNDCLASSEX结构体，第二步是调用RegisterClassEx()函数进行注册。该函数相对简单，但是，该函数中稍微复杂的是WNDCLASSEX结构体的成员较多。

代码如下：

 
 
 
 
  
  
  
  ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)    
  
  
  {    
  
  
    WNDCLASSEX WndCls;    
  
  
    // 填充结构体为 0    
  
  
    ZeroMemory(&WndCls, sizeof(WNDCLASSEX));    
  
  
    // cbSize 是结构体大小    
  
  
    WndCls.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);    
  
  
    // lpfnWndProc 是窗口过程地址    
  
  
    WndCls.lpfnWndProc = WindowProc;    
  
  
    // hInstance 是实例句柄    
  
  
    WndCls.hInstance = hInstance;    
  
  
    // lpszClassName 是窗口类类名    
  
  
    WndCls.lpszClassName = CLASSNAME;    
  
  
    // style 是窗口类风格    
  
  
    WndCls.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;    
  
  
    // hbrBackground 是窗口类背景色    
  
  
    WndCls.hbrBackground = (HBRUSH)COLOR_WINDOWFRAME + 1;    
  
  
    // hCursor 是鼠标句柄    
  
  
    WndCls.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);    
  
  
    // hIcon 是图标句柄    
  
  
    WndCls.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_QUESTION);    
  
  
    // 其他    
  
  
    WndCls.cbClsExtra = 0;    
  
  
    WndCls.cbWndExtra = 0;    
  
  
    return RegisterClassEx(&WndCls);    
  
  
  }

在代码中，WNDCLASSEX结构体的成员都介绍了。WNDCLASSEX中最重要的字段是lpfnWndProc，它将保存的是窗口过程的地址。窗口过程是对各种消息进程处理的“汇集地”，也是编写Windows应用程序的重点部分。代码中的函数都比较简单，主要涉及LoadCursor()、LoadIcon()和RegisterClassEx()这3个函数。由于这3个函数使用简单，通过代码就可以进行理解，这里不做过多介绍。

注册窗口类（提到窗口类，你是否想到了FindWindow()函数的第一个参数呢？）的重点是在后面的代码中可以根据该窗口类创建该种类型的窗口。代码中，在定义窗口类时指定了背景色、鼠标指针、窗口图标等，那么使用该窗口类创建的窗口都具有相同的窗口类型。

4. 创建主窗口并显示更新

注册窗口类后，根据该窗口类创建具体的主窗口并显示和更新窗口。

代码如下：

 
 
 
 
  
  
  
  BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)    
  
  
  {    
  
  
    HWND hWnd = NULL;    
  
  
    // 创建窗口    
  
  
    hWnd = CreateWindowEx(WS_EX_CLIENTEDGE,    
  
  
      CLASSNAME,    
  
  
      "MyFirstWindow",    
  
  
      WS_OVERLAPPEDWINDOW,    
  
  
      CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,    
  
  
      CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,    
  
  
      NULL, NULL, hInstance, NULL);    
  
  
    if ( NULL == hWnd )    
  
  
    {    
  
  
      return FALSE;    
  
  
    }    
  
  
    // 显示窗口    
  
  
    ShowWindow(hWnd, nCmdShow);    
  
  
    // 更新窗口    
  
  
    UpdateWindow(hWnd);    
  
  
    return TRUE;    
  
  
  }

在调用该函数时，需要给该函数传递实例句柄和窗口显示方式两个参数。这两个参数的第1个参数通过WinMain()函数的参数hInstance指定，第2个参数可以通过WinMain()函数的第3个参数指定，也可以进行自定义指定。程序中的调用代码如下：

 
 
 
 
  
  
  
  InitInstance(hInstance, SW_SHOWNORMAL);

在创建主窗口时调用了CreateWindowEx()函数，先来看看它的函数原型：

 
 
 
 
  
  
  
  HWND CreateWindowEx(    
  
  
   DWORD dwExStyle,    
  
  
   LPCTSTR lpClassName,    
  
  
   LPCTSTR lpWindowName,    
  
  
   DWORD dwStyle,    
  
  
   int x,    
  
  
   int y,    
  
  
   int nWidth,    
  
  
   int nHeight,    
  
  
   HWND hWndParent,    
  
  
   HMENU hMenu,    
  
  
   HINSTANCE hInstance,    
  
  
   LPVOID lpParam    
  
  
  );

CreateWindowEx()中的第2个参数是lpClassName，由注释可以知道是已经注册的类名。这个已经注册的类名就是WNDCLASSEX结构体的lpszClassName字段。

5. 处理消息的窗口过程

按照如图2所示的流程，WinMain()主函数的部分已经都实现完成了。接下来看程序中关键的部分——窗口过程。从WinMain()主函数中看出，在WinMain()主函数中没有任何地方直接调用窗口过程，只是在注册窗口类时指定了窗口过程的地址。那么窗口类是由谁进行调用的呢？答案是由操作系统进行调用的。原因有二，首先窗口过程的地址是由系统维护的，注册窗口类时是将“窗口过程的地址”向操作系统进行注册。其次是除了应用程序本身会调用自己的窗口过程外，其他应用程序也会调用自己的窗口过程，比如前面的例子中调用SendMessage()函数发送消息后，需要系统调用目标程序的窗口过程来完成相应的动作。如果窗口过程由自己调用，那么窗口就要自己维护窗口类的信息，进程间消息的通信会非常繁琐，也会无形中增加系统的开销。

窗口过程的代码如下：

 
 
 
 
  
  
  
  LRESULT CALLBACK WindowProc(    
  
  
      HWND hwnd,    
  
  
      UINT uMsg,    
  
  
      WPARAM wParam,    
  
  
      LPARAM lParam)    
  
  
  {    
  
  
    PAINTSTRUCT ps;    
  
  
    HDC hDC;    
  
  
    RECT rt;    
  
  
    char *pszDrawText = "Hello Windows Program.";    
  
  
    switch (uMsg)    
  
  
    {    
  
  
    case WM_PAINT:    
  
  
      {    
  
  
        hDC = BeginPaint(hwnd, &ps);    
  
  
        GetClientRect(hwnd, &rt);    
  
  
        DrawTextA(hDC,    
  
  
          pszDrawText, strlen(pszDrawText),&rt,    
  
  
          DT_CENTER | DT_VCENTER | DT_SINGLELINE);    
  
  
        EndPaint(hwnd, &ps);    
  
  
        break;    
  
  
      }    
  
  
    case WM_CLOSE:    
  
  
      {    
  
  
        if ( IDYES == MessageBox(hwnd,    
  
  
          "是否退出程序", "MyFirstWin", MB_YESNO) )    
  
  
        {    
  
  
          DestroyWindow(hwnd);    
  
  
          PostQuitMessage(0);    
  
  
        }    
  
  
        break;    
  
  
      }    
  
  
    default:    
  
  
      {    
  
  
        return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);    
  
  
      }    
  
  
    }    
  
  
    return 0;    
  
  
  }

在WinMain()函数中，通过调用RegisterClassEx()函数进行了窗口类的注册，通过调用CreateWindowEx()函数创建了窗口，并且GetMessage()函数不停地获取消息，但是在主函数中没有对被创建的窗口做任何处理。那是因为真正对窗口行为的处理全部放在了窗口过程中。当WinMain()函数中的消息循环得到消息以后，通过调用DispatchMessage()函数将消息派发（实际不是由DispatchMessage()函数直接派发）给了窗口过程，从而由窗口过程对消息进行处理。

窗口过程的定义是按照MSDN上给出的形式进行定义的，MSDN上的定义形式如下：

 
 
 
 
  
  
  
  LRESULT CALLBACK WindowProc(    
  
  
   HWND hwnd,    
  
  
   UINT uMsg,    
  
  
   WPARAM wParam,    
  
  
   LPARAM lParam    
  
  
  );

WindowProc是窗口过程的函数名，这个函数名可以随意改变，但是该窗口过程的函数名必须与WNDCLASSEX结构体中lpfnWndProc的成员变量的值一致。函数的第1个参数hwnd是窗口的句柄，第2个参数uMsg是消息值，第3个和第4个参数是对于消息值的附加参数。这4个参数的类型与SendMessage()函数的参数相对应。

上面WindowProc()窗口过程中只对两个消息进行了处理，分别是WM_PAINT和WM_CLOSE。这里为了演示因此只简单处理了两个消息。Windows中有上千种消息，那么多的消息不可能全部都由程序员自己去处理，程序员只处理一些程序中需要的消息，其余的消息就交给了DefWindowProc()函数进行处理。DefWindowProc()函数实际上是将消息传递给了操作系统，由操作系统来处理程序中没有处理的消息。比如，在调用CreateWindow()函数时，系统会发送消息WM_CREATE给窗口过程，但是这个消息可能对程序的功能并不需要进行特殊的处理，因此直接交由DefWindowProc()函数让系统进行处理。

DefWindowProc()函数的定义如下：

 
 
 
 
  
  
  
  LRESULT DefWindowProc(    
  
  
   HWND hWnd,    
  
  
   UINT Msg,    
  
  
   WPARAM wParam,    
  
  
   LPARAM lParam    
  
  
  );

该函数的4个参数跟窗口过程的参数相同，只要将窗口过程的参数依次传递给DefWindowProc()函数就可以完成该函数的调用。在switch分支结构中的default位置直接调用DefWindowProc()函数就可以了。

WM_CLOSE消息是关闭窗口时发出的消息，在这个消息中需要调用DestoryWindow()函数来销毁窗口，并且调用PostQuitMessage()来退出消息循环，使程序退出。对于WM_PAINT消息，这里不进行介绍，涉及的几个API函数可以参考MSDN进行了解。

有的资料在介绍消息循环时会给出一个建议，就是把需要经常处理的消息放到程序靠上的位置，而将不经常处理的消息放到程序靠下的位置，从而提高程序的效率。其实，在窗口过程中往往会使用switch结构对消息进行判断（如果使用if和else结构进行消息的判断，那么常用的消息是要放到前面），而switch结构在编译器进行编译后会进行优化处理，从而大大提高程序的运行效率。

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