Windows系统编程（Win32 API）

Windows系统编程 API（也叫 Windows API 或 Win32 API）是 Microsoft 提供的一组 C 风格的函数接口，直接与 Windows 操作系统交互和编程，进行底层系统级功能开发。是一系列接口函数、宏、数据类型、数据结构的集合，为桌面应用程序、系统服务、驱动程序、图形界面、文件/进程/网络控制等底层功能所提供的一组 API 函数，它是构建传统 Windows 程序（.exe/.dll）的核心工具。常用功能可划分为以下几类：

分类	描述
核心系统（Kernel32.dll）	文件I/O（读写文件、目录管理）、内存（虚拟内存、堆分配）、线程和进程（多任务处理）、同步
用户界面（User32.dll）	窗口管理、消息循环、输入、对话框
图形界面（GDI32.dll）	绘图、字体、图像处理
网络（ws2_32.dll）	TCP/IP、HTTP、Socket（Wininet, WinSock）
安全（Advapi32.dll）	注册表（系统配置存储）、用户权限、服务控制
Shell（Shell32.dll）	文件浏览器、任务栏、快捷方式(文件资源管理器相关）
多媒体（MMSystem.dll）	音频播放、定时器、MIDI
COM/OLE/ActiveX	面向组件开发与自动化接口
comdlg32.dll	通用对话框（文件打开、颜色选择）

1、创建窗口和消息循环（GUI)

cpp 复制代码

HWND hwnd = CreateWindowEx(
    0, L"STATIC", L"Hello WinAPI!",
    WS_OVERLAPPEDWINDOW,
    100, 100, 400, 300,
    NULL, NULL, hInstance, NULL
);

ShowWindow(hwnd, SW_SHOW);
UpdateWindow(hwnd);

// 消息循环
MSG msg;
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
}

cpp 复制代码

#include <windows.h>

LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    switch (uMsg) {
        case WM_DESTROY:
            PostQuitMessage(0);
            return 0;
        default:
            return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);
    }
}

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
    // 注册窗口类
    WNDCLASS wc = {0};
    wc.lpfnWndProc = WindowProc;
    wc.hInstance = hInstance;
    wc.lpszClassName = "MyWindowClass";
    RegisterClass(&wc);

    // 创建窗口
    HWND hwnd = CreateWindow(
        "MyWindowClass",        // 窗口类名
        "Win32 API 窗口示例",   // 窗口标题
        WS_OVERLAPPEDWINDOW,   // 窗口样式
        CW_USEDEFAULT,          // X 坐标
        CW_USEDEFAULT,          // Y 坐标
        400,                    // 宽度
        300,                    // 高度
        NULL,                   // 父窗口
        NULL,                   // 菜单句柄
        hInstance,              // 实例句柄
        NULL                    // 附加数据
    );

    ShowWindow(hwnd, nCmdShow);

    // 消息循环
    MSG msg;
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

    return 0;
}

CreateWindow / DestroyWindow：窗口管理。
GetMessage / DispatchMessage：消息循环。
SendMessage / PostMessage：窗口间通信。

2、文件操作：

cpp 复制代码

HANDLE hFile = CreateFile(
    L"example.txt",
    GENERIC_WRITE,
    0, NULL, CREATE_ALWAYS,
    FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL
);

DWORD written;
WriteFile(hFile, "Hello, file", 11, &written, NULL);
CloseHandle(hFile);

cpp 复制代码

#include <windows.h>

int main() {
    // 创建文件
    HANDLE hFile = CreateFile(
        "C:\\test.txt",          // 文件名
        GENERIC_WRITE,           // 访问模式（写入）
        0,                       // 共享模式（不共享）
        NULL,                    // 安全属性
        CREATE_ALWAYS,           // 创建方式（总是新建）
        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,   // 文件属性
        NULL                     // 模板文件句柄
    );

    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("CreateFile 失败: %d\n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 写入数据
    const char* data = "Hello, Win32 API!";
    DWORD bytesWritten;
    WriteFile(hFile, data, strlen(data), &bytesWritten, NULL);

    // 关闭文件
    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

CreateFile / ReadFile / WriteFile：文件操作。
GetFileAttributes / SetFileAttributes：文件属性管理。
FindFirstFile / FindNextFile：遍历目录。

3、进程创建：

cpp 复制代码

STARTUPINFO si = { sizeof(si) };
PROCESS_INFORMATION pi;

CreateProcess(
    NULL, L"notepad.exe", NULL, NULL, FALSE,
    0, NULL, NULL, &si, &pi
);

cpp 复制代码

#include <windows.h>

int main() {
    STARTUPINFO si = { sizeof(si) };
    PROCESS_INFORMATION pi;

    // 启动记事本
    BOOL success = CreateProcess(
        "C:\\Windows\\notepad.exe",  // 应用程序路径
        NULL,                        // 命令行参数
        NULL,                        // 进程安全属性
        NULL,                        // 线程安全属性
        FALSE,                       // 是否继承句柄
        0,                           // 创建标志
        NULL,                        // 环境变量
        NULL,                        // 当前目录
        &si,                         // 启动信息
        &pi                          // 进程信息
    );

    if (success) {
        WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE); // 等待进程结束
        CloseHandle(pi.hProcess);
        CloseHandle(pi.hThread);
    } else {
        printf("CreateProcess 失败: %d\n", GetLastError());
    }
    return 0;
}

CreateProcess：启动新进程。
OpenProcess / TerminateProcess：控制进程。
GetCurrentProcessId：获取当前进程 ID。

4、多线程：

cpp 复制代码

DWORD WINAPI MyThread(LPVOID param) {
    MessageBox(NULL, L"Thread running", L"Info", MB_OK);
    return 0;
}

HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, MyThread, NULL, 0, NULL);
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
CloseHandle(hThread);

cpp 复制代码

#include <windows.h>

DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID lpParam) {
    printf("线程运行: %d\n", GetCurrentThreadId());
    return 0;
}

int main() {
    HANDLE hThread = CreateThread(
        NULL,           // 安全属性
        0,              // 栈大小（默认）
        ThreadFunc,     // 线程函数
        NULL,           // 参数
        0,              // 创建标志
        NULL            // 线程 ID
    );

    WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); // 等待线程结束
    CloseHandle(hThread);
    return 0;
}

5/、内存管理：

cpp 复制代码

#include <windows.h>

int main() {
    // 分配虚拟内存
    LPVOID pMem = VirtualAlloc(
        NULL,                // 由系统选择地址
        4096,                // 分配大小（4KB）
        MEM_COMMIT,          // 提交物理内存
        PAGE_READWRITE       // 可读可写
    );

    if (pMem) {
        strcpy((char*)pMem, "Hello, VirtualAlloc!");
        printf("%s\n", (char*)pMem);

        // 释放内存
        VirtualFree(pMem, 0, MEM_RELEASE);
    }
    return 0;
}

VirtualAlloc / VirtualFree：虚拟内存管理。
HeapAlloc / HeapFree：堆内存管理。
GlobalAlloc / LocalAlloc（旧式 API，不推荐使用）。
CreateThread：创建线程。
WaitForSingleObject / WaitForMultipleObjects：线程同步。
Sleep：线程休眠。

以下是常用的 Win32 API 分类及关键函数：

(1) 文件与 I/O

文件操作：
- CreateFile / ReadFile / WriteFile：文件创建和读写。
- GetFileAttributes / SetFileAttributes：文件属性管理。
目录操作：
- CreateDirectory / RemoveDirectory。
- FindFirstFile / FindNextFile：遍历目录。

(2) 进程与线程

进程管理：
- CreateProcess：启动新进程。
- OpenProcess / TerminateProcess：控制进程。
线程管理：
- CreateThread：创建线程。
- WaitForSingleObject：线程同步。
DLL 动态链接库：
- LoadLibrary / GetProcAddress：动态加载 DLL。

(3) 内存管理

VirtualAlloc / VirtualFree：虚拟内存分配。
HeapAlloc / HeapFree：堆内存管理。

(4) 窗口与消息循环（GUI）

RegisterClass / CreateWindow：创建窗口。
GetMessage / DispatchMessage：消息循环。
SendMessage / PostMessage：窗口间通信。

(5) 注册表操作

RegOpenKey / RegQueryValue：读写注册表。
RegSetValue / RegDeleteKey：修改注册表。

(6) 网络编程

Winsock API（基于套接字）：
- socket / bind / listen / accept（类似 BSD Socket）。
WinINet API（HTTP/FTP）：
- InternetOpen / InternetReadFile。

(7) 同步与 IPC（进程间通信）

互斥体/信号量 ：CreateMutex / WaitForSingleObject。

共享内存：

管道（Pipe）：

cpp 复制代码

CreatePipe（匿名管道） / CreateNamedPipe（命名管道）。

1、创建一个GUI：

cpp 复制代码

#include <windows.h>

LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    switch (uMsg) {
        case WM_DESTROY:
            PostQuitMessage(0);
            return 0;
        default:
            return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);
    }
}

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
    // 注册窗口类
    WNDCLASS wc = {0};
    wc.lpfnWndProc = WindowProc;
    wc.hInstance = hInstance;
    wc.lpszClassName = "MyWindowClass";
    RegisterClass(&wc);

    // 创建窗口
    HWND hwnd = CreateWindow("MyWindowClass", "Hello Windows", WS_OVERLAPPEDWINDOW,
        CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 400, 300, NULL, NULL, hInstance, NULL);
    ShowWindow(hwnd, nCmdShow);

    // 消息循环
    MSG msg;
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

    return 0;
}

2、读写文件：

cpp 复制代码

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    HANDLE hFile = CreateFile("test.txt", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, 
        CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("Error: %d\n", GetLastError());
        return 1;
    }

    const char* data = "Hello, Windows API!";
    DWORD bytesWritten;
    WriteFile(hFile, data, strlen(data), &bytesWritten, NULL);

    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

Win32 API 的现代替代方案

用途	Win32 API	现代替代方案
GUI 开发	`user32.dll`	WinUI 3 / WPF
文件操作	`kernel32.dll`	C++17 `filesystem`
网络通信	`ws2_32.dll`	cURL / Boost.Asio
多线程	`CreateThread`	C++11 `<thread>`
跨平台开发	仅 Windows	Qt / Electron