Глава 1. Введение в Visual C++

В связи с тем, что сегодня уровень сложности программного обеспечения очень высок, разработка приложений Windows с использованием только какого-либо языка программирования (например, языка C) значительно затрудняется. Программист должен затратить массу времени на решение стандартных задач по созданию многооконного интерфейса. Реализация технологии связывания и встраивания объектов - OLE - потребует от программиста еще более сложной работы.

Чтобы облегчить работу программиста практически все современные компиляторы с языка C++ содержат специальные библиотеки классов. Такие библиотеки включают в себя практически весь программный интерфейс Windows и позволяют пользоваться при программировании средствами более высокого уровня, чем обычные вызовы функций. За счет этого значительно упрощается разработка приложений, имеющих сложный интерфейс пользователя, облегчается поддержка технологии OLE и взаимодействие с базами данных.

Современные интегрированные средства разработки приложений Windows позволяют автоматизировать процесс создания приложения. Для этого используются генераторы приложений. Программист отвечает на вопросы генератора приложений и определяет свойства приложения - поддерживает ли оно многооконный режим, технологию OLE, трехмерные органы управления, справочную систему. Генератор приложений, создаст приложение, отвечающее требованиям, и предоставит исходные тексты. Пользуясь им как шаблоном, программист сможет быстро разрабатывать свои приложения.

Нужно отметить, что MFC AppWizard создает тексты приложений только с использованием библиотеки классов MFC (Microsoft Foundation Class library). Поэтому только изучив язык C++ и библиотеку MFC, можно пользоваться средствами автоматизированной разработки и создавать свои приложения в кратчайшие сроки.

Некоторые сведения о программировании Windows-приложений

MFC – это базовый набор (библиотека) классов, написанных на языке С++ и предназначенных для упрощения и ускорения процесса программирования под Windows. Перед изучением библиотеки MFC и ее использованием для создания Windows-приложений, следует вспомнить, как работает сама Windows и каковы принципы взаимодействия программ с ней, какова структура типичной Windows-программы.

Программная среда Windows

Рассмотрим наиболее важные моменты работы Windows и принципы взаимодействия программ с ней.

Благодаря данному интерфейсу доступ к системным ресурсам осуществляется через целый рад системных функций. Совокупность таких функций называется прикладным программным интерфейсом, или API (Application Programming Interfase). Для взаимодействия с Windows приложение запрашивает функции API, с помощью которых реализуются все необходимые системные действия, такие как выделение памяти, вывод на экран, создание окон и т.п.

Библиотека MFC инкапсулирует многие функции API. Хотя программам и разрешено обращаться к ним напрямую, все же чаще это будет выполняться через соответствующие функции-члены. Как правило, функции-члены либо аналогичны функциям API, либо непосредственно обращаются к нужной части интерфейса.

Поскольку API состоит из большого числа функций, может сложиться впечатление, что при компиляции каждой программы, написанной для Windows, к ней подключается код довольно значительного объема. В действительности это не так. Функции API содержатся в библиотеках динамической загрузки (Dynamic Link Libraries, или DLL), которые загружаются в память только в тот момент, когда к ним происходит обращение, т.е. при выполнении программы. Рассмотрим, как осуществляется механизм динамической загрузки.

Динамическая загрузка обеспечивает ряд существенных преимуществ. Во-первых, поскольку практически все программы используют API-функции, то благодаря DLL-библиотекам существенно экономится дисковое пространство, которое в противном случае занималось бы большим количеством повторяющегося кода, содержащегося в каждом из исполняемых файлов. Во-вторых, изменения и улучшения в Windows-приложениях сводятся к обновлению только содержимого DLL-библиотек. Уже существующие тексты программ не требуют перекомпиляции.

В настоящее время широко распространены две версии API. Первая называется Win16 и представляет собой 16-разрядную версию, используемую в Windows 3.1. Вторая, 32-разрядная версия, называется Win32 и используется в Windows 95 и Windows NT. Win32 является надмножеством для Win16 (т.е. фактически включает в себя этот интерфейс), так как большинство функций имеет то же название и применяется аналогичным образом. Однако, будучи в принципе похожими, оба интерфейса все же отличаются друг от друга. Win32 поддерживает 32-разрядную линейную адресацию, тогда как Win16 работает только с 16-разрядной сегментированной моделью памяти. Это привело к тому, что некоторые функции были модифицированы таким образом, чтобы принимать 32-разрядные аргументы и возвращать 32-разрядные значения. Часть из них пришлось изменить с учетом 32-разрядной архитектуры. Была реализована поддержка потоковой многозадачности, новых элементов интерфейса и прочих нововведений Windows.

Так как Win32 поддерживает полностью 32-разрядную адресацию, то логично, что целые типы данных (intergers) также объявлены 32-разрядными. Это означает, что переменные типа int и unsignerd будут иметь длину 32 бита, а не 16, как в Windows 3.1. Если же необходимо использовать переменную или константу длиной 16 бит, они должны быть объявлены как short. (дальше будет показано, что для этих типов определены независимые typedef-имена.) Следовательно, при переносе программного кода из 16-разрядной среды необходимо убедиться в правильности использования целочисленных элементов, которые автоматически будут расширены до 32 битов, что целочисленных элементов, которые автоматически будут расширены до 32 битов, что может привести к появлению побочных эффектов.

Другим следствием 32-разрядной адресации является то, что указатели больше не нужно объявлять как near и far. Любой указатель может получить доступ к любому участку памяти. В Windows 95 и Windows NT константы near и far объявлены (с помощью директивы #define)пустыми.

Одним из подмножеств API является GDI (Graphics Device Interfase – интерфейс графического устройства). GDI – это та часть Windows, которая обеспечивает поддержку аппаратно-независимой графики. Благодаря функциям GDI Windows-приложение может выполняться на самых различных компьютерах.

Как известно, все версии Windows поддерживают многозадачность. В Windows 3.1 имеется только один тип многозадачности – основанный на процессах. В более передовых системах, таких как Windows 95 и Windows NT, поддерживается два типа многозадачности: основанный на процессах и основанный на потоках. Давайте рассмотрим их чуть подробнее.

Процесс – это программа, которая выполняется. При многозадачности такого типа две или более программы могут выполняться параллельно. Конечно, они по очереди используют ресурсы центрального процессора и с технической точки зрения, выполняются неодновременно, но благодаря высокой скорости работы компьютера это практически незаметно.

Поток – это отдельная часть исполняемого кода. Название произошло от понятия “направление протекания процесса”. В многозадачности данного типа отдельные потоки внутри одного процесса также могут выполняться одновременно. Все процессы имеют по крайней мере один поток, но в Windows 95 и Windows NT их может быть несколько.

Отсюда можно сделать вывод, что в Windows 95 и Windows NT допускается существование процессов, две или более частей которых выполняются одновременно. Оказывается, такое предположение верно. Следовательно, при работе в этих операционных системах возможно параллельное выполнение, как программ, так и отдельных частей самих программ. Это позволяет писать очень эффективные программы.

Windows может посылать программе сообщения множества различных типов. Например, каждый раз при щелчке мышью в окне активной программы посылается соответствующее сообщение. Другой тип сообщений посылается, когда необходимо обновить содержимое активного окна. Сообщения посылаются также при нажатии клавиши, если программа ожидает ввода с клавиатуры. Необходимо запомнить одно: по отношению к программе сообщения появляются случайным образом. Вот почему Windows-программы похожи на программы обработки прерываний: невозможно предсказать, какое сообщение появиться в следующий момент.

Основы программирования под Windows

Поскольку архитектура Windows-программ основана на принципе сообщений, все эти программы содержат некоторые общие компоненты. Обычно их приходится в явном виде включать в исходный код. Но, к счастью, при использовании библиотеки MFC это происходит автоматически; нет необходимости тратить время и усилия на их написание. Тем не менее, чтобы до конца разобраться, как работает Windows-программа, написанная с использованием MFC, и почему она работает именно так, необходимо в общих чертах понять назначение этих компонентов.

Все Windows-программы начинают выполнение с вызова функции WinMain(). При традиционном методе программирования это нужно делать явно. С использованием библиотеки MFC такая необходимость отпадает, но функция все-таки существует.

Помимо принятия сообщения от Windows, функция окна должна вызывать выполнение действия, указанного в сообщении. Конечно, программа не обязана отвечать на все сообщения, посылаемые Windows. Поскольку их могут быть сотни, то большинство сообщений обычно обрабатывается самой системой, а программе достаточно поручить Windows выполнить действия, предусмотренные по умолчанию.

Процесс получения и обработки сообщений может показаться чересчур сложным, но тем не менее ему должны следовать все Windows-программы. К счастью, при использовании библиотеки MFC большинство частных деталей скрыты от программиста, хотя и продолжают неявно присутствовать в программе.

Структура Windows-программ отличается от структуры программ других типов. Это вызвано двумя обстоятельствами: во-первых, способом взаимодействия между программой и Windows, описанным выше; во-вторых, правилами, которым следует подчиняться для создания стандартного интерфейса Windows-приложения (т.е. чтобы сделать программу “похожей “ на Windows-приложение).

Цель Windows – дать человеку, который хотя бы немного знаком с системой, возможность сесть за компьютер и запустить любое приложение без предварительной подготовки. Для этого Windows предоставляет дружественный интерфейс пользователя. Теоретически, если пользователь сумел запустить одно Windows-приложение, то он сумеет запустить и любое другое. Конечно, на практике придется немного потренироваться, чтобы научиться использовать большинство программ с максимальной эффективностью. Однако это связано исключительно с тем, что программа делает, а не с тем, как ею пользоваться. Ведь, фактически, значительная часть кода Windows-приложения предназначена именно для организации интерфейса с пользователем.

Хотя создание удобного интерфейса “под Windows” является основной задачей при написании любой Windows-программы, такой интерфейс не создается автоматически. То есть вполне можно написать программу, в которой элементы интерфейса используются неэффективно. Чтобы этого избежать, необходимо целенаправленно применять методику, описанную в данной книге. Только программы, написанные таким способом, будут выглядеть и работать действительно так, как надлежит Windows-программам.

Чтобы отойти от философии создания традиционного Windows-интерфейса, должны быть достаточно веские основания. Иначе пользователи этой программы будут разочарованы. В общем, если программист собирается писать приложения для Windows, то он должен дать пользователям возможность работать с обычным интерфейсом и руководствоваться стандартной методикой разработки.

Как уже упоминалось, MFC – это базовый набор (библиотека) классов, написанных на языке С++ и предназначенных для упрощения и ускорения процесса программирования для Windows. Библиотека содержит многоуровневую иерархию классов, насчитывающую около 200 членов. Они дают возможность создавать Windows-приложения на базе объектно-ориентированного подхода. С точки зрения программиста, MFC представляет собой каркас, на основе которого можно писать программы для Windows.

Еще одним существенным преимуществом MFC является упрощение взаимодействия с прикладным программным интерфейсом (API) Windows. Любое приложение взаимодействует с Windows через API, который содержит несколько сот функций. Внушительный размер API затрудняет попытки понять и изучить его целиком. Зачастую даже сложно проследить, как отдельные части API связанны друг с другом! Но поскольку библиотека MFC объединяет (путем инкапсуляции) функции API в логически организованное множество классов, интерфейсом становится значительно легче управлять.

Поскольку MFC представляет собой набор классов, написанных на языке С++, поэтому программы, написанные с использованием MFC, должна быть в то же время программами на С++. Для этого необходимо владеть соответствующими знаниями. Для начала необходимо уметь создавать собственные классы, понимать принципы наследования и уметь переопределять виртуальные функции. Хотя программы, использующие библиотеку MFC, обычно не содержат слишком специфических элементов из арсенала С++, для их написания тем не менее требуются солидные знания в данной области.

Замечание . Небольшое число классов, определенных в библиотеке, не связанно непосредственно с программированием под Windows. Это, в частности, классы, предназначенные для создания строк, управления файлами и обработки особых ситуаций. Иногда называемые классами общего назначения , они могут использоваться как Windows-, так и не- Windows-приложениями.

Студия разработчика фирмы Microsoft (Microsoft Developer Studio) - это интегрированная среда для разработки, позволяющая функционировать различным средам разработки, одна из которых Visual C++, другая - Visual J++. В дальнейшем будет идти речь только о среде разработки Visual C++.

Одна из трудностей в понимании принципов устройства MFC-приложения, заключается в том, что объекты, из которых оно строится, наследуют свойства и поведение всех своих предков, поэтому необходимо знать базовые классы.

Архитектура приложения

У всех Windows-приложений фиксированная структура, определяемая функцией WinMain. Структура приложения, построенного из объектов классов библиотеки MFC, является еще более определенной.

Получив сообщение InitInstance, theApp создает внутренние объекты приложения . Процесс создания выглядит как последовательное порождение одних объектов другими. Набор объектов, порождаемых в начале этой цепочки, определен структурой MFC практически однозначно - это главная рамка, шаблон, документ, облик. Их роли в работе приложения будут обсуждаться позже.

Некоторые объекты имеют графический образ на экране, с которым может взаимодействовать пользователь. Эти интерфейсные объекты обычно связаны с Windows-окном. Среди них особенно важны главная рамка и облик. Именно им объект прежде всего распределяет сообщения из очереди через механизм Windows-окон и функцию Dispatch.

Когда пользователь выбирает команду меню окна главной рамки, то возникают командные сообщения . Они отправляются сначала объектом theApp объекту главная рамка, а затем обходят по специальному маршруту целый ряд объектов, среди которых первыми являются документ и облик, информируя их о пришедшей от пользователя команде.

При работе приложения возникают и обычные вызовы одними объектами методов других объектов. В объектно-ориентированной терминологии такие вызовы могут называться сообщениями . В Visual C++ некоторым методам приписан именно этот статус (например, методу OnDraw).

Каркас приложения

Наследование - одна из фундаментальных идей объектно-ориентированного программирования. Именно этот механизм наследования позволяет программисту дополнять и переопределять поведение базового класса, не вторгаясь в библиотеку MFC, которая остается неизменной. Все изменения делаются в собственном производном классе. Именно в этом и заключается работа программиста.

При определении производного класса программист может:

• переопределить некоторые методы базового класса, причем те методы, что не были переопределены, будут наследоваться в том виде, в каком они существуют в базовом классе;
• добавить новые методы;
• добавить новые переменные.

Приложение, построенное на основе библиотеки MFC, - "айсберг", большая часть которого невидима, но является основой всего приложения. Часть приложения, лежащую в библиотеке MFC, - framework - называется каркасом приложения . Рассмотрим работу приложения как процесс взаимодействия между каркасом и частью приложения, разработанной программистом. Совершенно естественно, что в методах, определенных программистом, могут встречаться вызовы методов базового класса, что вполне можно рассматривать как вызов функции из библиотеки. Важнее, однако, что и метод производного класса, определенный программистом, может быть вызван из метода родительского класса. Другими словами, каркас и производный класс в этом смысле равноправны - их методы могут вызывать друг друга. Такое равноправие достигается благодаря виртуальным методам и полиморфизму , имеющимся в арсенале объектно-ориентированного программирования.

Если метод базового класса объявлен виртуальным и разработчик переопределил его в производном классе, это значит, что при вызове данного метода в некоторой полиморфной функции базового класса в момент исполнения будет вызван метод производного класса и, следовательно, каркас вызывает метод, определенный программистом. Точнее говоря, обращение к этому методу должно производиться через ссылку на производный объект либо через объект, являющийся формальным параметром и получающий при вызове в качестве своего значения объект производного класса. Когда вызывается виртуальный метод М1, переопределенный разработчиком, то согласно терминологии Visual C++, каркас посылает сообщение М1 объекту производного класса, а метод М1 этого объекта обрабатывает это сообщение. Если сообщение М1 послано объекту производного класса, а обработчик этого сообщения не задан программистом, объект наследует метод М1 ближайшего родительского класса, в котором определен этот метод. Если же обработчик такого сообщения создан программистом, он автоматически отменяет действия, предусмотренные родительским классом в отсутствие этого обработчика.

Каркас приложений

Проект приложения

О принципах устройства приложения рассказывалось выше. Теперь рассмотрим, как оно создается с помощью Visual C++. Сначала разберем одно важное понятие - проект . До сих пор приложение рассматривалось, как только как совокупность объектов базовых и производных классов. Но для обеспечения работы приложения требуется нечто большее - наряду с описанием классов необходимо описание ресурсов, связанных с приложением, нужна справочная система и т.п. Термин "проект" как раз и используется, когда имеется в виду такой более общий взгляд на приложение.

Создаваемый остов приложения составлен так, что в дальнейшей работе с проектом можно использовать другое инструментальное средство - ClassWizard (мастер классов), предназначенное для создания остовов новых производных классов. Еще одно основное назначение ClassWizard в том, что он создает остовы для переопределяемых методов. Он позволяет показать все сообщения, приходящие классу, и создать остов обработчика любого из этих сообщений. Это только две основные функции ClassWizard. Он не всесилен, но его возможности довольно велики.

Использование средств разработки

В состав компилятора Microsoft Developer Studio встроены средства, позволяющие программисту облегчить разработку приложений. В первую очередь к ним относятся MFC AppWisard, ClassWizard и редактор ресурсов.

Благодаря MFC AppWizard среда разработчика позволяет быстро создавать шаблоны новых приложений. При этом программисту не приходится писать ни одной строчки кода. Достаточно ответить на ряд вопросов, касающихся того, какое приложение требуется создать, и исходные тексты шаблона приложения вместе с файлами ресурсов готовы. Эти тексты можно оттранслировать и получить готовый загрузочный модуль приложения.

Конечно, никакие средства автоматизированной разработки не смогут создать программу полностью без участия программиста. Прикладную часть приложения придется разрабатывать ему.

Для создания ресурсов приложения предназначен редактор ресурсов. Он позволяет быстро создавать новые меню, диалоговые панели, добавлять кнопки к панели управления toolbar и т.д.

Средство ClassWizard позволяет подключить к созданным и отредактированным ресурсам управляющий ими код. Большую часть работы по описанию и определению функций, обрабатывающих сообщения от меню, органов управления диалоговых панелей и т.д., также берет на себя средство ClassWizard.

Типы мастеров проектов

В среде Visual C++ можно строить различные типы проектов. Такие проекты после их создания можно компилировать и запускать на исполнение. Фирма Microsoft разработала специальный инструментарий, облегчающий и ускоряющий создание проектов в среде Visual C++.

Рассмотрим некоторые типы проектов, которые можно создавать при помощи различных средств (мастеров проектов) Microsoft Visual C++:

Преимущества мастеров проектов

Рассмотрим преимущества использования мастеров в процессе создания приложений. Прежде всего, нужно отметить, что создание проекта - это не только творчество, но и большой объем технической работы, требующей внимания и аккуратности.

Например, все Windows-приложения имеют достаточно общую структуру, и, следовательно, можно построить некоторые шаблонные заготовки, подходящие для того или иного типа проектов. Построению таких заготовок способствует то, что приложения, создаваемые на основе MFC, строятся из элементов фиксированных классов. Логическим развитием этой идеи было введение специальных классов и специальной архитектуры построения приложения, которая подходила бы широкому классу приложений. О такой архитектуре уже упоминалось, когда речь шла о библиотеке MFC, - это архитектура Document-View. Она является основной, но не единственной при построении проектов в среде Visual C++.

В результате появилась двухэтапная технология создания проектов. Вначале создается некая заготовка проекта с общими свойствами, подходящими для многих проектов этого типа. На втором этапе производится уже настройка, учитывающая специфику задачи. Для каждого этапа фирма Microsoft разработала свое инструментальное средство.

Термин остов (приложения, класса, функции) применяется для заготовок, создаваемых инструментальными средствами AppWizard и ClassWizard. Нужно подчеркнуть - остов приложения и каркас приложения - разные понятия.

Создаваемый остов приложения составлен так, что в дальнейшей работе с проектом можно использовать другое инструментальное средство - ClassWizard (мастер классов).

Средство ClassWizard предоставляет широкий спектр услуг. Он позволяет не только добавлять к существующему классу новые методы и данные.

Полученная заготовка класса полностью работоспособна. Ее можно дополнить по своему усмотрению новыми методами и данными. Эту работу можно выполнить вручную, но гораздо лучше и проще воспользоваться услугами ClassWizard. За счет использования ClassWizard процедура создания собственного класса значительно ускоряется и уменьшается вероятность совершить ошибку во время объявления методов.

Включение в класс новых методов. Очень удобно использовать ClassWizard для включения в состав класса новых методов. Можно добавлять к классу методы, служащие для обработки сообщений Windows и команд от объектов, а также методы, переопределяющие виртуальные методы базовых классов.

ClassWizard не только позволяет добавить в класс новые методы, но и удалить их. ClassWizard самостоятельно удалит объявление метода из класса.

Включение в класс новых элементов данных. ClassWizard позволяет включать в класс не только новые методы, но и элементы данных, связанные с полями диалоговых панелей, форм просмотра и форм для просмотра записей баз данных и полей наборов записей. ClassWizard использует специальные процедуры, чтобы привязать созданные им элементы данных к класса к полям диалоговых панелей. Эти процедуры носят названия "обмен данными диалоговой панели" и "проверка данных диалоговой панели" (Dialog Data Exchange and Dialog Data Validation - DDX/DDV). Чтобы привязать поля из наборов записей к переменным, используется процедура обмена данными с полями записей (Record Field Exchange - RFX).

Процедуры DDX/DDV и RFX значительно упрощают программисту работу с диалоговыми панелями. Они позволяют связать поля диалоговых панелей и переменные. Когда пользователь редактирует поля диалоговых панелей, процедуры DDV проверяют введенные значения и блокируют ввод запрещенных значений. Затем процедуры DDX автоматически копируют содержимое полей диалоговых панелей в привязанные к ним элементы данных класса. И наоборот, когда приложение изменяет элементы данных класса, привязанные к полям диалоговой панели, процедуры DDX могут сразу отобразить новые значения полей на экране компьютера.

Библиотека MFC содержит большое количество классов, структур, констант и т.д. Для того, чтобы текст MFC-приложений был более легким для понимания, принято применять ряд соглашений для используемых имен и комментариев.

Названия всех классов и шаблонов классов библиотеки MFC начинаются с заглавной буквы C. При наследовании классов от классов MFC можно давать им любые имена. Рекомендуется начинать их названия с заглавной буквы C. Это сделает исходный текст приложения более ясным для понимания.

Чтобы отличить элементы данных, входящих в класс, от простых переменных, их имена принято начинать с префикса m_. Названия методов классов, как правило, специально не выделяются, но обычно их начинают с заглавной буквы.

Символы AFX встречаются не только в названии функций MFC. Многие константы, макрокоманды и другие символы начинаются с этих символов. В общем случае AFX является признаком, по которому можно определить принадлежность того или иного объекта (функция, переменная, ключевое слово или символ) к библиотеке MFC.

Когда приложение разрабатывается средствами MFC AppWizard и ClassWizard, они размещают в исходном тексте приложения комментарии следующего вида:

Такие комментарии образуют блок кода программы, который управляется только средствами MFC AppWizard и ClassWizard. Пользователь не должен вручную вносить изменения в этом блоке. Для этого необходимо употреблять средства ClassWizard.

В следующей таблице представлено краткое описание некоторых блоков //{{AFX_:

MFC AppWizard и ClassWizard помогают разрабатывать приложения. Они создают все классы и методы, необходимые для его работы. Программисту остается дописать к ним свой код. В тех местах, где можно вставить свой код, MFC AppWizard и ClassWizard, как правило помещают комментарии: