Windows API

Windows应用程序接口（Windows API），或俗称的WinAPI，是微软Windows操作系统中的一套核心应用程序接口。Windows API这一叫法实际上是多个Windows平台上相似接口的统称，这些接口也拥有各自的名字，如Win32 API。几乎所有的Windows应用程序都在与 Windows API 进行交互。
Windows API将与Windows系统有关的复杂操作封装在简单的函数当中，编译成动态链接库，再随Windows一同发布。开发者可以简单地借助这些函数来完成复杂的操作，有效降低了编写Windows程序的难度。
Windows有一个软件开发套件（SDK, software development kit）提供相应的文档和工具，以使程序员开发使用Windows API的软件和利用Windows技术。
C是Windows API（Win32）的主要编程语言，在该API的文档中所公开的函数和数据结构均以该语言进行了描述。但是，如果某种编程语言能够处理（明确定义的）低级数据结构，并能按照规定进行调用与回调，那么其编译器或汇编器也可以调用Windows API。类似地，在历史上Windows API也由多种语言进行了开发。尽管C不是面向对象的编程语言，但Windows API和Windows都具有面向对象的特性；同时，也有许多面向对象语言的包装类和扩展（如微软基础类库MFC、可视化组件库VCL、GDI+等）使这种面向对象的结构更加清晰。例如，Windows 8提供的Windows API和WinRT API就是用C++实现的，并且在设计上也是面向对象的。
概述.
Windows API所提供的功能可以归为八类：
基础服务（Base Services）.
提供了对Windows系统可用的基础资源的访问接口，包括文件系统（file system）、外部设备（device）、进程（process）、线程（thread）和错误处理（error handling）等。这些功能接口在16位Windows中位于kernel.exe、krnl286.exe或krnl386.exe中；在32位和64位Windows下位于kernel32.dll和KernelBase.dll中。这些文件在所有Windows的<samp>\Windows\System32</samp> 目录中都可以被找到。
高级服务（Advanced Services）.
提供了对内核以外功能的访问，包括注册表（Windows registry）、关闭/重启系统（shutdown/restart）、服务（Windows Service）、用户账户（user accounts)等。这些函数位于32位Windows上的<samp>advapi32.dll</samp>和<samp>advapires32.dll</samp>中。
图形设备接口（GDI）.
提供了将图形内容输出到显示器、打印机和其他外部输出设备的功能。它位于16位Windows下的gdi.exe，以及32位Windows下的gdi32.dll中。
图形化用户界面（GUI）.
提供了创建和管理窗口和大多数基本控件（control）、接收鼠标和键盘输入，以及其他与GUI有关的功能。这些调用接口位于：16位Windows下的user.exe，以及32位Windows下的user32.dll。从Windows XP版本之后，基本控件和通用对话框控件（Common Control Library）的调用接口放在comctl32.dll中。
通用对话框链接库（Common Dialog Box Library）.
为应用程序提供标准对话框（如打开／保存文件对话框、颜色对话框和字体对话框等）。这个链接库位于：16位Windows下的commdlg.dll中，以及32位Windows下的comdlg32.dll中。它被归类为User Interface API之下。
通用控件链接库（Common Control Library）.
为应用程序提供接口来访问操作系统提供的一些高级控件。比如像：状态栏（status bar）、进度条（progress bars）、工具栏（toolbar）和标签（tab）。这个链接库位于：16位Windows下的commctrl.dll中，以及32位Windows下comctl32.dll中。它被归类为User Interface API之下。使用API函数InitCommonControls或InitCommonControlsEx初始化（即注册）相应的窗口类。InitCommonControlsEx实际注册指定的通用控件的窗口类。注意ICC_WIN95_CLASSES代表12个控件类的集合。InitCommonControls是个空函数，但会使应用程序加载comctl32.dll；在comctl32.dll加载到进程时会在DLL的入口点调用InitCommonControlsEx注册ICC_WIN95_CLASSES控件类。
Windows Shell.
作为Windows API的组成部分，不仅允许应用程序访问Windows Shell提供的功能，还对之有所改进和增强。它位于16位Windows下的shell.dll中，以及32位Windows下的shell32.dll中（Windows 95则在shlwapi.dll中）。它被归类为User Interface API之下。
网络服务（Network Services）.
为访问操作系统提供的多种网络功能提供接口。它包括NetBIOS、Winsock、NetDDE及远程过程调用（RPC）等。
Web相关API.
Internet Explorer网页浏览器还公开了许多经常被应用程序调用的API，因此通常其也被视为是Windows API的一部分。IE从Windows 95 OSR2起就包含在了Windows系统中，并从Windows 98起开始为应用程序提供Web相关服务。具体来说，它提供：
和Windows的邮件功能相关的API，例如地址本和邮件API，在Windows 7取消邮件功能之后也随之从Windows API中去除。由于Windows Mail在Windows Vista上取代了Outlook Express，对应的API也随之变化。
多媒体相关API.
经典的Windows多媒体API位于winmm.dll中，包含了播放音频、MIDI通讯、游戏手柄及其他促进多媒体体验的功能。该API源自Windows 3.x。
自从Windows 95 OSR2以来，Microsoft把DirectX API作为Windows安装的一部分。DirectX提供一组松散相关的多媒体和游戏服务，包括：
Microsoft还提供了多个用于媒体编码和播放的API：
程序通信API.
Windows API最重要功能即为此：处理操作系统和应用程序之间的交互。对于不同的Windows应用程序之间的通信，Microsoft发展了一系列的技术并开发了最主要的Windows API。这些技术从动态数据交换（DDE）开始，随后被对象链接和嵌入（OLE）取代，再被组件对象模型（COM）、自动化对象、ActiveX控件和.NET框架取代。不过，这些技术之间区别并不总是十分明显，并且有很多重叠之处。
这些技术的多样性基本上是对软件开发的不同方面进行细分的结果。自动化特别涉及了导出应用程序和组件的功能为API，以便使其可以由其他应用程序而不是人类来进行控制。.NET是一种自包含的通用方法和技术，用于开发各种使用即时编译语言编写的桌面和Web应用程序。
Windows.pas是一个Pascal/Delphi单元，其中包含了Windows特定的API声明。它在Pascal中的作用就像C中的windows.h一样。
封装库.
微软利用许多更底层的Windows API函数，开发出许多封装库（wrapper），让应用程序以更抽象的方式与Windows API进行交互。MFC（Microsoft Foundation Class Library）用C++ 类来封装Windows API的功能，因而允许用更为物件导向的方式与API进行交互。ATL（Active Template Library）是对COM的面向模板（template oriented）的封装。WTL（Windows Template Library）作为ATL的增强，被用来作为MFC的轻型的替代物。
其他著名的封装库是Borland公司的产品，为了与MFC竞争而推出的OWL（Object Windows Library）提供了类似的物件导向封装。不久Borland又推出VCL（Visual Component Library）来取而代之。
大多数的Windows 程序框架（application framework）是对Windows API的封装，因而.NET Framework、Java以及其他在Windows下的程序语言，都是（或者包含）封装库。
历史.
Windows API总会为程式设计师提供大量的构建不同 Windows的底层结构，这有助于为 Windows 程式设计师开发应用程序提供大量的灵活性和功能。但是，它同样使Windows应用程式要负责处理大量底层且有时是繁琐的与图形用户界面（GUI）相关的操作。
例如，初学C的程序员通常会把编写简单的“Hello world”作为他们的第一项任务。程序的工作部分仅仅是主程序中的一个printf行，在链接到标准I/O库时也仅需要一个include行：<syntaxhighlight lang="c" line="1">
int main(void) {
</syntaxhighlight>Windows版本的工作部分仍然只有一行代码，但除此之外它需要很多很多行的额外开销。
许多有关Windows API的畅销书的作者查尔斯·佩佐德（Charles Petzold）曾经说过：
这些年来，Windows作业系统已经今非昔比，而Windows API也随之改变和成长并反映出这种变化。Windows API的Windows 1.0版本只提供不到450个函数调用（Subroutine），而现在的版本提供上千个。然而，整体而言，Windows接口保持了相当好的一致性，习惯于现在版本Windows API的程式设计师对古老的Windows 1.0程序也并不会陌生。
微软特别强调维持软件的向后兼容性。为了实现此一目标，有时微软甚至不惜支持使用了非官方乃至（编程上）非法的API的软件。一位致力于Windows API的Windows开发者雷蒙德·陈（Raymond Chen）曾提及：
对Windows API来说，其历史上最大的变化之一就是从Win16（在Windows 3.1及更早的版本中提供）到Win32（Windows NT和Windows 95及更高版本）的过渡。虽然Win32早已在Windows NT 3.1中引入，并在Windows 95前就已允许使用，但直到Windows 95应用程序才开始广泛移植到Win32。为了简化转换的过程，在Windows 95中对Microsoft内外的开发人员Windows使用了一种复杂的API thunk方案来允许32位代码调用到16位代码（对大多数Win16 API有效），反之亦然。同样的，64位的Windows也可以通过WoW64运行32位的应用程序，而位于Windows目录下的SysWOW64文件夹中包含了多个用于支持32位应用程序的工具。
版本.
几乎每个版本的Windows都引入了其对Windows API的添加和修改，但是API的名称在不同版本的Windows间保持了一致，并且仅当Windows主要的架构和平台都更改时API的名称才会改变。Microsoft最终将当时名叫Win32的API家族改名为Windows API，并使其成为过去和未来API版本的统称。
其它实现.
尽管微软的Windows API实现有版权保护，但被普遍认可的是，根据美国的法律先例，其他厂商仍然可以通过提供一致的API来模拟Windows，而不会侵犯版权。
Wine项目为类Unix平台提供了一个在Linux内核API与Windows API程序之间的Win32 API兼容层。ReactOS则更进一步，想要实现一个完整的Windows操作系统；它通过与Wine项目的密切合作来促进其代码的重用和兼容。DosWin32和HX DOS-Extender是另外两个模拟Windows API的项目，它们允许通过DOS命令行来运行简单的Windows程序。Odin是一个在OS/2平台上模拟Win32的项目。
编译器支持.
为了开发使用Windows API的软件，编译器必须能处理和导入微软相关的DLLs或者COM对象。编译器必须接受一种C或C++方言，或者能够处理揭示了内部API函数名称的接口定义语言（Interface description language）文件和头文件及生成的类型库（Type Library）。概括而言，这些预备条件（编译器、开发工具、库和头文件）被统称为Microsoft Platform SDK。很长时间以来，包含了编译器和开发工具的专利产品如Microsoft Visual Studio系列和Borland编译器（尽管至少在Windows下，SDK是可以从整个IDE环境中剥离出来单独免费下载的，据Microsoft Platform SDK Update），是仅有的能提供整套开发环境的选择。如今MinGW和Cygwin也能提供一套这样的开发环境——是基于采用一种独立头文件集合来保证能与微软DLL连接的GCC。LCC-Win32是由Jacob Navia维护的一种“非商业用途免费”的C编译器。Pellesc是由Pelle Orinius维护的一种免费C编译器。MASM32是一个成熟的项目，它通过自制或由SDK平台转换的头文件和库，并利用32位微软汇编器来实现支持Windows API。
微软相关的编译器支持也是异常处理（Structured Exception Handling）特性所需要的。这个体制有双重目的：它提供了语言相关的异常处理赖以实现的基础，同时也是内核借以通知程序发生诸如解除一个非法指针的引用或堆栈溢出之类异常状况的渠道。甫一被引入Windows 95和NT，微软／Borland C++编译器就有使用这种体制的能力，然而实际实现未被公开，而且必须经过反向工程方可用于Wine项目和免费编译器。SEH的运行机制是先把异常的句柄推入堆栈，继而将它们添加到存储于线程本地资源（即线程环境块的首字段）的一个链表里。事实上，每一个未有程序本身处理的异常，都将由会弹出常规Windows崩溃对话框的默认backstop处理器处理。
API在Visual Basic中的实现示例（这个简化的例子使得用户可以让命令按钮在窗体上四处移动）：
<syntaxhighlight lang=vb>
</syntaxhighlight>