C#中的API32（轉貼）

作者：劉鐵猛
日期：2005-12-20
關鍵字：C# .NET Win32 API

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小序
        Win32 API可以直接控制Microsoft Windows的核心，因為API（Application Programming Interface）本來就是微軟留給我們直接控制Windows的介面。想玩兒嗎？呵呵，太難了。
        C#使用非常簡單，寫程式就像打拱豬，Sorry  -_-! ，搭積木一樣簡單。想玩兒嗎？呵呵，沒辦法直接控制Windows的核心。
        難道就沒有兩全其美的辦法嗎？當然不是！要不微軟的產品早就沒人買了。其實從C#（或者說.NET平台）調用Win32 API還是非常簡單滴~~~~今天偶們大家就一起來研究研究。

一.    基礎知識
        Win32 API是C語言（注意，不是C++語言，儘管C語言是C++語言的子集）函數集。C#語言與C語言是完全不同的（除了文法上比較像），所以，要想用C#語言調用C語言的Win32 API，要費上一番周折。首先我們就要準備一些基礎知識。
1. Win32 API函數放在哪裡？
        Win32 API函數是Windows的核心，比如我們看到的表單、按鈕、對話方塊什麼的，都是依靠Win32函數“畫”在螢幕上的，由於這些控制項（有時也稱組件）都用於使用者與Windows進行互動，所以控制這些控制項的Win32 API函數稱為“使用者介面”函數（User Interface Win32 API），簡稱UI函數；還有一些函數，並不用於互動，比如管理當前系統正在啟動並執行進程、硬體系統狀態的監視等等……這些函數只有一套，但是可以被所有的Windows程式調用（只要這個程式的許可權足夠高），簡而言之，API是為程式所共用的。為了達到所有程式能共用一套API的目的，Windows採用了“動態連結程式庫”的辦法。之所以叫“動態連結程式庫”，是因為這樣的函數庫的調用方式是“隨用隨取”而不是像靜態連結庫那樣“用不用都要帶上”。
        這裡不太好理解，不要緊，我們舉個小例子。我們把Windows比做一個遊樂場，而把在遊樂場裡玩兒的小孩比做一個一個程式。小孩在玩的過程中可能要喝水。我們有兩個辦法讓小傢伙們想喝水的時候就有水喝：1.給每個小傢伙配一個水壺，小傢伙們喝了的話就喝自己帶的水；2.給遊樂場配一個飲水機，誰渴了誰來喝。顯然，第二個方法要好得多，這體現在三個地方。第一，帶著水壺，小傢伙身體不靈活、玩不爽（影響程式的速度），況且這隻是帶了一個水壺，要是再帶上飯盒呢？還有輪滑、頭盔、創可貼、紗布……AK-47 My God，如果帶全了就趕上美國大兵了。所以遊樂園裡還是有個公用“倉庫”要來的方便，讓大家隨用隨取（動態連結）。第二，小傢伙們帶了那麼多東西，佔了遊樂場很多地方，讓遊樂場擁擠不堪，別的小朋友就進不來了（程式體積大，影響程式和系統的效能）。第三，如果某件物品升級了，比如水壺從一升的改為二升的，那麼每個小傢伙就必須go home去換新的（重新編譯器，由編譯器把新的靜態庫連結進程式主體裡），而第二種情況裡，只要遊樂場把自己倉庫裡的水壺換個型號，那麼所有小傢伙就都在同一時間擁有了大容量的水壺。（悟空！我就一會兒不在，你怎麼就亂丟東西？！打到小朋友多不好~~~~~）
        悟空已經急了，我就不再嘰嘰歪歪了……呃……Win32 API函數是放在Windows系統的核心庫檔案中的，這些庫在硬碟裡的儲存形式是.dll檔案。我們常用到的dll檔案是user32.dll和kernel32.dll兩個檔案，還有其它一些dll檔案也非常重要，大家要在實踐中多積累經驗。
        我們知道Win32 API函數是放在dll檔案中了，但新問題又來了——我們怎麼調用它們呢？這些dll檔案是用C語言寫的，原始碼經C語言編譯器編譯之後，會以二進位可執行代碼形式存放在這些dll檔案中，就好像蘋果被打碎機打成果醬後裝在罐子裡一樣——你再也分不清哪個是你GF給你的，哪個是你老媽給你的一樣。為了能讓程式使用這些函數，微軟在發布每個新的作業系統的時候，也會放出這個系統的SDK，目前最新的是Win2003 SP1 SDK，據說Vista的馬上就要放出來，而且已經把UI的API從核心庫中分離出去以提高系統的穩定性了。SDK裡有一些C語言的標頭檔（.h檔案），這些檔案裡描述了核心dll檔案裡都有哪些Win32 API函數，在寫程式的時候，把這些.h檔案用#include"....."指令包含進你的程式裡，你就可以使用這些Win32 API了。至於程式是怎樣連結的，超出了本文的範圍——也超出了本人的知識範圍:D
         至此，如果你是C語言高手，已經可以使用Windows SDK去調教Windows了！不過，今天我們討論的是C#語言調用Win32 API的問題。我們現在已經知道API函數放在dll動態連結程式庫檔案裡，也知道C語言怎麼調用它們了，那麼C#語言怎麼辦呢？C#語言是不能使用C語言的.h檔案的。C#語言也使用dll動態連結程式庫，不過這些dll都是.NET版本的，具有“自描述性”，也就是自己肚子裡都有哪些函數都已經寫在自己的metadata裡了，不用再附加一個.h檔案來說明。現在，我們已經找到了問題的關鍵點：如何用.NET平台上的C#語言來調用Win32平台上的dll檔案。答案非常簡單：使用DllImport特性。
二.  小試牛刀
        下面，就讓我們寫一個小程式，試一試如何用C#語言和DllImport特性來調用Win32 API。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
     [DllImport("User32.dll")]
     public static extern int MessageBox(int h, string m, string c, int type);

     static intMain()
     {
         MessageBox(0, "Hello Win32 API", "水之真諦", 4);
         Console.ReadLine();
         return 0;
     }
}

        建立一個C#的控制台程式，把VS自動產生的程式碼清空，把上面的代碼Copy過去就可以編譯執行了。讓我們剖析一下這個程式：
1. 要使用DllImport這個特性（特性也是一種類），必須使用這一句using System.Runtime.InteropServices;
，匯入“運行時->互動服務”。喔~~~~運行時的互動服務不就是“動態連結”嗎？感謝Microsoft！
2. 然後我們就可以製造一個DllImport類的執行個體，並把這個執行個體綁定在我們要使用的函數上了。“屬性類別”這種類非常怪——製造類執行個體的時候不使用MyClass mc = new MyClass();這種形式，而是使用[屬性類別(參數列表)]這種形式；屬性類別不能獨立存在，一定要用作修飾其它目標上（本例是修飾後面的一個函數），不同的特性可以用來修飾類、函數、變數等等；屬性類別執行個體在被編譯的時候也不產生可執行代碼，而是被放進metadata裡以備檢索。總之，你記住屬性類別很怪就是了，想瞭解更多就查查MSDN，懶得查就先這麼記——不懂慣性定律不影響你學騎單車。[DllImport("User32.dll")]是說我們要使用的Win32 API函數在User32.dll這個檔案裡。問題又來了：我怎麼知道那麼多API函數都在哪個dll檔案裡呢？這個你可以在MSDN裡查到，位置是Root->Win32 and COM Development->Development Guides->Windows API->Windows API->Windows API Reference->Functions by Category。開啟這頁，你會看到有很多API的分類，API全在這裡了。開啟一個分類，比如Dialog Box，在Functions段，你會看到很多具體的函數，其中就有上面用到的MessageBox函數，點擊進入。你將開啟MessageBox的詳細解釋和具體用法。它的名字、傳回值、參數類型盡收眼底、一覽無餘！而且很練英文哦~~~~在這一頁的底部，你可以看到一個小表格，裡面有一項“Minimum DLL Version   user32.dll”就是說這個函數在user32.dll裡。
3. 接下來就是我們的函數了。在C#裡調用Win32函數有這麼幾個要點。第一：名字要與Win32 API的完全一樣。第二：函數除了要有相應的DllImport類修飾外，還要聲明成public static extern類型的。第三：也是最變態的一點，函數的傳回值和參數類型要與Win32 API完全一致！這可難煞我們這群初學者——Win32的資料類型比較搞怪，比如什麼LPSTR、什麼HINSTANCE都是些蝦米東東呢？給大家一個小參考，我的Blog裡有《Windows資料類型探幽——千迴百轉你是誰？》系列拙文，可以查一下。另外在此，我從MSDN裡摘出一張表來，是常用Win32資料類型與.NET平台資料類型的對應表：
Figure 2 Non-Pointer Data Types

Win32 Types	Specification	CLR Type
char, INT8, SBYTE, CHAR	8-bit signed integer	System.SByte
short, short int, INT16, SHORT	16-bit signed integer	System.Int16
int, long, long int, INT32, LONG32, BOOL, INT	32-bit signed integer	System.Int32
__int64, INT64, LONGLONG	64-bit signed integer	System.Int64
unsigned char, UINT8, UCHAR, BYTE	8-bit unsigned integer	System.Byte
unsigned short, UINT16, USHORT, WORD, ATOM, WCHAR, __wchar_t	16-bit unsigned integer	System.UInt16
unsigned, unsigned int, UINT32, ULONG32, DWORD32, ULONG, DWORD, UINT	32-bit unsigned integer	System.UInt32
unsigned __int64, UINT64, DWORDLONG, ULONGLONG	64-bit unsigned integer	System.UInt64
float, FLOAT	Single-precision floating point	System.Single
double, long double, DOUBLE	Double-precision floating point	System.Double
In Win32 this type is an integer with a specially assigned meaning; in contrast, the CLR provides a specific type devoted to this meaning.

        有了這些東西，我們就能把一個Win32 API函數轉成C#函數了。還拿MessageBox函數為例（看剛才給出的函數表），它的Win32原形如下：

int MessageBox(  HWND hWnd,   LPCTSTR lpText,    LPCTSTR lpCaption,  UINT uType );

函數名：MessageBox將保持不變。
傳回值：int 將保持不變（無論是Win32還是C#，int都是32位整數）
參數表：H開頭意味著是Handle，一般情況下Handld都是指標類型，Win32平台的指標類型是用32位來儲存的，所以在C#裡正好對應一個int整型。不過，既然是指標，就沒有什麼正負之分，32位都應該用來儲存數值——這樣一來，用uint（無符號32位整型）來對應Win32的H類型更合理。不過提醒大家一點，int是受C#和.NET CLR雙重支援的，而uint只受C#支援而不受.NET CLR支援，所以，本例還是老老實實地使用了int型。（肚子餓了……再堅持堅持……）
至於LPCTSTR是Long Pointer to Constant String的縮寫，說白了就是——字串。所以，用C#裡的string類型就對了。
修飾符：要求有相應的DllImport和public static extern

經過上面一番折騰，Win32的MessageBox函數就封裝成C#可以調用的函數了：

     [DllImport("User32.dll")]
     public static extern int MessageBox(int h, string m, string c, int type);

        好人做到底，我把四個參數的用處也說一下：
第一個：彈出的MessageBox的父視窗是誰。本例中沒有，所以是0，也就是“null 指標”。
第二個：MessageBox的內容。本例中是“Hello Win32 API”。
第三個：MessageBox的標題。本例中用的是本人Blog的名字——水之真諦——請大家不要忘記。
第四個：MessageBox上的按鈕是什麼，如果是0，那就只有一個OK，MessageBox太短了，你將看不全“水之真諦”四個字，於是偶改成了4，這樣就有兩個按鈕了。這些在MSDN的函數用法裡都有。不過，我還是非常推薦您閱讀一下本人的另一篇拙作《一個Win32程式的進化》 。
        至此，一個麻雀雖小、五毒俱全~~~Sorry  -_-! 五髒俱全的C#調用Win32 API的程式就分析完了。原理並不難吧！應屆生拿去蒙HR足夠了！真正見功底的地方是你使用MSDN、SDK、.NET Framework類庫VC/VC#的熟練程度。相信我——MSDN+SDK+VC/C#絕對足夠把Windows收拾得服服帖帖了:D
三. 真的有必要嗎？
         嘿嘿嘿嘿……看我的表情，我在壞壞地笑哦！你們都上當啦！操作Windows的底層不一定都要調用Win32 API滴~~~~（哪兒來的磚頭！！！）
         我想說的是：.NET Framework是對Win32 API的良好封裝，大部分Win32 API函數都已經封裝在了.NET Framework類庫的各個類裡了。如果說Win32 API函數是散落在地上的珍珠的話，那麼.NET Framework就是把這些珍珠按種類分放到了各個抽屜裡——讓我想起我媽來了——我的書放得滿地滿床的時候我總是能找到，她一收拾我就再也找不到了，鬱悶。唉……沒辦法，我們還是仔細把.NET Framework類庫好好翻翻吧，會有很多驚喜哦！
        最後，用一個例子結束我們的文章吧！
        例子是這樣滴~~~~~
        那是在很久很久以前，我給一個公司寫程式用來控制使用者登入，在登入之前，使用者不能把滑鼠移出登入表單，因為要控制滑鼠，所以我首先想起了調用Win32 API中與Cursor相關的函數來——於是不管三七二十一、花了九牛二虎之力調用了Win32 API中的ClipCursor()這個函數，效果還不錯。
        結果前兩天翻.NET Framework類庫的時候，發現System.Windows.Forms.Cursor類的Clip屬性就是專門做這個用的！差點沒把鼻子氣歪了……請大家自己動手建立一個C#的Windows程式，把下面的核心代碼貼到主表單的雙擊事件裡，試一試。做這個例子的目的就是要告訴大家：1.對類庫的瞭解程式直接決定了你編程的效率和品質——用類庫裡的組件比我們“從輪子造起”要快得多、安全得多。2.不到萬不得已，不要去直接調Win32 API函數——那是不安全的。

         private void Form1_DoubleClick(object sender, EventArgs e)
         {
              Rectangle r = new Rectangle(this.Left, this.Top, this.Width, this.Height);
              System.Windows.Forms.Cursor.Clip = r;
         }

        最後，大家一定非常想知道，.NET Framework都為我們封裝好了哪些Win32 API，OK，MSDN裡有一篇文章，專門列出了這些。文章的名字是《Microsoft Win32 to Microsoft .NET Framework API Map》請感興趣的朋友自己閱讀。
四.  感恩
        新年快到了，這篇文章也做為一份小小的禮物，一是博大家一樂，二是讓我們永遠銘記這幸福的時刻。
        送給對我有著知遇之恩的陸經理；
        送給劉瑩Lead感謝在工作中給予的指導和支援；
        送給我的Team夥伴樂蓮、王勇（Worksoft），沒有你們的協助，我是不可能開始工作的！
        送給我宿舍的兄弟張雄，沒有你，我可能要睡在城鐵站了。
        送給段瑋和陳寧，感謝你們組織的活動和培訓。
        送給陳曦、陳建、王勇、常勇、舜賢、挺挺、對面的女孩李芳，還有本組的JJMM，還有小朱……與你們共事是我最大的快樂！

        文章寫完鳥~~~~傾城MM大概也把飯做好鳥~~~~回家鳥~~~~

著作權聲明:本文章受智慧財產權法保護，如果閣下想轉載,在轉載的時候煩勞閣下連同在下的姓名一起轉載,並向bladey@tom.com發一個Mail,我很想知道我的文章都去哪裡了.謝謝.

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