ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
К.Г. Финогенов
Лабораторный практикум
«Основы разработки приложений
Windows»
Книга 2
Москва 2005
УДК 32.973.1
ББК 681.3
Ф59
Финогенов К.Г. Лабораторный практикум «Основы разработки приложений Windows». Книга 2. Уч. пособие.
М.:МИФИ, 2005. 108 с.
Пособие предназначено для широкого круга читателей, приступающих к освоению программирования на языке С++ в операционной системе Windows. В первой части описано использование в прикладных программах таких средств системы Windows, как шрифты, таймеры, дочерние окна, растровые изображения и др. Уделено внимание специфическим возможностям 32-разрядных приложений – особенностям обслуживания файлов и организации параллельных вычислений.
Вторая часть пособия – описание лабораторного практикума по изучению основ разработки приложений Windows.
Предназначено для обучения студентов кафедры компьютерных медицинских систем факультета автоматики и электроники МИФИ по курсам “Информатика”, “Компьютерный практикум” и “Языки программирования и операционные системы”. Пособие может быть также полезно студентам, аспирантам и преподавателям, имеющим представление о языке С++ и желающим самостоятельно освоить принципы разработки прикладных программ, предназначенных для работы в системе Windows.
Рецензенты: С. М. Зайцев и В. В. Комаров
Рекомендовано редсоветом МИФИ в качестве учебного пособия
© Московский инженерно-физический институт
(государственный университет), 2005
О г л а в л е н и е
Часть 1. Теоретические сведения 4
1. Основы архитектуры защищенного режима 4
Регистры процессора 4
Адресация памяти 9
2. Логические шрифты 13
Создание логических шрифтов 13
Вывод на экран текстовых строк 17
3. Таймеры Windows 19
Организация и обслуживание таймеров 19
Мультимедийные таймеры 22
Измерение интервалов времени 22
Организация периодического процесса 23
Задание однократного интервала времени 25
4. Дочерние окна 26
Создание и использование дочерних окон 26
Окна предопределенных классов в главном окне 33
5. Вывод растровых изображений 35
Процедура вывода растрового изображения 35
Компоновка составных изображений 42
6. Обслуживание файлов в 32-разрядных
приложениях Windows 44
Базовые операции с файлами 45
Открытие и создание файла 45
Запись и чтение файла 47
Файлы, проецируемые в память 50
7. Процессы и потоки 54
Создание дочернего процесса 54
Создание дочернего потока 55
Синхронизация потоков 61
Общие характеристики объектов Windows 61
Синхронизация с помощью состояний потока 63
Синхронизация с помощью событий 65
Критические секции и защита данных 68
8. Библиотеки динамической компоновки 70
Часть 2. Лабораторный практикум 73
Работы лабораторного практикума 73
Индивидуальные задания лабораторного практикума 88
Список литературы 107
Часть 1
Теоретические сведения
1 . основы архитектурЫ защищенного режима Регистры процессора
Процесс выполнения любой программы заключается в том, что процессор считывает из памяти команду за командой, выполняет их, а результаты записывает снова в память или, возможно, оставляет в своих внутренних регистрах для использования в следующих командах. Таким образом, для программиста важнейшими элементами архитектуры процессора и компьютера в целом является оперативная память и средства обращения к ней, а также регистры процессора, в которых сохраняются промежуточные результаты выполняемых операций.
Работая на языке высокого уровня, например на С++, программист лишь в редких случаях непосредственно использует в своих программах обозначение регистров и практически никогда не обращается по абсолютным адресам памяти. Однако при отладке программ приходится иметь дело и с тем, и с другим, так как отладчик выводит на экран текст программы в виде команд процессора, почти в каждой из которых фигурирует обозначение того или иного регистра, а также адреса ячеек памяти.
Количество и назначение регистров процессора, как и механизм адресации памяти, зависит от типа процессора. Мы будем рассматривать 32-разрядные процессоры фирмы Intel (например Pentium) и совместимые с ними процессоры других фирм.
В процессоре имеется около трех десятков программно адресуемых регистров, из которых важнейшими для программиста являются регистры общего назначения и сегментные. Кроме того, необходимо иметь представление о назначении указателя команд и регистра флагов.
Процессор содержит 8 регистров общего назначения (рис. 1.1), носящих мнемонические обозначения EAX, EBX, ECX и т. д. Все они имеют размер по четыре байта, т. е. могут хранить по одному целому числу типа int или unsigned int.
Рис. 1.1. Регистры общего назначения
Для того чтобы программа могла работать с более короткими переменными (например, short – 2 байта или char – 1 байт), младшие половины регистров EAX, EBX, ECX и EDX имеют самостоятельные обозначения – AX, BX, CX и DX соответственно; при этом они, в свою очередь, еще разделены пополам с образованием регистров длиной всего 1 байт. Старшая половина (старший байт) регистра AX носит название AH (от high – старший), младший байт – AL (от low – младший). Аналогично построены имена остальных байтовых регистров.
Компилятор, преобразуя текст программы в машинные коды, активно использует регистры процессора для временного хранения операндов команд и результатов выполняемых операций. На рис. 1.2 показано, как может выглядеть простой фрагмент программы на языке С++ после компиляции. Видно, что компилятор выделил для хранения переменных x и y регистры EAX и EDX, и в тот же регистр EDX поместил результат сложения. В дальнейшем по ходу программы этот результат может быть перенесен в память, а регистр EDX использован для выполнения других операций.
int x=0x12345678; mov EAX,12345678h
int y=0x11111111; mov EDX,11111111h
int z=x+y; add EDX,EAX
Рис. 1.2. Фрагмент программы и результат его компиляции
Особое значение имеют сегментные регистры процессора (рис. 1.3). Свое название они получили потому, что любая программа располагается в связных участках памяти, называемых сегментами.
Рис. 1.3. Сегментные регистры
Как правило, для программы выделяются три сегмента: команд, данных и стека (рис. 1.4). В сегменте команд хранятся программные строки, в сегменте данных располагаются глобальные данные, которые видны из любой точки программы, а сегмент стека служит для временного хранения локальных данных, место под которые выделяется лишь на время выполнения той функции, в которой они объявлены.
Рис. 1.4. Сегменты программы и роль сегментных регистров
В сегментных регистрах хранится информация, позволяющая процессору определить, в каком месте памяти располагается тот или иной программный сегмент. Поскольку в программу обычно входят три сегмента, для обращения к ним используются три сегментных регистра. Регистр CS всегда служит для адресации сегмента команд, в регистре DS обычно хранится адрес сегмента данных, а регистр SS используется исключительно для работы со стеком. Остальные сегментные регистры используются по мере надобности для обращения, например, к системным полям памяти.
По содержимому сегментного регистра процессор может определить, каков адрес начала сегмента в памяти (этот адрес называется базовым). Однако ему еще нужно добраться до конкретного данного, хранящегося в сегменте. Для этого служит смещение, которое представляет собой номер начального байта конкретного данного от начала сегмента. Таким образом, адрес любого байта памяти состоит из двух частей: содержимого сегментного регистра, по которому процессор определяет базовый адрес сегмента, и смещения, которое следует прибавить к базовому адресу, чтобы получить истинный адрес адресуемой ячейки памяти.
Смещение очередной команды, которую надлежит выполнять процессору, всегда находится в регистре-указателе команд EIP. Он не входит в состав регистров общего назначения (и, соответственно, не был показан на рис. 1.1), потому что не является программно адресуемым регистром, т. е. к нему нельзя напрямую обратиться из программы и изменить его значение. Содержимым регистра EIP управляет исключительно сам процессор: прочитав из памяти очередной байт команды, процессор увеличивает содержимое EIP на 1, чем и обеспечивается строго последовательное чтение байтов программы, находящейся в памяти. Поскольку при обращении к сегменту команд процессор использует сегментный регистр CS, содержимое пары регистров CS и EIP, которое обычно обозначается, как CS:EIP, в каждый момент времени характеризует то место, до которого дошла программа по ходу своего выполнения.
Текущее смещение в стеке всегда находится в регистре-указателе стека ESP. Поскольку адрес стека процессор определяет с помощью сегментного регистра SS, содержимое пары регистров SS:ESP характеризует то место стека, в котором находится последнее отправленное туда данное.
К сегменту данных процессор обращается обычно с помощью регистра DS; смещение же конкретной ячейки может находиться в этом случае в любом регистре общего назначения: EAX, EBX и других (за исключением, разумеется, ESP). Смещение может также входить непосредственно в код команды, т. е. храниться не в регистре, а в составе кода команды в памяти.
Еще один регистр процессора, о котором следует иметь представление – это регистр флагов. В отличие от остальных регистров, в каждом из которых хранится единое данное, регистр флагов представляет собой, в основном, набор однобитовых флагов. Некоторые из этих флагов устанавливаются и сбрасываются программистом по мере необходимости (например, флаг IF управления аппаратными прерываниями процессора), хотя следует отметить, что в защищенном режиме обращение к этим флагам осуществляется, как правило, не непосредственно из прикладной программы, а из специальных программ, работающих на высшем уровне привилегий – так называемых драйверов.
Другими флагами управляет сам процессор, устанавливая или сбрасывая их по результатам выполнения каждой команды. Если, например, в результате выполнения арифметической операции образовалось отрицательное число, устанавливается флаг знака SF; если получился нулевой результат, устанавливается флаг нуля ZF и т. д. Анализ флагов позволяет процессору выполнять операции сравнения и условных переходов. Содержимое регистра флагов отображается в отладчике, и программист имеет возможность определить состояние флагов в любой точке программы.
|
