來(lái)自：夢(mèng)在天涯C++博客(http://m.shnenglu.com/mzty/)

一 引言

作為一名windows系統(tǒng)上圖形軟件開發(fā)者已經(jīng)有3個(gè)多年頭了，在此過(guò)程中有不少的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，非常高興與大家分享，今天主要是《windows via C++》一書的閱讀心得，所以主要談到的是windows上C++的開發(fā)。

二 C++語(yǔ)言

我們知道C++是一門ISO的面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，下面我介紹他的三個(gè)方面，也正是這三個(gè)主要方面決定了他被廣泛的使用。第一，C++是一個(gè)功能強(qiáng)大的語(yǔ)言。比如C++語(yǔ)言本身提供的基于C語(yǔ)言的內(nèi)嵌類型，數(shù)組，結(jié)構(gòu)體和指針等，C++比C新加入的面向?qū)ο蟮?/span>Class，繼承，多態(tài)和模板等，還有C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL）提供的實(shí)際開發(fā)當(dāng)中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的實(shí)現(xiàn)；第二，大量的開源和第三方庫(kù)，如果在windows上使用C++開發(fā)，我們還可以借助microsoft對(duì)C++提供的強(qiáng)有力的支持，首先的VS編譯器，還有UI庫(kù)MFC，還有ATL等；除此之外我們還可以看到其他的許多非microsoft的開源的和第三方的支持，比如說(shuō)Boost很大程度的擴(kuò)充了STL，提供了更多更高級(jí)的功能，還有Loki把C++與設(shè)計(jì)模式結(jié)合起來(lái)，還有很多的第三方的UI庫(kù)，比如QT，WxWindows，WTL，GTK等，第三方的網(wǎng)絡(luò)通信庫(kù)，比如ACE，StreamModule等，第三那的XML庫(kù)，比如Xerces，CMarkup，tinyxml等，第三方的科學(xué)計(jì)算庫(kù)，比如Blitz++，MTL等，第三方的游戲開發(fā)庫(kù)，比如OGRE，KlayGE等，第三方的線程庫(kù)，比如C++ Threads，ZThreads等，還有其他的很多。第三，C++的高性能。這個(gè)也是毋庸質(zhì)疑的，我們知道的大部分的操作系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)，游戲，圖像軟件離不開C++，這都是跟C++的高性能有很大的關(guān)系。但從這一點(diǎn)來(lái)看，這就是很多現(xiàn)代的其他的高級(jí)語(yǔ)言沒(méi)有的，所以C++以后仍然有很長(zhǎng)的路要走。

三 《Windows via c++》之經(jīng)典

上面說(shuō)了C++語(yǔ)言本身，這里具體到windows系統(tǒng)上C++的開發(fā)，我們要基于windows系統(tǒng)開發(fā)軟件，就難免的要和windows系統(tǒng)打交道，比如系統(tǒng)本身對(duì)字符編碼的支持，系統(tǒng)的異常處理機(jī)制，線程的創(chuàng)建管理，進(jìn)程的創(chuàng)建管理，內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的使用，堆棧的操作，DLL的使用等。上面提到的這些都不是C++語(yǔ)言本身的職責(zé)，是需要操作系統(tǒng)提供的支持，而所有這些內(nèi)容正是《windows via C++》所覆蓋的內(nèi)容，也正是本書很好的把C++和Windows連接起來(lái)，引領(lǐng)C++程序員走向windows的底層，這也正是本書的經(jīng)典之處!再次感謝作者Jeffrey Richter的偉大貢獻(xiàn)！

1）字符編碼：字符編碼作為字符串的基礎(chǔ)，自然而然就成了我們軟件開發(fā)必不可缺少的基石，那么什么是字符編碼那？字符編碼就是字符在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示形式，我們都知道在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，所有的信息最終都表示為一個(gè)二進(jìn)制的字符串。每一個(gè)二進(jìn)制位（bit）有0和1兩種狀態(tài)，因此八個(gè)二進(jìn)制位就可以組合出256種狀態(tài)，這被稱為一個(gè)字節(jié)（byte）。上個(gè)世紀(jì)60年代，美國(guó)制定了一套字符編碼，對(duì)英語(yǔ)字符與二進(jìn)制位之間的關(guān)系，做了統(tǒng)一規(guī)定。這被稱為ASCII碼，一直沿用至今。ASCII碼一共規(guī)定了128個(gè)字符的編碼，因?yàn)樗徽加昧艘粋€(gè)字節(jié)的后面7位，最前面的1位統(tǒng)一規(guī)定為0。英語(yǔ)用128個(gè)符號(hào)編碼就夠了，但是用來(lái)表示其他語(yǔ)言，128個(gè)符號(hào)是不夠的。所以后來(lái)就各國(guó)有了各國(guó)的編碼，比如日文中的漢字遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于256個(gè)，所以日文使用如果第一個(gè)字符在0 x 8 1 與0 x 9 F 之間，或者在0 x E 0 與0 x F C 之間，那么就必須觀察下一個(gè)字節(jié)，才能確定字符串中的這個(gè)完整的字符。這樣他就使用一個(gè)或兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示一個(gè)字符，這種編碼被稱為雙字節(jié)字符集（D B C S ）。由于世界上存在著多種編碼方式，這使得同一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字可以被解釋成不同的符號(hào)。因此，要想打開一個(gè)文本文件，就必須知道它的編碼方式，否則用錯(cuò)誤的編碼方式解讀，就會(huì)出現(xiàn)亂碼。這個(gè)時(shí)候Unicode就出現(xiàn)了他將世界上所有的符號(hào)都納入其中。每一個(gè)符號(hào)都給予一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的編碼，那么亂碼問(wèn)題就會(huì)消失。但是unicode也有不同的實(shí)現(xiàn)，主要的有三種：UTF-16：其本身就是標(biāo)準(zhǔn)的Unicode編碼方案，又稱為UCS-2，它固定使用16 bits(兩個(gè)字節(jié))整數(shù)來(lái)表示一個(gè)字符。UTF-32：又稱為UCS-4，它固定使用32 bits(四個(gè)字節(jié))整數(shù)來(lái)表示一個(gè)字符。UTF -8：最廣泛的使用的UTF方案，UTF-8使用可變長(zhǎng)度字節(jié)來(lái)儲(chǔ)存Unicode字符，例如ASCII字母繼續(xù)使用1字節(jié)儲(chǔ)存，重音文字、希臘字母或西里爾字母等使用2字節(jié)來(lái)儲(chǔ)存，而常用的漢字就要使用3字節(jié)。輔助平面字符則使用4字節(jié)。UTF-8更便于在使用Unicode的系統(tǒng)與現(xiàn)存的單字節(jié)的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。與前兩個(gè)方案不同：UTF-8以字節(jié)為編碼單元，沒(méi)有字節(jié)序的問(wèn)題。但是不管是哪種unicode的實(shí)現(xiàn)都可以包含世界所有的字符，解決軟件本地化的難題。

Windows在2000以前使用ASCII，2000及以后的系統(tǒng)都使用unicode來(lái)編碼，但是需要注意的是Windows2000既支持Unicode，也支持ANSI，因此可以為任意一種開發(fā)應(yīng)用程序.如果調(diào)用任何一個(gè)Windows函數(shù)并給它傳遞一個(gè)ANSI字符串，那么系統(tǒng)首先要將字符串轉(zhuǎn)換成Unicode，然后將Unicode字符串傳遞給操作系統(tǒng)。如果希望函數(shù)返回ANSI字符串，系統(tǒng)就會(huì)首先將Unicode字符串轉(zhuǎn)換成ANSI字符串，然后將結(jié)果返回給你的應(yīng)用程序。所有這些轉(zhuǎn)換操作都是在你看不見的情況下發(fā)生的。當(dāng)然，進(jìn)行這些字符串的轉(zhuǎn)換需要占用系統(tǒng)的時(shí)間和內(nèi)存。比如同一個(gè)函數(shù)CreateWindowEx()，在內(nèi)部其實(shí)是當(dāng)ASCII是調(diào)用CreateWindowExA()，而當(dāng)unicode時(shí)調(diào)用CreateWindowExW()。同時(shí)windows系統(tǒng)還給我們提供了ASCII和unicode間的轉(zhuǎn)化函數(shù)MultiByteToWideChar(）和WideCharToMultiByte()。

2）進(jìn)程和線程：進(jìn)程通常被定義為一個(gè)正在運(yùn)行的程序的實(shí)例，它由兩個(gè)部分組成，第一， 一個(gè)是操作系統(tǒng)用來(lái)管理進(jìn)程的內(nèi)核對(duì)象，內(nèi)核對(duì)象也是系統(tǒng)用來(lái)存放關(guān)于進(jìn)程的統(tǒng)計(jì)信息的地方；第二，是地址空間，它包含所有可執(zhí)行模塊或 D L L 模塊的代碼和數(shù)據(jù)，它還包含動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的空間，如線程堆棧和堆分配空間。線程是應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)的最小單位，同樣線程也是由兩個(gè)部分組成的：第一， 一個(gè)是線程的內(nèi)核對(duì)象，操作系統(tǒng)用它來(lái)對(duì)線程實(shí)施管理，內(nèi)核對(duì)象也是系統(tǒng)用來(lái)存放線程統(tǒng)計(jì)信息的地方；第二，線程堆棧，它用于維護(hù)線程在執(zhí)行代碼時(shí)需要的所有函數(shù)參數(shù)和局部變量。

進(jìn)程是不活潑的，從來(lái)不執(zhí)行任何東西，它只是線程的容器，若要使進(jìn)程完成某項(xiàng)操作，它必須擁有一個(gè)在它的環(huán)境中運(yùn)行的線程，該線程負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在進(jìn)程的地址空間中的代碼，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建它的第一個(gè)線程，稱為主線程，然后，該線程可以創(chuàng)建其他的線程，而這些線程又能創(chuàng)建更多的線程。如果在單進(jìn)程環(huán)境中，你有兩個(gè)或多個(gè)線程正在運(yùn)行，那么這兩個(gè)線程將共享單個(gè)地址空間。這些線程能夠執(zhí)行相同的代碼，對(duì)相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。這些線程還能共享內(nèi)核對(duì)象句柄，因?yàn)榫浔硪蕾囉诿總€(gè)進(jìn)程而不是每個(gè)線程存在。

windows提供和很多函數(shù)來(lái)創(chuàng)建和管理線程和進(jìn)程，比如CreateThread（），ExitThread（），TerminateThread（），GetCurrentThread()，CreateProcess（），ExitProcess（），TerminateProcess （），GetCurrentProcess（）等。

3）線程同步和線程局部存儲(chǔ)：由于同一進(jìn)程的所有線程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，并且線程的中斷是匯編語(yǔ)言級(jí)的，所以可能會(huì)發(fā)生兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象（包括全局變量、共享資源、API函數(shù)和MFC對(duì)象等）的情況，這有可能導(dǎo)致程序錯(cuò)誤。屬于不同進(jìn)程的線程在同時(shí)訪問(wèn)同一內(nèi)存區(qū)域或共享資源時(shí)，也會(huì)存在同樣的問(wèn)題。因此，在多線程應(yīng)用程序中，常常需要采取一些措施來(lái)同步線程的執(zhí)行。

windows提供了3中同步機(jī)制，分別是信號(hào)量Semaphore，互斥量Mutex，關(guān)鍵代碼段CriticalSection。其中信號(hào)量Semaphore，是一個(gè)可以限制對(duì)指定的臨界段進(jìn)行訪問(wèn)的線程的數(shù)目的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。互斥量Mutex和關(guān)鍵代碼段CriticalSection，他們的作用是相同的，都是用來(lái)保證某時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠訪問(wèn)全局或靜態(tài)的資源。區(qū)別是：Mutex是內(nèi)核對(duì)象，可以設(shè)置等待超時(shí)時(shí)間，可以在不同的進(jìn)程的線程中使用，但是所消耗的時(shí)間也比較多。CriticalSection與Mutex相反。

線程局部存儲(chǔ)（TLS），可以為全局或靜態(tài)變量對(duì)不同的線程有不同的拷貝。

4）線程池：可以實(shí)現(xiàn)在程序中根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的創(chuàng)建線程，比如在server端，根據(jù)訪問(wèn)的用戶的多少來(lái)創(chuàng)建線程的多少。在windows2000以后增加了創(chuàng)建線程池的API，比如 QueueUserWorkItem（）。

5) 纖程：用戶級(jí)的線程機(jī)制，比線程小的單位，開發(fā)人員負(fù)責(zé)管理纖程的調(diào)度，同時(shí)負(fù)責(zé)確定纖程何時(shí)在線程時(shí)間片上下文中運(yùn)行，一般不會(huì)帶來(lái)性能的提高，主要的目的是為開發(fā)人員調(diào)度多個(gè)不需要并行執(zhí)行的任務(wù)提供一個(gè)便捷的機(jī)制。單線程可以包含一個(gè)或多個(gè)纖程。就內(nèi)核而言，線程是搶占調(diào)度的，是正在執(zhí)行的代碼。然而，線程每次執(zhí)行一個(gè)纖程的代碼，你決定究竟執(zhí)行哪個(gè)纖程，你可以調(diào)用ConvertThreadToFiber（）將已有的線程轉(zhuǎn)化位纖程，當(dāng)對(duì)纖程的執(zhí)行環(huán)境進(jìn)行分配和初始化后，就可以將執(zhí)行環(huán)境的地址與線程關(guān)聯(lián)起來(lái)，該線程被轉(zhuǎn)換成一個(gè)纖程，而纖程則在該線程上運(yùn)行。現(xiàn)在，如果你的纖程（線程）返回或調(diào)用ExitThread函數(shù)，那么纖程和線程都會(huì)終止運(yùn)行。除非打算創(chuàng)建更多的纖程以便在同一個(gè)線程上運(yùn)行，否則沒(méi)有理由將線程轉(zhuǎn)換成纖程。若要?jiǎng)?chuàng)建另一個(gè)纖程，該線程（當(dāng)前正在運(yùn)行纖程的線程）可以調(diào)用CreateFiber函數(shù)。但是調(diào)用CreateFilber創(chuàng)建的纖程并不執(zhí)行，直到調(diào)用SwitchToFiber函數(shù)。若要撤消纖程，可以調(diào)用DeleteFiber函數(shù)。

6) 作業(yè)：作業(yè)可以看作是一組進(jìn)程的容器,把這些進(jìn)程當(dāng)作一個(gè)整體,對(duì)這個(gè)整體整個(gè)加入更多的限制. 因?yàn)?/span>Windows并不維護(hù)進(jìn)程之間的父/子關(guān)系。即使父進(jìn)程已經(jīng)終止運(yùn)行，子進(jìn)程仍然會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。Microsoft Windoss 2000提供了一個(gè)新的作業(yè)內(nèi)核對(duì)象，使你能夠?qū)⑦M(jìn)程組合在一起，并且創(chuàng)建一個(gè)“沙框”，以便限制進(jìn)程能夠進(jìn)行的操作。最好將作業(yè)對(duì)象視為一個(gè)進(jìn)程的容器。但是，創(chuàng)建包含單個(gè)進(jìn)程的作業(yè)是有用的，因?yàn)檫@樣一來(lái)，就可以對(duì)該進(jìn)程加上通常情況下不能加的限制。創(chuàng)建一個(gè)新作業(yè)內(nèi)核對(duì)象可以調(diào)用CreateJobObject（），另一個(gè)進(jìn)程要訪問(wèn)作業(yè)，可以通過(guò)OpenJobObject（），應(yīng)該知道，關(guān)閉作業(yè)對(duì)象并不會(huì)迫使作業(yè)中的所有進(jìn)程終止運(yùn)行。該作業(yè)對(duì)象實(shí)際上做上了刪除標(biāo)記，只有當(dāng)作業(yè)中的所有進(jìn)程全部終止運(yùn)行之后，該作業(yè)對(duì)象才被自動(dòng)撤消。注意，關(guān)閉作業(yè)的句柄后，盡管該作業(yè)仍然存在，但是該作業(yè)將無(wú)法被所有進(jìn)程訪問(wèn)。通過(guò)調(diào)用SetInformationJobObject()可以給作業(yè)加上各種限制.查詢限制QueryInformationJobObject（），將進(jìn)程放入作業(yè)AssignProcessToJobObject（），若要撤銷作業(yè)中的進(jìn)程調(diào)用TerminateJobObject（）。

7) 虛擬內(nèi)存，內(nèi)存映射文件和堆棧：每個(gè)進(jìn)程都被賦予它自己的虛擬地址空間。對(duì)于3 2位進(jìn)程來(lái)說(shuō)，這個(gè)地址空間是4 G B,其中默認(rèn)有2G是用戶可以使用的。由于每個(gè)進(jìn)程可以接收它自己的私有的地址空間，因此當(dāng)進(jìn)程中的一個(gè)線程正在運(yùn)行時(shí)，該線程可以訪問(wèn)只屬于它的進(jìn)程的內(nèi)存。屬于所有其他進(jìn)程的內(nèi)存則隱藏著，并且不能被正在運(yùn)行的線程訪問(wèn)。注意在Windows 2000中，屬于操作系統(tǒng)本身的內(nèi)存也是隱藏的，正在運(yùn)行的線程無(wú)法訪問(wèn)。這意味著線程常常不能訪問(wèn)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

Windows提供了3種進(jìn)行內(nèi)存管理的方法，它們是第一， 虛擬內(nèi)存，最適合用來(lái)管理大型對(duì)象或結(jié)構(gòu)數(shù)組。 第二，內(nèi)存映射文件，最適合用來(lái)管理大型數(shù)據(jù)流（通常來(lái)自文件）以及在單個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的多個(gè)進(jìn)程之間共享數(shù)據(jù)。第三， 內(nèi)存堆棧，最適合用來(lái)管理大量的小對(duì)象。

在較老的操作系統(tǒng)中，物理存儲(chǔ)器被視為計(jì)算機(jī)擁有的R A M的容量。換句話說(shuō)，如果計(jì)算機(jī)擁有1 6 M B的R A M，那么加載和運(yùn)行的應(yīng)用程序最多可以使用1 6 M B的R A M。今天的操作系統(tǒng)能夠使得磁盤空間看上去就像內(nèi)存一樣。磁盤上的文件通常稱為頁(yè)文件，它包含了可供所有進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存。

內(nèi)存映射文件與虛擬內(nèi)存一樣，內(nèi)存映射文件可以用來(lái)保留一個(gè)地址空間的區(qū)域，并將物理存儲(chǔ)器提交給該區(qū)域。它們之間的差別是，物理存儲(chǔ)器來(lái)自一個(gè)已經(jīng)位于磁盤上的文件，而不是系統(tǒng)的頁(yè)文件。一旦該文件被映射，就可以訪問(wèn)它，就像整個(gè)文件已經(jīng)加載內(nèi)存一樣。

堆棧可以用來(lái)分配許多較小的數(shù)據(jù)塊。例如，若要對(duì)鏈接表和鏈接樹進(jìn)行管理，最好的方法是使用堆棧，堆棧的優(yōu)點(diǎn)是，可以不考慮分配粒度和頁(yè)面邊界之類的問(wèn)題，集中精力處理手頭的任務(wù)。堆棧的缺點(diǎn)是，分配和釋放內(nèi)存塊的速度比其他機(jī)制要慢，并且無(wú)法直接控制物理存儲(chǔ)器的提交和回收。進(jìn)程和線程都有自己的堆棧，而且大小可以更改。

8) DLL使用：windows中廣泛的使用dll來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化，dll的使用一般有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載，靜態(tài)加載一般通過(guò)編譯器的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)加載通過(guò)使用loadlibrary（）和freelibrary（）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

9）結(jié)構(gòu)化異常處理（SEH）：SEH 是 Windows 系統(tǒng)提供的異常處理功能，跟開發(fā)工具無(wú)關(guān)。windows上其他程序中的異常處理一般底層都是轉(zhuǎn)化為SEH來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)你寫一條C++ throw語(yǔ)句時(shí)，編譯器就生成一個(gè)對(duì)Windows的RaiseException函數(shù)的調(diào)用。用于throw語(yǔ)句的變量傳遞給RaiseException作為附加的參數(shù)。

四 《Windows via c++》之新增

1）64位支持：最新的系統(tǒng)有64的版本，這樣的話進(jìn)程就不再有最大4G的內(nèi)存限制，但是由于64位系統(tǒng)與以前的32位系統(tǒng)其實(shí)是一個(gè)codebase，所以基本有所的接口都與以前32位保持椅子，這樣的話我們以前的所有的32位的程序只需要從新編譯就可以運(yùn)行在64系統(tǒng)上，需要特別注意的是指針和句柄的從32位到64位的轉(zhuǎn)變。

2）windows vista/2008特有：提供了更加安全的stirng函數(shù)，一些內(nèi)核對(duì)象的改變等。

3）可重復(fù)使用的代碼：大量可在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中重復(fù)使用的代碼和讓我們更好的理解進(jìn)程的源代碼processInfo，LockCop等。

五 總結(jié)

總之，通過(guò)閱讀《Windows via C++》使我們更好的了解windows系統(tǒng)，更好的在windows進(jìn)行C++開發(fā)！推薦windows上C++開發(fā)人員可以一讀！