Windows编程日志4——消息队列和消息处理

Windows消息队列和消息处理（1）：基本的API和简单说明

Windows的窗口是使用一种叫做消息队列的机制进行处理的。您可以想象：我们的终端是一个嗷嗷待哺等待外部指令的窗口，自身有一个处理函数（是不是感到熟悉？我们自己曾经给lpWndProc成员赋值的处理函数就是这个处理函数）。外部鼠标，键盘或者是任何交互行为都期待同窗口进行交互。我们很容易想到，直接送到窗口是不现实的，窗口自己需要处理一小段时间，这些在处理事件而无暇顾及到事件到来时刻的消息，总不能直接丢弃吧！既然这些消息都是按照先来先到的方式试着进入窗口的，我们完全可以使用一个队列做缓冲。这个时候，生产者生产消息投送到消息队列中，窗口充当消费者拿取和处理消息。

这就是为什么常见的GUI框架采用事件循环和消息队列存储这些消息。

Windows给我们提供了大量的脚手架，在我们第一次CreateWindow或者是GetMessage的时候，我们实际上就会创建一个简单的消息队列维护消息存取。每个 GUI 线程最多有一个，所有系统输入（鼠标、键盘）、应用投递 (PostMessage) 的消息会排进这个队列。

消息队列有了，如何处理呢？一般而言，我们采用的是消息循环处理，Qt用的是app.exec()，这个时候我们会进入一个反复处理消息循环中：按照"从消息队列里取消息、处理消息、分发给窗口过程"的步骤反复执行。

这样事情就简单了，我们只需要关心三个部分的API

GetMessage / PeekMessage：从队列里取消息。
TranslateMessage：把按键类消息转为字符类消息。
DispatchMessage：把消息分发给窗口过程（WndProc）。
（可选）IsDialogMessage、TranslateAccelerator：处理对话框与快捷键。

最经典的消息循环

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int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
                   LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) 
{
    HWND hwnd = CreateWindowEx(
        0,                      // 扩展风格
        L"MyWindowClass",       // 注册过的窗口类名
        L"Demo Window",         // 窗口标题
        WS_OVERLAPPEDWINDOW,    // 样式
        CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 800, 600,
        NULL, NULL, hInstance, NULL);

    ShowWindow(hwnd, nCmdShow);
    UpdateWindow(hwnd);

    MSG msg;
    // 消息循环
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
        TranslateMessage(&msg);   // 键盘消息转字符消息
        DispatchMessage(&msg);    // 分发给窗口过程
    }
    return (int)msg.wParam;       // WM_QUIT 的退出码
}

这个消息循环是最简单的消息循环，GetMessage 阻塞等待消息，CPU 占用低。收到 WM_QUIT 时返回 0，循环退出。

带加速键和对话框支持的循环

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MSG msg;
HACCEL hAccel = LoadAccelerators(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDR_MAINACCEL));
HWND hDlg = CreateDialog(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDD_MYDIALOG), hwnd, DlgProc);

while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
    if (hDlg && IsDialogMessage(hDlg, &msg)) {
        continue; // 对话框内部消息已处理
    }
    if (hAccel && TranslateAccelerator(hwnd, hAccel, &msg)) {
        continue; // 快捷键消息已处理
    }
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
}

常见于带菜单、快捷键、对话框的应用。

非阻塞 PeekMessage 循环

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bool running = true;
MSG msg;
while (running) {
    while (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)) { // 这个响应就会好
        if (msg.message == WM_QUIT) {
            running = false;
            break;
        }
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

    if (!running) break;

    // 无消息时，执行一帧逻辑/渲染
    UpdateGame(); // 这个往下都是Idel任务
    RenderFrame();
}

特点：

主动渲染，不依赖系统空闲时机。
注意加 Sleep 或 MsgWaitForMultipleObjectsEx，避免空转 100% CPU。

所以消息长啥样？

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typedef struct tagMSG {
    HWND   hwnd;
    UINT   message;
    WPARAM wParam;
    LPARAM lParam;
    DWORD  time;     // 事件时间戳
    POINT  pt;       // 发生时的鼠标位置
    DWORD  lPrivate; // 系统内部使用
} MSG;

常见"投递（Posted）"消息：

输入：WM_MOUSEMOVE / WM_LBUTTONDOWN / WM_KEYDOWN ...（输入管理器根据前台队列产生）
绘制：WM_PAINT（窗口无效区域 & 队列空闲时产生，可能被合并）
定时器：WM_TIMER（若创建 timer 未指定回调函数）
应用投递：PostMessage、PostThreadMessage 发的自定义消息

常见"派发（Sent）"消息（不入队）：

SendMessage 发的绝大多数消息（同步调用目标窗口过程）
系统同步发出的布局/激活类消息（很多 WM_* 在系统内部采用 send 语义）

合并（coalescing） ：例如连续的 WM_MOUSEMOVE、WM_PAINT、WM_TIMER 可能被合并，减少重复处理。

GetMessage ------ 阻塞式取消息的主力

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BOOL GetMessage(LPMSG lpMsg, HWND hWnd, UINT wMsgFilterMin, UINT wMsgFilterMax);

阻塞直到有符合过滤条件的消息。拿到后把它从队列移除 并填入 MSG。
返回值：
- >0：取到正常消息
- 0 ：取到 WM_QUIT（线程应退出消息循环）
- -1：错误（参数非法等；极少见，但要判错）
过滤器 ：
- hWnd：仅取这个窗口的消息；常用传 NULL（取线程队列里所有窗口/线程消息）
- wMsgFilterMin/max：按消息范围过滤（例如只取键盘消息）
重要：WM_QUIT 不受 hWnd 和范围过滤影响；一旦线程队列里有了 WM_QUIT，GetMessage 会直接返回 0。
优先级 ：输入类（鼠标/键盘）优先于普通投递消息；WM_PAINT、WM_TIMER 常在队列空闲或低优先阶段生成。

典型用法（标准 GUI 程序主循环）：

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MSG msg;
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
}
// 退出清理
return (int)msg.wParam; // 通常 WM_QUIT 的 wParam

PeekMessage ------ 非阻塞取消息与"游戏循环"

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BOOL PeekMessage(LPMSG lpMsg, HWND hWnd, UINT min, UINT max, UINT remove);

不阻塞：若无消息立即返回 FALSE；适合需要持续渲染/轮询的场景（游戏/实时 UI）。
remove：
- PM_NOREMOVE：窥视，不移除
- PM_REMOVE：取出并移除
- （历史上有 PM_NOYIELD；现代一般不用）
注意：
- 忙等风险 ：错误写法里 while (PeekMessage(...)) { ... } // 紧接着渲染 但没有 WaitMessage/Sleep，会 100% 占用一个 CPU 核心。
- 与定时器/WM_PAINT 的合并/低优先级机制叠加，可能出现饿死现象（一直有输入就很难得到 WM_PAINT）。可在空闲时调用 WaitMessage() 或使用 MsgWaitForMultipleObjectsEx 等待"任意消息或句柄事件"。

常见"游戏循环"范式：

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MSG msg;
bool running = true;
while (running) {
    // 把队列消息处理干净
    while (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)) {
        if (msg.message == WM_QUIT) { running = false; break; }
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

    if (!running) break;

    // 无消息：做一帧渲染/更新
    TickFrame();

    // 小心空转；推荐：
    // WaitMessage();  // 等待下一条消息再醒（纯消息驱动）
    // 或用 MsgWaitForMultipleObjectsEx(..., QS_ALLINPUT, ...) 等待消息或自定义事件
}

TranslateMessage ------ 把按键变成字符

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BOOL TranslateMessage(const MSG *lpMsg);

作用：对键盘类投递消息 （WM_KEYDOWN / WM_SYSKEYDOWN，以及死键相关）进行布局转换、组合键态分析，按当前键盘布局和修饰键状态，把它们"翻译"成字符类消息 ：
- 生成并投递：WM_CHAR / WM_SYSCHAR / WM_DEADCHAR / WM_SYSDEADCHAR / WM_UNICHAR 等
- 不改变 原消息；只是可能额外投递上述字符消息
返回值：非 0 表示"翻译过"（投递了字符消息）。实际编程常忽略返回值，照常调用。
不是快捷键/加速键 ：快捷键翻译用 TranslateAccelerator；对话框的 Tab/Enter/Esc 行为用 IsDialogMessage。
与 IME：TranslateMessage 不处理 IME 复合文本；IME 相关由 WM_IME_* 和输入法承担。

DispatchMessage ------ 把消息交给窗口过程

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LRESULT DispatchMessage(const MSG *lpMsg);

根据 lpMsg->hwnd 找到该窗口的窗口过程（WNDPROC），调用它：
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```
return CallWindowProc(actualWndProc, lpMsg->hwnd, msg, wParam, lParam);
```
若你的窗口过程不处理某些消息，应调用 DefWindowProc 交还系统默认行为（移动、最小化、命中测试、非客户区绘制等）。
对话框 ：若先调用了 IsDialogMessage(hwndDlg, &msg) 且其返回 TRUE，说明对话框已经处理（焦点切换、默认按钮等），那就不要再调用 DispatchMessage。

PostMessage / PostThreadMessage ------ 异步投递

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BOOL PostMessage(HWND hWnd, UINT Msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread, UINT Msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

立即返回，不等待 目标处理（异步）。消息进入目标线程的队列。
PostThreadMessage 目标线程必须已创建消息队列（见 §1）；否则失败。
失败返回 FALSE，请 GetLastError()；常见原因：HWND 无效/已销毁、线程无消息队列、队列满（极端）。
跨线程传指针的坑 ：wParam/lParam 只是整数位宽。不要跨线程传原始指针指向临时/线程私有内存；需要引用计数对象、拷贝数据或使用安全的跨线程封送。
顺序性 ：对于同一来源线程 向同一目标线程 投递的普通 posted 消息，FIFO ；但与输入/WM_PAINT/WM_TIMER 的优先级/合并会交叉。

结束主循环的方式：PostQuitMessage(exitCode);

该调用会向当前线程 队列投递 WM_QUIT，使 GetMessage 返回 0。

（对照）SendMessage ------ 同步、可重入、容易卡死

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LRESULT SendMessage(HWND hWnd, UINT Msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

同步调用目标窗口过程，直到对方处理完返回 。不走队列。
同线程 ：本质上就是直接调用目标 WndProc；这意味着可重入------如果在此期间你的线程又进入了某种消息循环（如菜单跟踪、拖动等），会产生复杂的调用栈。
跨线程 ：内核/USER32 通知目标线程执行该窗口过程，发送线程阻塞等待 。若目标线程卡住或也在等你，容易死锁。
用法建议：跨线程沟通优先 PostMessage/PostThreadMessage + 自己的同步原语；确需同步时要非常小心避免等待环。

队列优先级、合并与"饿死"

优先级大致从高到低 ：硬件输入（鼠标/键盘） > SendMessage（不在队列） > 普通 posted（应用） > WM_PAINT/WM_TIMER。
合并：
- WM_MOUSEMOVE：连续移动只保留最新一条
- WM_PAINT：多个无效区域合并成一次 WM_PAINT
- WM_TIMER：同一 ID 的定时器可能合并
饿死现象 ：若持续有高优先级输入，WM_PAINT/WM_TIMER 会延后。
解决：空闲时 WaitMessage()、合理调度、分帧处理、降低输入频度（鼠标采样）等。

系统内部"模态循环"

菜单跟踪、窗口拖动/调整大小、滚动条跟踪、模态对话框等，系统会进入内部的临时消息循环。这时你的主循环没在跑，但消息仍会被处理。
这也是重入的来源之一（你的窗口过程在一次处理里又收到了其他消息）。
对话框建议：在主循环里调用 IsDialogMessage，或直接使用 DialogBox（它内部自带模态循环）。