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深入淺出話VC++(2)——MFC的本質

本文轉載自   查看原文   2014-01-03 18:52   6313    MFC 文檔/視圖結構/ 深入淺出話VC++

一、引言

上一專題中，純手動地完成了一個Windows應用程序，然而，在實際開發中，我們大多數都是使用已有的類庫來開發Windows應用程序。MFC（Microsoft Foundation Class, 微軟基礎類庫）是微軟為了簡化程序員的開發工作而將Windows API 封裝到C++類中，利用這些類，程序員可以有效地完成Windows平台下應用程序的開發。本專題將詳細剖析它。

二、利用向導創建一個MFC程序

用於幫助有效地開發Windows應用程序的類庫除了MFC外，還有其他開源類庫提供，比如說QT，只是QT不是微軟開發的罷了，為了更好地剖析MFC，下面讓我們用Visual Studio中的MFC模板和向導工具來創建一個基於MFC的單文檔（SDI）應用程序。

  1. 啟動Visual studio 2010，單擊文件（FIle）菜單——>新建項目——>項目，在出現的項目窗口中選擇Visual C++ 語言，然后選擇MFC應用程序，並輸入項目的名稱為SDIMFC，具體如下圖所示。

　　

　　2.　輸入項目名稱后點擊確定按鈕，將出現MFC應用程序向導窗口，點擊下一步，應用程序類型選擇：單個文檔，如下圖所示：

　　　　

　　3. 點擊下一步，出現MFC向導的第三個對話框，復合文檔支持保持默認選擇，然后在出現的對話框中一直點擊下一步來完成一個單文檔MFC應用程序的創建。下面，按下Ctrl+F5來運行MFC應用程序，之后將看到我們創建的MFC應用程序界面，具體如下圖所示：

在上面的程序中，我們並沒有編寫任何代碼，運行它后就生成了一個帶標題欄，系統菜單，具有最大化、最小化框和一個可調邊框的應用程序，這一切的工作都是由MFC的向導工具幫我們完成，即該向導工具為我們生成了很多代碼，下面就以這個簡單的MFC程序來分析下MFC框架。

三、MFC框架詳細解析

我們看下用MFC向導工具幫我們生成的哪些代碼。你可以在VS中點擊類視圖選項卡（如果VS界面上沒有看到類視圖的，可以通過菜單欄視圖—>類視圖的方式顯示出來），就可以看到如下圖所示的類。

從上圖可以發現，在MFC中，類的命名都是以字母“C”開頭的，這種命名方式只是一種約定，讓開發人員很快識別出該類是否屬於MFC類庫中的類。從圖片可以看到，前面創建的單文檔應用程序中有15個類，但這里我們只分析4個基本類，因為這4個基本類是每個Windows應用程序都會包含的，這4個類是：CMainFrame類、C+工程名(SDIMFC)+App類、C+工程名+Doc類（即CSDIMFCDoc類）和CSDIMFCView類（也是C+工程名+View的結構）。這4個類的基類都是MFC中類，基類的查看可以通過在VS類視圖點擊圖標。關於MFC中類圖層次結構圖可以參考MSDN：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ws8s10w4.aspx，下圖（摘自MSDN）很好地詮釋了MFC中層次結構圖類別。

3.1 MFC應用程序中的WinMain函數

前面對我們創建的MFC應用程序結構進行了一個簡單的介紹，下面讓我們深入剖析MFC應用程序的實現原理，在前一專題講到，所有Window下窗口應用程序都要遵循這樣一個過程：程序首先進入WinMain函數，然后設計窗口類、注冊窗口類、創建窗口、顯示和更新窗口、最后進入消息循環，將消息傳遞給窗口過程函數進行處理。然后在MFC應用程序中，我們使用VS的查找工具在MFC項目中查看WinMain函數卻找不到，再查看CreateWindow函數也找不到，那么是不是MFC應用程序不需要WinMain函數，不需要創建窗口嗎？這個疑問答案肯定是否定的，因為MFC應用程序一樣是Windows應用程序，所以一定遵循上一專題介紹的過程，只是MFC提供的類幫我們對這些類進行了封裝，這些函數都存在於MFC的源代碼中，下面我們一起去找找程序的入口WinMain函數。

既然WinMain函數存在與MFC源碼中，自然我們就要知道MFC源碼在哪里了，在安裝Visual studio的時候，我們已經安裝了MFC的源代碼，具體路徑為：VS的安裝路徑\VC\atlmfc\src\mfc，如果你本機把VS安裝到D:\Program Files(x86)的話，則MFC源代碼路徑在：D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\atlmfc\src\mfc。 下面利用Windows搜索工具查看WinMain函數的存在那個C++類中，在搜索之前，需要設置下Windows搜索工具，默認情況下，Windows搜索工具搜索內容在沒有索引的位置，只搜索文件名的，這里需要設置為搜索文件名和內容，具體設置如下圖所示（Win7下選擇工具—>文件夾選項即可顯示下圖）：

設置完成之后，在搜索框中輸入WinMain，你將看到如下圖所示的一個搜索結果：

WinMain函數的實現實際在appmodul.cpp文件里，用VS打開該cpp文件，你將看到WinMain函數的定義：

extern "C" int WINAPI
_tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
    _In_ LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
#pragma warning(suppress: 4985)
{
    // call shared/exported WinMain
    return AfxWinMain(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine, nCmdShow);
}

上面代碼中是_tWinMain函數啊，並不是我要的WinMain函數的，難道是找錯了嗎？對於這個疑問，答案也是否定的，我們沒有找錯，這里_tWinMain是一個宏定義，按F12即可以看到它代表的是WinMain。宏定義源碼如下（存在於tchar.h頭文件中）：

/* Program */

#define _tmain      main
// 宏定義
#define _tWinMain   WinMain

為了證明我們找到的WinMain正是我們需要找到的入口函數，我們可以在appmodul.cpp文件中_tWinMain函數中設置一個斷點，然后按下F5按鈕運行SDIMFC程序，我們發現，SDIMFC程序會在我們剛才設置的斷點處停下來，具體如下圖所示：

我們已經找到了WinMain函數在MFC中的實現了，但是並沒有弄明白，我們創建的MFC程序是如何調用appmodul.cpp中的_tWinMain函數的，即程序中的MFC類如何與WinMain函數聯系起來的呢？下面就讓我們看看CSDIMFCApp類（至於為什么想到該類，因為其后綴為App，即應用程序，所以猜測程序在進入WinMain函數之前會先進入該類），在類視圖中雙擊該類將在VS中看到該類的定義，從類定義可以知道，CSDIMFCApp類繼承於CWinAppEx類，CWinAppEx類又繼承於CWinApp，為了證明在WinMain函數之前先執行了CSDIMFCApp類中代碼，我們在CSDIMFCApp類中的構造函數設置一個斷點，然后按F5再運行下該程序，將發現程序首先停在CSDIMFCApp類的構造函數處，然后進入到_tWinMain函數（該斷點是我們之前設置的斷點）。這里又引起另外一個疑問了——為什么程序會首先調用CSDIMFCApp的構造函數呢？既然構造函數被調用了，肯定定義了該類的一個對象，然后，我們可以發現在CSDIMFCApp類中，定義了一個CSDIMFCApp類型的全局對象theApp，存在於SDIMFC.cpp文件中，具體定義代碼如下：

// 唯一的一個 CSDIMFCApp 對象
CSDIMFCApp theApp; // 初始化對象，這種方式為調用類的無參數構造來初始化，所以會調用類的無參構造函數

然后我們在這個全局對象處設置一個斷點，然后再按F5調試運行下該程序，你將發現程序執行的順序為：theApp全局對象—>CSDIMFCApp構造函數(調用派生類的構造函數之前會調用其父類的構造函數)—>_tWinMain函數。在MFC程序中，theApp對象是用來唯一標識應用程序實例的，每個MFC程序有且僅有一個應用程序對象（這里為theApp對象）。

3.2 設計和注冊窗口類

現在我們已經找到MFC中的WinMain函數了，根據前一專題的內容，接下來就是找到MFC應用程序中的窗口類和注冊窗口類的代碼，在上一專題中，窗口類和注冊都是在WinMain函數中定義的，下面讓我們看下MFC中WinMain函數都幫我們封裝了什么，在MFC中的WinMain函數中只是簡單對AfxWinMain函數進行調用，下面讓我們看看AfxWinMain具體代碼：

 1 // AfxWinMain函數
 2 int AFXAPI AfxWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
 3     _In_ LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
 4 {
 5     ASSERT(hPrevInstance == NULL);
 6 
 7     int nReturnCode = -1;
 8     CWinThread* pThread = AfxGetThread();
 9     CWinApp* pApp = AfxGetApp();
10 
11     // AFX internal initialization
12     if (!AfxWinInit(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine, nCmdShow))
13         goto InitFailure;
14 
15     // App global initializations (rare)
16     if (pApp != NULL && !pApp->InitApplication())
17         goto InitFailure;
18 
19     // Perform specific initializations
20     if (!pThread->InitInstance())
21     {
22         if (pThread->m_pMainWnd != NULL)
23         {
24             TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: Destroying non-NULL m_pMainWnd\n");
25             pThread->m_pMainWnd->DestroyWindow();
26         }
27         nReturnCode = pThread->ExitInstance();
28         goto InitFailure;
29     }
       // PThread->Run函數是完成消息循環任務的 30     nReturnCode = pThread->Run();
31 
32 InitFailure:
33 #ifdef _DEBUG
34     // Check for missing AfxLockTempMap calls
35     if (AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock != 0)
36     {
37         TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: Temp map lock count non-zero (%ld).\n",
38             AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock);
39     }
40     AfxLockTempMaps();
41     AfxUnlockTempMaps(-1);
42 #endif
43 
44     AfxWinTerm();
45     return nReturnCode;
46 }

上面代碼首先調用AfxGetThread函數獲得一個指向CWinThread類型的指針，然后再調用了AfxGetApp函數獲得一個指向CWinApp類型的指針，再繼續調用AfxWinInit函數進行AFX(以AFX為前綴的函數為應用程序框架函數,Application Framework)內部初始化，接着pApp調用InitApplication函數，該函數主要完成MFC內部管理方面的工作，該函數為虛函數，在CWinApp中的實現為（函數實現代碼查找按照前面介紹的方式進行查看）：

// 主要完成MFC內部管理工作
BOOL CWinApp::InitApplication()
{
    if (CDocManager::pStaticDocManager != NULL)
    {
        if (m_pDocManager == NULL)
            m_pDocManager = CDocManager::pStaticDocManager;
        CDocManager::pStaticDocManager = NULL;
    }

    if (m_pDocManager != NULL)
        m_pDocManager->AddDocTemplate(NULL);
    else
        CDocManager::bStaticInit = FALSE;

    LoadSysPolicies();

    return TRUE;
}
View Code

接着繼續調用pThread的InitInstance函數，按F12可知，該函數聲明為虛函數，根據類的多態性，這里AfxWinMain函數中調用的InitInstance函數為調用子類CSDIMFCApp的InitInstance函數，該函數的定義代碼為：

 1 / CSDIMFCApp 初始化
 2 BOOL CSDIMFCApp::InitInstance()
 3 {
 4     // 如果一個運行在 Windows XP 上的應用程序清單指定要
 5     // 使用 ComCtl32.dll 版本 6 或更高版本來啟用可視化方式，
 6     //則需要 InitCommonControlsEx()。否則，將無法創建窗口。
 7     INITCOMMONCONTROLSEX InitCtrls;
 8     InitCtrls.dwSize = sizeof(InitCtrls);
 9     // 將它設置為包括所有要在應用程序中使用的
10     // 公共控件類。
11     InitCtrls.dwICC = ICC_WIN95_CLASSES;
12     InitCommonControlsEx(&InitCtrls);
13 
14     CWinAppEx::InitInstance();
15 
16 
17     // 初始化 OLE 庫
18     if (!AfxOleInit())
19     {
20         AfxMessageBox(IDP_OLE_INIT_FAILED);
21         return FALSE;
22     }
23 
24     AfxEnableControlContainer();
25 
26     EnableTaskbarInteraction(FALSE);
27 
28     // 使用 RichEdit 控件需要  AfxInitRichEdit2()    
29     // AfxInitRichEdit2();
30 
31     // 標准初始化
32     // 如果未使用這些功能並希望減小
33     // 最終可執行文件的大小，則應移除下列
34     // 不需要的特定初始化例程
35     // 更改用於存儲設置的注冊表項
36     // TODO: 應適當修改該字符串，
37     // 例如修改為公司或組織名
38     SetRegistryKey(_T("應用程序向導生成的本地應用程序"));
39     LoadStdProfileSettings(4);  // 加載標准 INI 文件選項(包括 MRU)
40 
41 
42     InitContextMenuManager();
43 
44     InitKeyboardManager();
45 
46     InitTooltipManager();
47     CMFCToolTipInfo ttParams;
48     ttParams.m_bVislManagerTheme = TRUE;
49     theApp.GetTooltipManager()->SetTooltipParams(AFX_TOOLTIP_TYPE_ALL,
50         RUNTIME_CLASS(CMFCToolTipCtrl), &ttParams);
51 
52     // 注冊應用程序的文檔模板。文檔模板
53     // 將用作文檔、框架窗口和視圖之間的連接
54     CSingleDocTemplate* pDocTemplate;
55     pDocTemplate = new CSingleDocTemplate(
56         IDR_MAINFRAME,
57         RUNTIME_CLASS(CSDIMFCDoc),
58         RUNTIME_CLASS(CMainFrame),       // 主 SDI 框架窗口
59         RUNTIME_CLASS(CSDIMFCView));
60     if (!pDocTemplate)
61         return FALSE;
62     AddDocTemplate(pDocTemplate);
63 
64 
65     // 分析標准 shell 命令、DDE、打開文件操作的命令行
66     CCommandLineInfo cmdInfo;
67     ParseCommandLine(cmdInfo);
68 
69 
70 
71     // 調度在命令行中指定的命令。如果
72     // 用 /RegServer、/Register、/Unregserver 或 /Unregister 啟動應用程序，則返回 FALSE。
73     if (!ProcessShellCommand(cmdInfo))
74         return FALSE;
75 
76     // 唯一的一個窗口已初始化，因此顯示它並對其進行更新
77     m_pMainWnd->ShowWindow(SW_SHOW);
78     m_pMainWnd->UpdateWindow();
79     // 僅當具有后綴時才調用 DragAcceptFiles
80     //  在 SDI 應用程序中，這應在 ProcessShellCommand 之后發生
81     return TRUE;
82 }

在上面代碼中，77行代碼和78行代碼為窗口的顯示和更新，m_pMainWnd為我們創建的窗口，按F12轉到其定義為指向CWnd類型的指針，Cwnd類是MFC為我們預定義的標准窗口類，現在我們已經找到MFC程序中的窗口類，接下來就是找到MFC中是如何注冊窗口的，在MFC中，窗口類的注冊是由AfxEndDeferRegisterClass函數完成的，其定義在Wincore.cpp文件中，AfxEndDeferRegisterClass函數內部又是通過AfxRegisterClass函數（該函數也定義在wincore.cpp文件中）來注冊窗口類，由於篇幅的問題，這里就不貼其函數的定義源碼，大家可以在本機中進行查看。

3.3 創建窗口

我們已經找到了MFC設計窗口和注冊的封裝，接下來就是MFC程序中是如何創建一個窗口的，該功能在MFC中是由CWnd類的CreateEx函數進行完成的，該函數的聲明在afxwin.h文件中，具體代碼如下：

virtual BOOL CreateEx(DWORD dwExStyle, LPCTSTR lpszClassName,
        LPCTSTR lpszWindowName, DWORD dwStyle,
        int x, int y, int nWidth, int nHeight,
        HWND hWndParent, HMENU nIDorHMenu, LPVOID lpParam = NULL);

實現代碼位於wincore.cpp文件中，我們程序中創建的是CMainFrame窗口，CMainFrame類繼承於CFrameWndEx，該類又繼承於CFrameWnd，CFrameWnd類的Create函數內部會調用CreateEx函數，而CFrameWnd的Create函數又由CFrameWnd類的LoadFrame函數調用。CFrameWnd類的Create函數聲明位於afxwin.h文件中，其實現代碼位於winfrm.cpp文件中，實現代碼如下：

BOOL CFrameWnd::Create(LPCTSTR lpszClassName,
    LPCTSTR lpszWindowName,
    DWORD dwStyle,
    const RECT& rect,
    CWnd* pParentWnd,
    LPCTSTR lpszMenuName,
    DWORD dwExStyle,
    CCreateContext* pContext)
{
    HMENU hMenu = NULL;
    if (lpszMenuName != NULL)
    {
        // load in a menu that will get destroyed when window gets destroyed
        HINSTANCE hInst = AfxFindResourceHandle(lpszMenuName, ATL_RT_MENU);
        if ((hMenu = ::LoadMenu(hInst, lpszMenuName)) == NULL)
        {
            TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: failed to load menu for CFrameWnd.\n");
            PostNcDestroy();            // perhaps delete the C++ object
            return FALSE;
        }
    }

    m_strTitle = lpszWindowName;    // save title for later

    if (!CreateEx(dwExStyle, lpszClassName, lpszWindowName, dwStyle,
        rect.left, rect.top, rect.right - rect.left, rect.bottom - rect.top,
        pParentWnd->GetSafeHwnd(), hMenu, (LPVOID)pContext))
    {
        TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: failed to create CFrameWnd.\n");
        if (hMenu != NULL)
            DestroyMenu(hMenu);
        return FALSE;
    }

    return TRUE;
}
View Code

3.4 顯示窗口和更新窗口

在CSDIMFCApp類的InitInstance函數內容即有窗口顯示和更新窗口的代碼，具體代碼如下：

 // 唯一的一個窗口已初始化，因此顯示它並對其進行更新
 m_pMainWnd->ShowWindow(SW_SHOW);
 m_pMainWnd->UpdateWindow();

3.5 消息循環

CWinThread類的Run函數就是完成消息循環這一任務的，該函數在AfxWinMain函數中進行了調用，其定義在thrdcore.cpp文件中，其定義代碼如下所示：

// main running routine until thread exits
int CWinThread::Run()
{
    ASSERT_VALID(this);
    _AFX_THREAD_STATE* pState = AfxGetThreadState();

    // for tracking the idle time state
    BOOL bIdle = TRUE;
    LONG lIdleCount = 0;

    // acquire and dispatch messages until a WM_QUIT message is received.
    for (;;)
    {
        // phase1: check to see if we can do idle work
        while (bIdle &&
            !::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE))
        {
            // call OnIdle while in bIdle state
            if (!OnIdle(lIdleCount++))
                bIdle = FALSE; // assume "no idle" state
        }

        // phase2: pump messages while available
        do
        {
            // pump message, but quit on WM_QUIT
            if (!PumpMessage())
                return ExitInstance();

            // reset "no idle" state after pumping "normal" message
            //if (IsIdleMessage(&m_msgCur))
            if (IsIdleMessage(&(pState->m_msgCur)))
            {
                bIdle = TRUE;
                lIdleCount = 0;
            }

        } while (::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE));
    }
}
View Code

3.6 窗口過程函數

在AfxEndDeferRegisterClass函數中其中有一行這樣的代碼(下面代碼紅色標記處)：

BOOL AFXAPI AfxEndDeferRegisterClass(LONG fToRegister)
{
    // mask off all classes that are already registered
    AFX_MODULE_STATE* pModuleState = AfxGetModuleState();
    fToRegister &= ~pModuleState->m_fRegisteredClasses;
    if (fToRegister == 0)
        return TRUE;

    LONG fRegisteredClasses = 0;

    // common initialization
    WNDCLASS wndcls;
    memset(&wndcls, 0, sizeof(WNDCLASS));   // start with NULL defaults
    // 設置窗口過程函數，這里指定時一個默認的窗口過程 wndcls.lpfnWndProc = DefWindowProc;
    wndcls.hInstance = AfxGetInstanceHandle();
    wndcls.hCursor = afxData.hcurArrow;
    .....
}

但實際上，MFC中並不是把所有消息都交給DefWindowProc這一默認窗口過程進行處理的，而是采用了一種稱為消息映射機制來處理各種消息，MFC消息映射機制指的是可以通過類向導為類添加消息處理函數，具體操作為，在類視圖中右鍵某個類，然后選擇類向導，在彈出的MFC類向導窗體中切換到消息選項卡來添加某個消息的處理函數，下圖是CMainFrame執行類向導的截圖：

該過程類似.NET中WinForm中通過某個控件的事件來添加事件處理函數。（WinForm中事件對應於MFC中的消息）。

至此，我們已經分析完了MFC程序的運行機制了，可以發現其經歷過程和前一專題介紹是一致，只是MFC中我們不需要自己實現這些過程了，這些都由MFC框架幫我們封裝好了，從而減少開發人員的任務量，將更多的時間放在實現程序的業務邏輯上面。下面讓我們一起來梳理下MFC程序的運行過程：

  • 首先利用全局應用程序對象theApp啟動應用程序。
  • 調用全局應用程序對象的構造函數，從而會調用基類CWinApp的構造函數，后者完成一些應用程序的初始化工作。
  • 進入到WinMain函數，即_tWinMain函數，在該函數中調用了AfxWinMain函數，后者獲取子類（程序中指的CSDIMFCApp類）的指針，利用該指針調用InitInstance虛函數，根據多態原理，實際調用的是子類CSDIMFCApp的InitInstance函數，子類CSDIMFCApp的InitInstance函數完成應用程序的一些初始化工作，包括窗口類的注冊、創建、窗口顯示和更新。
  • 進入消息循環。雖然注冊函數中設置了默認的窗口過程函數，但是，MFC應用程序實際上采用消息映射機制來處理各種消息的，當收到WM_QUIT消息時，將退出消息循環，程序結束。

四、文檔/視圖結構

 我們創建的MFC程序除了主框架窗口外，還有一個窗口是視類窗口，對應於CView類，框架窗口是視類窗口的一個父窗口，它們之間的關系如下圖所示。主框架窗口是整個應用程序外框所包括的部分，而視類窗口只是主框架窗口中的空白的地方。

在我們之前創建的MFC程序中還有一個CSDIMFCDoc類，它派生與CDocument類，后者的基類又是CCmdTarget，而CCmdTarget又派生於CObject類，從而，可以知道CSDIMFCDoc類不是一個窗口類，實際上它是一個文檔類。MFC提供了一個文檔/視圖結構（Document/View），這里文檔指的是CDocument類，而視圖指的是CView類。微軟在設計MFC時，考慮到數據本身應該與它的顯示分離（這點在微軟的很多技術中都有體現，例如Asp.net MVC ），於是就采用文檔和視圖結構來實現這一想法。數據的存儲和加載由文檔類來完成，數據的顯示和修改由視圖類來完成，從而把數據管理和顯示方法分離開來。

五、小結

到此，本專題的內容就介紹結束了，本專題主要剖析了MFC框架的運行機制，從而發現MFC應用程序同樣遵循Win32 SDK程序相應的過程，包括設計窗口類、注冊窗口類、創建窗口、顯示和更新窗口、消息循環和窗口處理過程函數，只不過這些操作都被MFC本身封裝好了。

 


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