Программирование на основе Win32 API в Delphi (статья)

=== Программирование на основе Win32 API в Delphi (статья) ===
=== Введение ===
Любую современную программу или программную технологию можно представить как совокупность программных "слоев". Каждый из этих слоев производит свою собственную работу, которая заключается в повышении уровня абстракции производимых операций. Так, самый низший слой (слои) вводит понятия, которые позволяют абстрагироваться от используемого оборудования; следующий слой (слои) позволяет программисту абстрагироваться от сложной последовательности вызовов функций, вводя такое понятие как протокол и т.д. Практически в любом современном программном продукте можно обнаружить и выделить около десятка последовательных слоев абстракции. 
Абстракция от оборудования и низкоуровневых протоколов вводится в ядра операционных систем в виде библиотек API (Application Program Interface). Однако современные тенденции приводят к необходимости абстрагирования и от самих операционных систем, что позволяет переносить программы с одной операционной системы на другую путем простой перекомпиляции (транслируемые программы, в основном, вообще не требуют никаких действий по переносу). 
Абстракцию, которая доступна программисту в виде библиотек API можно назвать базовой. Это самый низкий уровень абстракции, который доступен для прикладного программирования. На уровне ядра системы доступны и более низкие уровни абстракции, однако для их использования необходимо разрабатывать специализированные программы (драйвера, модули). Базовый уровень абстракции (API) предоставляет максимально широкие возможности для прикладного программирования и является наиболее гибким. Однако, программирование с использованием API является гораздо более трудоемким и приводит к значительно большим объемам исходного кода программы, чем программирование с использованием дополнительных библиотек. 
Дополнительные библиотеки поставляются со многими средствами разработки с целью уменьшения трудоемкости и сроков разработки программ, что в итоге приводит к повышению их конкурентноспособности. Но применение дополнительных библиотек абстракций приводит к резкому увеличению размеров откомпилированных программ, из-за того что в программу включается код используемых библиотек, к тому же это включение зачастую бывает неэффективным - в программу включаются неиспользуемые участки кода. Кроме того, чем больше уровень абстракции библиотеки, тем сложнее ее код, и тем больше трудностей возникает при решении сложных задач. Приходится учитывать множество взаимосвязей и взаимных влияний отдельных элементов и процессов библиотеки друг на друга. Кроме того, структура и функциональность любой библиотеки обычно рассчитывается на удовлетворение всех потенциально возникающих задач, что приводит к ее громоздкости и неэффективности. 
В Delphi используется очень мощная и сложная библиотека VCL (Visual Components Library), которая помимо непосредственных абстракций вводит также и множество своих функциональных классов. В этой библиотеке находятся компоненты для визуального отображения информации, работы с базами данных, с системными объектами, компоненты для работы с Internet-протоколами, классы для написания своих COM-объектов и многое другое. Модули библиотеки подключаются к компиляции по мере необходимости, однако базовый размер простейшего диалогового проекта с одной формой превышает 300 кБ (со статически скомпонованной библиотекой). И такой размер во многих случаях может оказаться слишком большим, особенно если программа не требует большой функциональности в интерфейсе. 
Для решения этой проблемы можно отказаться от использования библиотеки VCL, и программировать, используя базовый набор функций Win32 API. Однако, если при разработке линейных, недиалоговых, нерезидентных программ не возникает никаких трудностей, то разработка программ, требующих активного взаимодействия с пользователем или системой, становится трудоемкой. Структурное программирование, рекомендуемое в таких случаях, оказывается неэффективным и трудоемким. 
Данная статья посвящена проблеме создания и использования компактной объектно-ориентированной библиотеки, которая бы облегчила построение небольших и эффективных программ на основе Win32 API. 
=== Существующие решения ===
Автору известны две объектно-ориентированные библиотеки, которые можно рассматривать как альтернативу библиотеке VCL при написании компактных программ. Это библиотеки классов XCL и ACL. Обе библиотеки бесплатны и поставляются в исходных кодах. 
Библиотека ACLAcl	API Control ibrary
Страничка: 	http://a-press.parad.ru/pc/bokovikov/delphi/acl/acl.zip
E-Mail: 	abb@adx.ru
Классы: 	TFont, TFonts, TControl, TWinControl, TStdControl, TLabel, TEdit, TListBox, TButton, TCheckBox, TComboBox, TGroupBox, TProgressBar, TKeyboard
Библиотека XCLxcl	Extreme Class Library
Страничка: 	http://kolmck.net/rindex.htm
E-Mail: 	bonanzas@xcl.cjb.net
Классы: 	XForm, XApplet, XCanvas, XPen, XBrush, XFont, ZDDB, ZHiBmp, ZDIBitmap, ZBitmap, ZIcon, ZGifDecoder, ZGif, ZJpeg, XLabel, XButton, XBevel, XPanel, XSplitPanel, XStatus, XGrep, XGroup, XCheckBox, XRadioBox, XPaint, XScroller, XScrollBox, XScrollBoxEx, XEdit, XNumEdit, XCombo, XGrid, XListView, XMultiList, XNotebook, XTabs, XTabbedNotebook, XCalendar, XGauge, XGaugePercents, XHysto, XHystoEx, XImageList, XImgButton, XTooltip, XCustomForm, XDsgnForm, XDsgnNonvisual, CLabel, CPaint, CButton, CEdit, CMemo, CCheckBox, CRadioBox, CListBox, CComboBox, ZList, ZMenu, ZPopup, ZMainMenu, ZPopupMenu, ZTimer, ZStrings, ZStringList, ZIniFile, ZThread, ZQueue, ZFileChange, ZDirChange, ZOpenSaveDialog, ZOpenDirDialog, ZTree, ZDirList, ZDirListEx, ZRegistry, ZStream, ZFileStream, ZMemoryStream, XStrUtils.pas, XDateUtils.pas, XFileUtils.pas, XWindowUtils, XPrintUtils, XShellLinks.pas, XJustOne.pas, XJustOneNotify.pas, XPascalUnit.pas, XSysIcons.pas, XCanvasObjectsManager, XRotateFonts, XFocusPainter, XFormsStdMouseEvents, XFormsStdKeyEvents, XFormAutoSizer, XAligner, XControlAutoPlacer, XMfcAntiFlicker, XSplitSizer, XResizeAntiFlicker, XCaretShower, XEditMouseSelect, XEditClipboard, XEditUndo, XListMouseSel, XListKeySel, XListEdit, ZNamedTags, XBtnRepeats, XBufLabels, XBackgrounds, XWndDynHandlers
Библиотека KOL 	Key Object Library
Автор: 	Vladimir Kladov (Mr.Bonanzas)
Страничка: 	http://kolmck.net/rindex.htm
E-Mail: 	bonanzas@xcl.cjb.net
Классы и модули: 	TObj, TList, TGraphicTool, TCanvas, TControl, TTimer, TTrayIcon, TStream, TStrList, TDirList, TIniFile
 
Как видно из списка приведенных для каждой библиотеки классов, эти библиотеки претендуют скорее не на помощь при написании программ с использованием Win32 API, а пытаются создать более высокий уровень абстракции чем API, по крайней мере в графической части (особенно это относится к XCL). Более того, иерархия и перечень объектов совпадают с соответствующими структурами в библиотеке VCL, что скорее всего связано с желанием авторов обеспечить логическую совместимость с VCL при построении программ на основе этих библиотек.
 
Данные библиотеки не обеспечивают минимального размера программы, за счет того что предоставляют более высокий уровень абстракции. Они являются компромиссом между программированием с использованием VCL и программированием на чистом API. 
Можно выделить несколько недостатков присущих даже не столько указанным библиотекам, а сколько решениям и принципам на которых они основаны. 
* Несмотря на сравнительно малый размер получаемых программ, размер программ написанных с использованием только Win32 API был бы меньше. 
* Помимо изучения Win32 необходимо изучение структуры классов, предлагаемых в этих библиотеках. 
* Библиотека XCL не поддерживает механизм message-процедур. 
* Архитектура этих библиотек, по мнению автора, является весьма громоздкой. Структуры и классы данных библиотек аналогичны структурам VCL, что приводит к неэффективности программ (ведь мы стараемся написать компактную программу, не так ли ?). 
* Использование библиотеки ACL невозможно совместно с библиотекой VCL. 
* Запутанность и большой размер классов наряду с "самодокументированным" кодом (то есть отсутствием файлов помощи) затрудняют изучение библиотек. 
* Библиотеки разрабатываются и поставляются в частном порядке на некоммерческой основе, поэтому при разработке большого проекта на основе этих библиотек существует потенциальный риск отказа от поддержки. При этом вся тяжесть по устранению ошибок и развитию кода библиотеки ляжет на вас (если вы не вращаетесь в Delphi-сообществе). 
=== Принципы построения API-библиотеки ===
Стандартным видом API-программирования является структурное программирование. Примеры такого программирования на Win32 API есть практически в любой книжке по Borland Pascal, Borland C++, Microsoft Visual C++ и другим системам разработки. Множество примеров API-программирования на С содержится в поставке Microsoft Visual C++.
 
Структурное программирование с оконными функциями, процедурами обработки команд, не в состоянии обеспечить быструю и эффективную разработку программ. В современной ситуации большинство программистов привыкло к объектно-ориентированному методу, с возможностью инкапсуляции, наследования и переопределения методов объектов. Такое программирование оказывается наиболее эффективным. 
Кроме того, для построения эффективной API-библиотеки прежде всего нужно выяснить, какие задачи при работе с Win32 API являются наиболее трудоемкими. Практика показывает, что наиболее неудобным и трудоемким элементом является реализация основного диспетчера логики программы - оконной функции. Реализация этой функции в качестве метода класса, а не простой глобальной функции, позволила бы улучшить структуру кода и облегчить программирование путем инкапсулирования всех переменных внутри оконного класса. 
Программирование может быть еще более облегчено, есть воспользоваться механизмом message-процедур языка Object Pascal. Вызов этих процедур полностью лежит на компиляторе и корневом объекте TObject и включает в себя методы Dispatch, DefaultHandler, а также все методы, объявленные с директивой message. Такое решение позволит полностью отказаться от громоздкого оператора case в оконной функции. 
Учитывая все вышеперечисленное автором была создана компактная библиотека оконных классов WinLite. Эта библиотека является минимальной, она не вводит более высоких уровней абстракции чем существуют в Win32 API - она только облегчает работу, переводом программирования в объектно-ориентированное русло. Размер библиотеки очень небольшой и вся она помещается в один модуль. Библиотека реализует базовый класс TLiteFrame и построенные на основе него оконные классы: 
* TLiteWindow - класс окна, с возможностью subclass'инга; 
* TLiteDialog - класс немодального диалога; 
* TLiteDialogBox - класс модального диалога.
Библиотека может быть использована совместно с VCL. На первый взгляд, это возможность является абсурдной и ненужной, так как об экономии размера в этом случае не может быть и речи. Однако, иногда бывают моменты, когда реализация специфических оконных элементов на основе объектов TWinControl или TCustomControl может быть затруднена или неэффективна из-за их сложности и неочевидного поведения. В этом случае, можно реализовать такой элемент на базе класса TLiteWindow - он будет вести себя стандартным образом, как и полагается вести себя стандартному оконному элементу Win32. 
Благодаря своей простой архитектуре библиотека может быть использована в многопоточной программе. Конечно, вы не сможете вызывать методы классов одного потока из другого потока без соответствующей синхронизации. Однако, вы можете беспрепятственно создавать оконные классы в различных потоках без блокировки и синхронизации, а также посылать сообщения оконным классам в другом потоке. 
Практический совет: при API-программировании программист должен сам следить за корректным освобождением многочисленных ресурсов, которые занимает программа во время выполнения. Поэтому, для облегчения этой задачи используйте какую-либо контролирующую утилиту, например MemProof или Numega BoundsChecker. Корректное освобождение занятых ресурсов крайне необходимо!
 
К тому же, прежде чем вы решите работать над своим проектом в русле Win32 API, подумайте, а зачем вам это нужно? В подавляющем числе случаев размер программы не имеет никакого значения. Я не хочу сказать, что API-программирование сложнее чем VCL-программирование. Во многих случаях легче изучить и написать 10 вызовов API с кучей аргументов и понимать, что происходит, чем написать 1 вызов простой, на первый взгляд, VCL-инструкции и потом долго исследовать дебри VCL в поисках ответа. Просто API-программирование - это другая культура, к которой вы, возможно, не привыкли. И первоначальная работа может вызвать у вас сильное разочарование. API-программирование требует дотошности, кропотливости и внимательного изучения документации. 
Те же, кто отважился программировать на API, наряду с библиотекой WinLite могут совместно использовать невизуальные классы как из состава VCL (модули SysUtils, Classes), так и многие сторонние - естественно, что размер вашей программы при этом увеличится. 
* Невизуальные классы библиотеки ACL - http://a-press.parad.ru/pc/bokovikov/delphi/acl/acl.zip 
* Невизуальные классы библиотеки KOL - https://kolmck.net
* JEDI Code Library - http://www.delphi-jedi.com 
* Системные компоненты на Torry - www.torry.ru Для редактирования шаблонов диалогов можно использовать любой редактор ресурсов, например Borland Resource WorkShop, правда он несколько неудобен, а окончательный 
== См. также ==
* Библиотека WinLight
Author: Николай Мазуркин, 1999-2000
Source: Взято из http://forum.sources.ru
ID: 02009
Category:Статьи
Category:WinAPI