Windows USER

Подсистема управления окнами и пользовательским интерфейсом операционной системы Windows, одна из трех исторически первых компонент этой ОС.

Краткое описание

Реализует объект "окно" (HWND), списки окон, в т.ч. по Z-orderу, и управление регионами отсечения окон, имеет богатый набор вызовов по созданию и управлению окнами. Также реализует отрисовку стандартной рамки окна (DefWindowProc) и несколько стандартных элементов пользовательского интерфейса (кнопки, чекбоксы, радио-кнопки, полосы прокрутки, списки, комбобоксы и диалоговые окна с потомками внутри).

При создании окна (два этапа: RegisterClass+CreateWindow, при использовании стандартных элементов UI не нужен первый этап) указывается: координаты, строка (заголовок, или строка рядом с кнопкой), флаги стиля и окно-родитель. В вызове RegisterClass также указывается "оконная процедура" (WNDPROC).

Управление размерами и Z-orderом уже созданного окна производится специальными вызовами. Что же касается управления, зависимого от разновидности окна (например, взвод/сброс чекбокса, или добавление строк в список) - оно осуществляется вызовом SendMessage, где указываются 2 кода сообщения (например, WM_COMMAND+LB_ADDSTRING) и параметр.

WNDPROC представляет собой функцию, реализованную в приложении, которую USER вызывает при наступлении различных событий в жизни окна (для стандартных элементов UI функция реализована в самом USER или же в DLL, где реализован объект, такой, как COMCTL32.DLL). В WNDPROC передается HWND, код сообщения (WM_xxx) и 2 параметра.

Разработчик WNDPROC обязан пропустить все неизвестные ему коды сообщений в DefWindowProc.

Главнейшие сообщения:

• WM_PAINT. "Перерисуй себя". WNDPROC обязана позвать BeginPaint, получить HDC, и перерисовать окно (или его "грязную" часть) вызовами GDI.
• WM_CREATE. Одно из первых сообщений, посылаемых окну (аналог конструктора).
• WM_DESTROY. Одно из последних сообщений, посылаемых окну (аналог деструктора).
• WM_MOUSEMOVE, WM_LBUTTONDOWN и иные - над окном провели мышью или же ткнули в него мышью.
• WM_KEYDOWN и WM_CHAR - окно имеет "фокус ввода" и была нажата клавиша клавиатуры. Все клавиши приходят в WM_KEYDOWN в виде "кодов виртуальных клавиш", которые есть сканкоды (они же - порядковые номера - Esc 1, F1 2 и так далее) клавиш некоей стандартной клавиатуры. В WM_CHAR приходят только те нажатия клавиш, которые означают символ (F1, стрелки, PgUp/Dn - не приходят).
• WM_SETFOCUS - изменение окна, имеющего "фокус ввода" (одно на экране). Используется для рисования пунктирной рамочки вокруг чекбоксов и так далее.

Ресурсы

USER активно использует т.н. ресурсы - данные только для чтения, вшитые в EXE/DLL файл специальным образом на этапе построения.

Сами по себе ресурсы не есть часть USER и могут использоваться и без него (например, stringtable - таблицы строк для локализации приложения на разные языки), однако некоторые типы ресурсов используются USER автоматически (например, описания меню и диалоговых окон, в которых перечислены, например, все органы управления на данном диалоге и их координаты и строки).

При разработке программы ресурсы помещаются в текстовый файл с суффиксом .rc, написанный на некоем несложном языке. При этом давным-давно есть средства визуального редактирования описаний диалогов и меню.

При построении программы компилятор RC.EXE компилирует .rc в бинарный файл .res, который потом вшивается в EXE/DLL файл программой LINK.

При создании окна можно указать handle ресурса, где расположено описание верхнего меню окна - и USER создаст и отрисует меню автоматически, и пошлет WM_COMMAND с кодом пункта меню окну, когда пункт выбран.

Обертки

Наиболее популярной Си++-оберткой вокруг USER долгое время являлась MFC - используется по сей день. Также популярна обертка WTL.

Замена

Вся технология USER, которой около 25 лет, постепенно заменяется на Windows Presentation Foundation (WPF), в которой, например, язык ресурсов заменен на куда более богатый XAML, а объектом, которому могут приходить события, может являться любой элемент векторной графики или даже окно с фильмом, показываемым через DirectShow.

Реализация

win32k.sys (нижние уровни, в т.ч. списки окон и их регионы отсечения) и user32.dll (доступные приложениям вызовы, DefWindowProc и стандартные элементы).

Критика

По некоторым утверждениям (от тех, кто видел нелегальный исходный код), исходный код USER написан в чудовищном стиле, и содержит в себе мелкие правки для поддержки конкретных приложений, таких, как PowerPoint.

По тем же утверждениям, этот код никогда не переписывался заново за 25 лет и, возможно, это нереальная задача с точки зрения сохранения совместимости для приложений.

Помимо этого, есть и соображения, не требующие информации из нелегального кода.

Использование WNDPROC с оператором switch на все коды сообщений выглядит крайне некрасиво (эта проблема решена во всех Си++ обертках).

Существует концепция client и non-client area в окне - внутренность окна и рамка (обычно стандартная). Это приводит к наличию двух наборов кодов сообщений для внутренности и рамки - отрисовка, клавиатура, мышь и т.д. Кроме того, нет архитектурного разделения рамки и внутренности, что приводит к сложности в реализации архитектурных принципов MVC.

Однако уже в MFC проблема решена: создается отдельное окно-внутренность, которое автоматически перемещается при перемещении рамки и в котором и рисуется все то, что хочет нарисовать приложение. Окно-внутренность называется view, и в этой архитектуре MVC уже легко реализуема. Такое view можно, например, повторно использовать по технологии OLE во вложенном документе.

Интересные факты

Венгерская нотация впервые применена в USER - изобретатель нотации Чарлз Симони был главным разработчиком этой компоненты.

Примерные аналоги

Верхние уровни технологии X11, используемой в UNIX-подобных ОС, таких, как Linux, а также нижние уровни технологий KDE и Gnome (в этих же ОС).