1 開篇廢話
我喜歡用C++寫 GUI 框架，因?yàn)槟欠N成就感是實(shí)實(shí)在在地能看到的。從畢業(yè)到現(xiàn)在寫了好多個(gè)了，都是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的。什么拳腳飛刀毒暗器，激光核能反物質(zhì)，不論是旁門左道的陰暗伎倆，還是名門正派的高明手段，只要是 C++ 里有的技術(shù)都試過(guò)了。這當(dāng)中接觸過(guò)很多底層或是高級(jí)的技術(shù)，像編譯時(shí)類型檢測(cè)，運(yùn)行時(shí)代碼修改等等，按實(shí)現(xiàn)的不同 GUI 涉及的東西是沒有邊際的。從最開始模仿 MFC，ATL 那樣的實(shí)現(xiàn)學(xué)到很多東西，然后開始看一些開源的著名的 GUI 框架，像 MFC，WTL，SmartWin++，win32gui，jlib2 ，VCF 獲得很多啟發(fā)，到現(xiàn)在似乎有一種已看盡天下 GUI 的感覺。在學(xué)習(xí)別人的框架和自己的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，真真實(shí)實(shí)地感覺自己成長(zhǎng)了不少，也有很多感悟。
寫到這，我作為輪子制造愛好者，在這里向那些喊著"不要重復(fù)制造輪子的"批評(píng)家們承認(rèn)錯(cuò)誤。在有那么多好的輪子的情況下，我不值得浪費(fèi)地球資源，浪費(fèi)時(shí)間精力來(lái)自己手工重復(fù)打造。但是不值得歸不值得，在值得和喜歡之間我還是選擇后者。并且人生在世，什么才是值得？我覺得不是拯救人類，為世界和平做貢獻(xiàn)，也不是努力奮斗，為地球人民謀福利，而是簡(jiǎn)單地做自己喜歡的事。
寫過(guò)的那些代碼很多都消失在硬盤的海洋里了，但那些挑燈苦想來(lái)的感悟還在。在它們也消失之前，我想利用空閑時(shí)間把這些覺得有點(diǎn)用處的經(jīng)驗(yàn)寫出來(lái)，正好這個(gè)博客也已經(jīng)快一年沒更新了。另外也算是對(duì)那些發(fā)我郵件的朋友的回應(yīng)。
我的想法是用一系列日志，按照實(shí)現(xiàn)一個(gè) GUI 框架的具體思維遞進(jìn)過(guò)程來(lái)闡述實(shí)現(xiàn)一個(gè) GUI 框架的具體思維遞進(jìn)過(guò)程。這樣說(shuō)好像有點(diǎn)遞歸，簡(jiǎn)單地解釋就是這一系列日志不是想用《記憶碎片》那樣錯(cuò)亂的敘述方式來(lái)說(shuō)明一個(gè)多有意思的故事，而是盡量簡(jiǎn)單自然地記錄一下寫 GUI 框架過(guò)程中我的思考。這個(gè)遞進(jìn)過(guò)程也就是實(shí)現(xiàn)一個(gè) GUI 框架的過(guò)程，一系列日志之后，我們將會(huì)看到一個(gè)長(zhǎng)得漂亮眼，極富彈性，能干又節(jié)約的 GUI 框架。
雖然寫的內(nèi)容都是在 Windows 的 GUI 系統(tǒng)之上，但其原理是觸類旁通的，其它基于消息的 GUI 系統(tǒng)也都大同小異。所用的代碼也都是闡述原理的，自知絕對(duì)達(dá)不到商業(yè)巨作的水準(zhǔn)，所以請(qǐng)不要一上來(lái)就批判，要知道我只是想分享而已。之所以先這樣說(shuō)一下，是很害怕那種一上來(lái)就"怎么不跨平臺(tái)啊？"，"怎么都還看得到HWND啊？"，"怎么不能用成員函數(shù)處理消息啊？"的同志。不喜歡站在高處指著別人的天靈蓋說(shuō)話的人。要知道車輪也是一步步造出來(lái)的，不要一開始就想載著MM在高速路上飆豪車像少年啦飛馳。
我認(rèn)為寫技術(shù)博客有三種境界，一種是一直在那繪聲繪色地描述自己的魚有多可口多美味，讓讀者只能垂涎興嘆，一種是授人以魚的人，悶頭就擺出來(lái)各種生猛海鮮，讓讀者難以消化，還有一種境界是授人以漁，怎么釣魚怎么煮魚都細(xì)細(xì)地教給讀者。讀博客的人有兩個(gè)境界，一種是只吃魚的，一上來(lái)就只要代碼，一種是學(xué)打魚的，想知其然更想知其所以然。讀博客時(shí)我努力做學(xué)打魚的類型，自己寫博客時(shí)我會(huì)努力做到授人以漁的境界。
另外要說(shuō)明的是，同樣作為塵世中的一個(gè)渺小個(gè)體，我大多數(shù)時(shí)候也是在為生存而奔波勞累著的。除此之外剩余的大多時(shí)候，更是要玩游戲，K歌，看電影，陪MM，吃喝玩樂。再剩余用來(lái)寫這個(gè)的時(shí)候不是很多，有可能這一系列日志一夜寫就，也有可能增刪五年披閱十載，孩子都叫爸了還沒完成。所以請(qǐng)大家不要對(duì)這個(gè)博客抱很大的期待，就當(dāng)我是路邊街頭的表演，你打醬油經(jīng)過(guò)時(shí)偶爾瞟過(guò)來(lái)一眼就好了。
要說(shuō)的廢話終于說(shuō)完了，下面開始正題。
2 基本概念
基于消息的 GUI 框架的封裝，一切都圍繞消息展開。復(fù)雜的框架設(shè)計(jì)，明確了需求之后，第一步首先是劃分模塊。所以，要闡述一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，第一步也應(yīng)該是先說(shuō)清最基本的概念和模塊劃分，而不是一上來(lái)就用廣義相對(duì)論把讀者全部放倒。GUI 框架是干什么的當(dāng)然是地球人都知道的，但 GUI 框架沒有什么已經(jīng)劃分的標(biāo)準(zhǔn)概念，我是按照設(shè)計(jì)的需要來(lái)劃分的。如果把 GUI 框架看作一個(gè)單位，那么這個(gè)單位里最重要的角色有這幾個(gè)：
- 消息發(fā)送者（message sender）
- 消息監(jiān)聽者（message listener）
- 消息檢查者（message checker）
- 消息處理者（message handler）
- 消息分解者（message cracker）
- 消息映射者（message mapper）
下面分別說(shuō)明。
2.1 消息發(fā)送者和消息（message sender，message）
消息發(fā)送者其實(shí)只是在這里友情客串一下，它不在框架設(shè)計(jì)之內(nèi)，由操作系統(tǒng)扮演這個(gè)勞苦功高的角色，它的工作是將消息發(fā)送到消息監(jiān)聽者。在這里面隱含了一下最重要的角色，消息。其實(shí)剩余的所有角色說(shuō)到底也只是死跑龍?zhí)椎模嬲I(lǐng)銜的是消息本身，比如窗口大小改變了的消息，按鈕被點(diǎn)擊了的消息等等，所有人都高舉旗幟緊密團(tuán)結(jié)在它周圍進(jìn)行工作。但消息本身只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵購(gòu)?fù)雜的 GUI 系統(tǒng)，它的消息也不過(guò)是幾個(gè)參數(shù)，所以框架的實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)在其它的角色。在此之前簡(jiǎn)單地封裝一下消息，一個(gè)最簡(jiǎn)單的封裝可能是這樣：
1: // 消息封裝類
2: class Message
3: {
4: public:
5: Message( UINT id_=0,WPARAM wparam_=0,LPARAM lparam_=0 )
6: :id( id_ )
7: ,wparam ( wparam_ )
8: ,lparam ( lparam_ )
9: ,result ( 0 )
10: {}
11:
12: UINT id;
13: WPARAM wparam;
14: LPARAM lparam;
15: LRESULT result;
16: };
就這樣的我們的公司已經(jīng)有了核心角色了。從概念上講，我們的這個(gè)基于消息的 GUI 框架已經(jīng)完成了 99% 。然后我們可以以它為中心，按功能劃分進(jìn)行詳細(xì)討論，一步步完成那剩余的 1% 的極富創(chuàng)意和挑戰(zhàn)的工作。在此之前，先得簡(jiǎn)單解釋一下這幾個(gè)角色都各是什么概念。消息傳送者如上所述，將不在討論范圍內(nèi)。
2.2 消息監(jiān)聽者（message listener）
消息監(jiān)聽者完成的工作是從操作系統(tǒng)接收到消息，消息是從這里真正到達(dá)了框架之內(nèi)。最簡(jiǎn)單的消息監(jiān)聽者是一個(gè)提供給操作系統(tǒng)的回調(diào)函數(shù)，比如在 Windows 平臺(tái)上這個(gè)函數(shù)的樣子是這樣：
1: //我是最質(zhì)樸的消息接收者
2: LRESULT CALLBACK windowProc( HWND window,UINT id,WPARAM wparam,LPARAM lparam );
一個(gè)好 GUI 框架當(dāng)然不能赤祼祼地使用這個(gè)東西，我們要在此之上進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆庋b。消息監(jiān)聽者能想到的最自然的封裝模式是觀察者模式（Observer），這樣的模式下的監(jiān)聽者實(shí)現(xiàn)看起來(lái)像這個(gè)樣子：
1: //我是一個(gè)漂亮的觀察者模式的消息監(jiān)聽者
2: class MessageListener
3: {
4: public:
5: virtual LRESULT onMessage( Message* message ) = 0;
6: };
7:
8: //監(jiān)聽者這樣工作
9: MessageListener* listener;
10: window->addListener( listener );
11:
jlib2 和 VCF 的實(shí)現(xiàn)就是這種模式。但現(xiàn)實(shí)當(dāng)中大多數(shù)框架沒有使用這種模式，比如 SmartWin++ 和 win32gui ，甚至沒有使用任何模式比如 MFC 和 WTL 。我想它們所以不采用觀察者模式，有些是因?yàn)榭蚣苷w實(shí)現(xiàn)的牽制，有的則可能是因?yàn)闆]能解決某些技術(shù)問(wèn)題。我們的 GUI 框架將實(shí)現(xiàn)觀察者模式的消息監(jiān)聽者，所以這些問(wèn)題我們后面也會(huì)遇到，到時(shí)候再詳述。
2.3 消息檢查者（message checker）
消息檢查者完成的工作很簡(jiǎn)單。當(dāng)收到消息的時(shí)候，框架調(diào)用消息檢查者檢查這個(gè)消息是否符合某種條件，如果符合，則框架再調(diào)用消息處理者來(lái)處理這個(gè)消息，所以有點(diǎn)類似一個(gè)轉(zhuǎn)換者，輸入（消息），輸出一個(gè)（是/否）的值。最簡(jiǎn)單的檢查者可能就是一個(gè)消息值的比較，比如：
1:
2: /最簡(jiǎn)單的消息檢查者
3: essage.id == /*消息值*/
4:
5: /比如
6: essage.id == WM_CREATE
展開MFC 和 ATL 的消息映射宏，可以看到它們的消息檢查就是用堆積起來(lái)的消息值比較語(yǔ)句完成。這就是消息檢查者最原始最自然最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式，但這種方式缺陷太多。我們的框架將實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化，具有擴(kuò)展性的消息檢查者，后文詳細(xì)討論。
2.4 消息處理者（message handler）
消息處理者是我們最終的目的。GUI 框架所做的一切努力都只是前期的準(zhǔn)備，直到消息處理者運(yùn)行起來(lái)那一刻，整個(gè)公司才算是真正地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)了。消息處理者的具體實(shí)現(xiàn)可能是自由函數(shù)，成員函數(shù)或者其它可調(diào)用體，甚至可以是外部腳本，處理完畢可能需要給操作系統(tǒng)返回一個(gè)結(jié)果。最簡(jiǎn)單的消息處理者可以就是條語(yǔ)句，比如：
1: //消息處理
2: alert( "窗口創(chuàng)建成功了！" );
3:
4: //返回結(jié)果
5: message.result = TRUE;
上面代碼中"顯示消息框"的動(dòng)作就是一個(gè)消息處理，以上兩行代碼可視為消息處理者。最常見的消息處理者是函數(shù)，比如：
1: //消息處理
2: _handleCreated( message );
代碼中的函數(shù) _handleCreated 就是一個(gè)典型的消息處理者。消息處理者的實(shí)現(xiàn)難處在于，既要支持多樣性的調(diào)用接口，又要支持統(tǒng)一的處理方式。我們的框架將實(shí)現(xiàn)一個(gè)支持自由函數(shù)，成員函數(shù)，函數(shù)對(duì)象，或者其它可調(diào)用體的消息處理者，并且這些可調(diào)用體可以具有不同參數(shù)列表。后文將進(jìn)行消息處理者的詳細(xì)討論。
在這里有必要再說(shuō)明一下。一個(gè)判斷語(yǔ)句的大括號(hào)之前（判斷部分）是消息檢查的動(dòng)作，大括號(hào)之內(nèi)（執(zhí)行部分）是實(shí)際的消息處理。因此一個(gè)判斷語(yǔ)句雖簡(jiǎn)單，卻包含消息檢查者和消息處理者，以及另外一個(gè)神秘的部分（見后文），一共三個(gè)部分。代碼像這樣：
1: if ( //消息檢查者 )
2: {
3: //消息處理者
4: }
比如下面的代碼：
1: // message.id == WM_CREATE 是消息檢查者
2: // _handleCreated( message )是消息處理者
3:
4: if ( message.id == WM_CREATE )
5: {
6: _handleCreated( message );
7: }
8:
2.5 消息分解者（message cracker）
消息分解者是為消息處理者服務(wù)的。不同的消息處理者需要的信息肯定不一樣，比如一個(gè)繪制消息（WM_PAINT）的消息處理者可能需要的是一個(gè)圖形設(shè)備的上下文句柄（HDC），而一個(gè)按鈕點(diǎn)擊消息（BN_CLICK）的消息處理者則可能需要的是按鈕的ID，它們都不想看到一個(gè)赤祼祼的消息杵在那里。從消息中分解出消息攜帶的具體信息，這就是消息分解者的工作。最簡(jiǎn)單的消息分解者可能是一個(gè)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，比如：
1: // WM_CREATE 消息參數(shù)分解
2: CREATESTRUCT* createStruct = (CREATESTRUCT*)message.lparam;
3:
4: // WM_SIZE 消息參數(shù)分解
5: long width = LOWORD( message.lparam );
6: long height = HIWORD( message.lparam );
上面的的代碼雖然簡(jiǎn)單但 100% 完成了消息分解的任務(wù)，所以它也是合格的消息分解者。我的框架將實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化，可擴(kuò)展的消息分解者。后文將以此為目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)討論。
2.6 消息映射者（message mapper）
消息映射者是最直接與框架外部打交道的部分，顧名思義，它的工作就是負(fù)責(zé)將消息檢查者與消息處理者映射起來(lái)。最簡(jiǎn)單的映射者可以是一條判斷語(yǔ)句，這個(gè)判斷語(yǔ)句，如代碼所示：
1: // if 語(yǔ)句的框架就是一個(gè)消息映射者
2:
3: // 消息映射者
4: if ( /*消息檢查者*/ )
5: {
6: /*消息處理者*/
7: }
1: // if 語(yǔ)句將消息檢查者 message.id==WM_CREATE 和消息處理者 _handleCreated(message) 聯(lián)系起來(lái)了
2: if ( message.id == WM_CREATE )
3: {
4: _handleCreated( message );
5: }
上面的代碼 的if 語(yǔ)句中，判斷的部分是消息檢查者，執(zhí)行的部分是消息處理者。if 語(yǔ)句把這兩個(gè)部分組成了一個(gè)映射，這是最簡(jiǎn)單的消息映射者。到這里可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)簡(jiǎn)單的 if 語(yǔ)句有多不簡(jiǎn)單。它低調(diào)謙遜但獨(dú)自地完成了很多工作，就像公司的小張既要寫程序，又要掃地倒茶，還義務(wù)地給女同事講笑話。MFC 和 WTL 的消息映射宏展開就是這樣的 if 語(yǔ)句。像 jlib2 那樣的框架，雖然處理者都虛函數(shù)，但在底層也是用 if 語(yǔ)句判斷消息然后來(lái)進(jìn)行調(diào)用的。當(dāng)然還有華麗一點(diǎn)的消息映射者，像這樣：
1: // 華麗一點(diǎn)的消息映射者
2: window.onCreated( &_handledCreated );
這個(gè) onCreated 也是一個(gè)消息映射者，在它的內(nèi)部把 WM_CREAE 消息和 _handleCreated 函數(shù)映射到一起，這種方式最有彈性，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比宏和虛函數(shù)都要困難得多。SmarWin++ 就是使用的這種方式，它的消息映射者版本看起來(lái)一樣的陽(yáng)光帥氣，但內(nèi)部實(shí)現(xiàn)有些細(xì)節(jié)稍嫌猥瑣。我們的 GUI 框架將實(shí)現(xiàn)一個(gè)看起來(lái)更美，用起來(lái)很爽的消息映射者像這個(gè)樣子：
1: // 將消息處理者列表清空，設(shè)置為某個(gè)處理者
2: // 可以這樣
3: window.onCreated = &_handleCreated;
4: // 或者這樣
5: window.onCreated.add( &_handleCreated );
6:
7: // 在消息處理者列表中添加一個(gè)處理者
8: // 可以這樣
9: window.onCreated += &_handleCreated;
10: // 或者這樣
11: window.onCreated.add( &_handleCreated );
12:
13: // 清空消息處理者列表
14: // 可以這樣
15: window.onCreated --;
16: // 或者這樣
17: window.onCreated.clear();
值得說(shuō)一下，這種神奇的映射者是接近零成本的，它沒有數(shù)據(jù)成員沒有虛函數(shù)什么都沒有，就是一個(gè)簡(jiǎn)單的空對(duì)象。就像傳說(shuō)中的工作能力超強(qiáng)，但卻不拿工資，不泡公司MM，甚至午間盒飯也不要的理想職員。在后文當(dāng)中會(huì)具體詳述這個(gè)消息映射者的實(shí)現(xiàn)。
3 結(jié)尾廢話
到目前為止我們的框架已經(jīng)完成了 99% 。下篇準(zhǔn)備開始寫最簡(jiǎn)單的消息檢查者，但說(shuō)實(shí)話我也不知道下一篇什么時(shí)候開始。看看上一篇日志，竟然是一年前寫的，這一年內(nèi)發(fā)生的事情很多，但自己渾渾噩噩地的好像一眨眼就到了現(xiàn)在，看著 CPPBLOG 上的好多其它兄弟出的很多很有水準(zhǔn)的東西，心里真是慚愧。昨天看了《2012》，現(xiàn)在心里還殘留有那種全世界在一間瞬間灰飛煙滅的震撼，2012年也不遠(yuǎn)了，我也趕緊在地球毀滅之前加把油把這些日志寫完了吧。不管怎么樣，今天哥先走了，請(qǐng)不要迷戀哥。