來自：夢在天涯C++博客(http://www.shnenglu.com/mzty/)
一 引言
作為一名windows系統(tǒng)上圖形軟件開發(fā)者已經(jīng)有3個多年頭了，在此過程中有不少的經(jīng)歷和經(jīng)驗，非常高興與大家分享，今天主要是《windows via C++》一書的閱讀心得，所以主要談到的是windows上C++的開發(fā)。
二 C++語言
我們知道C++是一門ISO的面向?qū)ο蟮恼Z言，下面我介紹他的三個方面，也正是這三個主要方面決定了他被廣泛的使用。第一，C++是一個功能強大的語言。比如C++語言本身提供的基于C語言的內(nèi)嵌類型，數(shù)組，結(jié)構(gòu)體和指針等，C++比C新加入的面向?qū)ο蟮?/span>Class，繼承，多態(tài)和模板等，還有C++標準模板庫（STL）提供的實際開發(fā)當中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的實現(xiàn)；第二，大量的開源和第三方庫，如果在windows上使用C++開發(fā)，我們還可以借助microsoft對C++提供的強有力的支持，首先的VS編譯器，還有UI庫MFC，還有ATL等；除此之外我們還可以看到其他的許多非microsoft的開源的和第三方的支持，比如說Boost很大程度的擴充了STL，提供了更多更高級的功能，還有Loki把C++與設計模式結(jié)合起來，還有很多的第三方的UI庫，比如QT，WxWindows，WTL，GTK等，第三方的網(wǎng)絡通信庫，比如ACE，StreamModule等，第三那的XML庫，比如Xerces，CMarkup，tinyxml等，第三方的科學計算庫，比如Blitz++，MTL等，第三方的游戲開發(fā)庫，比如OGRE，KlayGE等，第三方的線程庫，比如C++ Threads，ZThreads等，還有其他的很多。第三，C++的高性能。這個也是毋庸質(zhì)疑的，我們知道的大部分的操作系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)，游戲，圖像軟件離不開C++，這都是跟C++的高性能有很大的關系。但從這一點來看，這就是很多現(xiàn)代的其他的高級語言沒有的，所以C++以后仍然有很長的路要走。
三 《Windows via c++》之經(jīng)典
上面說了C++語言本身，這里具體到windows系統(tǒng)上C++的開發(fā)，我們要基于windows系統(tǒng)開發(fā)軟件，就難免的要和windows系統(tǒng)打交道，比如系統(tǒng)本身對字符編碼的支持，系統(tǒng)的異常處理機制，線程的創(chuàng)建管理，進程的創(chuàng)建管理，內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的使用，堆棧的操作，DLL的使用等。上面提到的這些都不是C++語言本身的職責，是需要操作系統(tǒng)提供的支持，而所有這些內(nèi)容正是《windows via C++》所覆蓋的內(nèi)容，也正是本書很好的把C++和Windows連接起來，引領C++程序員走向windows的底層，這也正是本書的經(jīng)典之處!再次感謝作者Jeffrey Richter的偉大貢獻！
1）字符編碼：字符編碼作為字符串的基礎，自然而然就成了我們軟件開發(fā)必不可缺少的基石，那么什么是字符編碼那？字符編碼就是字符在計算機內(nèi)部的表示形式，我們都知道在計算機內(nèi)部，所有的信息最終都表示為一個二進制的字符串。每一個二進制位（bit）有0和1兩種狀態(tài)，因此八個二進制位就可以組合出256種狀態(tài)，這被稱為一個字節(jié)（byte）。上個世紀60年代，美國制定了一套字符編碼，對英語字符與二進制位之間的關系，做了統(tǒng)一規(guī)定。這被稱為ASCII碼，一直沿用至今。ASCII碼一共規(guī)定了128個字符的編碼，因為他只占用了一個字節(jié)的后面7位，最前面的1位統(tǒng)一規(guī)定為0。英語用128個符號編碼就夠了，但是用來表示其他語言，128個符號是不夠的。所以后來就各國有了各國的編碼，比如日文中的漢字遠遠大于256個，所以日文使用如果第一個字符在0 x 8 1 與0 x 9 F 之間，或者在0 x E 0 與0 x F C 之間，那么就必須觀察下一個字節(jié)，才能確定字符串中的這個完整的字符。這樣他就使用一個或兩個字節(jié)來表示一個字符，這種編碼被稱為雙字節(jié)字符集（D B C S ）。由于世界上存在著多種編碼方式，這使得同一個二進制數(shù)字可以被解釋成不同的符號。因此，要想打開一個文本文件，就必須知道它的編碼方式，否則用錯誤的編碼方式解讀，就會出現(xiàn)亂碼。這個時候Unicode就出現(xiàn)了他將世界上所有的符號都納入其中。每一個符號都給予一個獨一無二的編碼，那么亂碼問題就會消失。但是unicode也有不同的實現(xiàn)，主要的有三種：UTF-16：其本身就是標準的Unicode編碼方案，又稱為UCS-2，它固定使用16 bits(兩個字節(jié))整數(shù)來表示一個字符。UTF-32：又稱為UCS-4，它固定使用32 bits(四個字節(jié))整數(shù)來表示一個字符。UTF -8：最廣泛的使用的UTF方案，UTF-8使用可變長度字節(jié)來儲存Unicode字符，例如ASCII字母繼續(xù)使用1字節(jié)儲存，重音文字、希臘字母或西里爾字母等使用2字節(jié)來儲存，而常用的漢字就要使用3字節(jié)。輔助平面字符則使用4字節(jié)。UTF-8更便于在使用Unicode的系統(tǒng)與現(xiàn)存的單字節(jié)的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸和交換。與前兩個方案不同：UTF-8以字節(jié)為編碼單元，沒有字節(jié)序的問題。但是不管是哪種unicode的實現(xiàn)都可以包含世界所有的字符，解決軟件本地化的難題。
Windows在2000以前使用ASCII，2000及以后的系統(tǒng)都使用unicode來編碼，但是需要注意的是Windows2000既支持Unicode，也支持ANSI，因此可以為任意一種開發(fā)應用程序.如果調(diào)用任何一個Windows函數(shù)并給它傳遞一個ANSI字符串，那么系統(tǒng)首先要將字符串轉(zhuǎn)換成Unicode，然后將Unicode字符串傳遞給操作系統(tǒng)。如果希望函數(shù)返回ANSI字符串，系統(tǒng)就會首先將Unicode字符串轉(zhuǎn)換成ANSI字符串，然后將結(jié)果返回給你的應用程序。所有這些轉(zhuǎn)換操作都是在你看不見的情況下發(fā)生的。當然，進行這些字符串的轉(zhuǎn)換需要占用系統(tǒng)的時間和內(nèi)存。比如同一個函數(shù)CreateWindowEx()，在內(nèi)部其實是當ASCII是調(diào)用CreateWindowExA()，而當unicode時調(diào)用CreateWindowExW()。同時windows系統(tǒng)還給我們提供了ASCII和unicode間的轉(zhuǎn)化函數(shù)MultiByteToWideChar(）和WideCharToMultiByte()。
2）進程和線程：進程通常被定義為一個正在運行的程序的實例，它由兩個部分組成，第一， 一個是操作系統(tǒng)用來管理進程的內(nèi)核對象，內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放關于進程的統(tǒng)計信息的地方；第二，是地址空間，它包含所有可執(zhí)行模塊或 D L L 模塊的代碼和數(shù)據(jù)，它還包含動態(tài)內(nèi)存分配的空間，如線程堆棧和堆分配空間。線程是應用程序執(zhí)行時的最小單位，同樣線程也是由兩個部分組成的：第一， 一個是線程的內(nèi)核對象，操作系統(tǒng)用它來對線程實施管理，內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放線程統(tǒng)計信息的地方；第二，線程堆棧，它用于維護線程在執(zhí)行代碼時需要的所有函數(shù)參數(shù)和局部變量。
進程是不活潑的，從來不執(zhí)行任何東西，它只是線程的容器，若要使進程完成某項操作，它必須擁有一個在它的環(huán)境中運行的線程，該線程負責執(zhí)行包含在進程的地址空間中的代碼，當創(chuàng)建一個進程時，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建它的第一個線程，稱為主線程，然后，該線程可以創(chuàng)建其他的線程，而這些線程又能創(chuàng)建更多的線程。如果在單進程環(huán)境中，你有兩個或多個線程正在運行，那么這兩個線程將共享單個地址空間。這些線程能夠執(zhí)行相同的代碼，對相同的數(shù)據(jù)進行操作。這些線程還能共享內(nèi)核對象句柄，因為句柄表依賴于每個進程而不是每個線程存在。
windows提供和很多函數(shù)來創(chuàng)建和管理線程和進程，比如CreateThread（），ExitThread（），TerminateThread（），GetCurrentThread()，CreateProcess（），ExitProcess（），TerminateProcess （），GetCurrentProcess（）等。
3）線程同步和線程局部存儲：由于同一進程的所有線程共享進程的虛擬地址空間，并且線程的中斷是匯編語言級的，所以可能會發(fā)生兩個線程同時訪問同一個對象（包括全局變量、共享資源、API函數(shù)和MFC對象等）的情況，這有可能導致程序錯誤。屬于不同進程的線程在同時訪問同一內(nèi)存區(qū)域或共享資源時，也會存在同樣的問題。因此，在多線程應用程序中，常常需要采取一些措施來同步線程的執(zhí)行。
windows提供了3中同步機制，分別是信號量Semaphore，互斥量Mutex，關鍵代碼段CriticalSection。其中信號量Semaphore，是一個可以限制對指定的臨界段進行訪問的線程的數(shù)目的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。互斥量Mutex和關鍵代碼段CriticalSection，他們的作用是相同的，都是用來保證某時刻只有一個線程能夠訪問全局或靜態(tài)的資源。區(qū)別是：Mutex是內(nèi)核對象，可以設置等待超時時間，可以在不同的進程的線程中使用，但是所消耗的時間也比較多。CriticalSection與Mutex相反。
線程局部存儲（TLS），可以為全局或靜態(tài)變量對不同的線程有不同的拷貝。
4）線程池：可以實現(xiàn)在程序中根據(jù)需要動態(tài)的創(chuàng)建線程，比如在server端，根據(jù)訪問的用戶的多少來創(chuàng)建線程的多少。在windows2000以后增加了創(chuàng)建線程池的API，比如 QueueUserWorkItem（）。
5) 纖程：用戶級的線程機制，比線程小的單位，開發(fā)人員負責管理纖程的調(diào)度，同時負責確定纖程何時在線程時間片上下文中運行，一般不會帶來性能的提高，主要的目的是為開發(fā)人員調(diào)度多個不需要并行執(zhí)行的任務提供一個便捷的機制。單線程可以包含一個或多個纖程。就內(nèi)核而言，線程是搶占調(diào)度的，是正在執(zhí)行的代碼。然而，線程每次執(zhí)行一個纖程的代碼，你決定究竟執(zhí)行哪個纖程，你可以調(diào)用ConvertThreadToFiber（）將已有的線程轉(zhuǎn)化位纖程，當對纖程的執(zhí)行環(huán)境進行分配和初始化后，就可以將執(zhí)行環(huán)境的地址與線程關聯(lián)起來，該線程被轉(zhuǎn)換成一個纖程，而纖程則在該線程上運行。現(xiàn)在，如果你的纖程（線程）返回或調(diào)用ExitThread函數(shù)，那么纖程和線程都會終止運行。除非打算創(chuàng)建更多的纖程以便在同一個線程上運行，否則沒有理由將線程轉(zhuǎn)換成纖程。若要創(chuàng)建另一個纖程，該線程（當前正在運行纖程的線程）可以調(diào)用CreateFiber函數(shù)。但是調(diào)用CreateFilber創(chuàng)建的纖程并不執(zhí)行，直到調(diào)用SwitchToFiber函數(shù)。若要撤消纖程，可以調(diào)用DeleteFiber函數(shù)。
6) 作業(yè)：作業(yè)可以看作是一組進程的容器,把這些進程當作一個整體,對這個整體整個加入更多的限制. 因為Windows并不維護進程之間的父/子關系。即使父進程已經(jīng)終止運行，子進程仍然會繼續(xù)運行。Microsoft Windoss 2000提供了一個新的作業(yè)內(nèi)核對象，使你能夠?qū)⑦M程組合在一起，并且創(chuàng)建一個“沙框”，以便限制進程能夠進行的操作。最好將作業(yè)對象視為一個進程的容器。但是，創(chuàng)建包含單個進程的作業(yè)是有用的，因為這樣一來，就可以對該進程加上通常情況下不能加的限制。創(chuàng)建一個新作業(yè)內(nèi)核對象可以調(diào)用CreateJobObject（），另一個進程要訪問作業(yè)，可以通過OpenJobObject（），應該知道，關閉作業(yè)對象并不會迫使作業(yè)中的所有進程終止運行。該作業(yè)對象實際上做上了刪除標記，只有當作業(yè)中的所有進程全部終止運行之后，該作業(yè)對象才被自動撤消。注意，關閉作業(yè)的句柄后，盡管該作業(yè)仍然存在，但是該作業(yè)將無法被所有進程訪問。通過調(diào)用SetInformationJobObject()可以給作業(yè)加上各種限制.查詢限制QueryInformationJobObject（），將進程放入作業(yè)AssignProcessToJobObject（），若要撤銷作業(yè)中的進程調(diào)用TerminateJobObject（）。
7) 虛擬內(nèi)存，內(nèi)存映射文件和堆棧：每個進程都被賦予它自己的虛擬地址空間。對于3 2位進程來說，這個地址空間是4 G B,其中默認有2G是用戶可以使用的。由于每個進程可以接收它自己的私有的地址空間，因此當進程中的一個線程正在運行時，該線程可以訪問只屬于它的進程的內(nèi)存。屬于所有其他進程的內(nèi)存則隱藏著，并且不能被正在運行的線程訪問。注意在Windows 2000中，屬于操作系統(tǒng)本身的內(nèi)存也是隱藏的，正在運行的線程無法訪問。這意味著線程常常不能訪問操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
Windows提供了3種進行內(nèi)存管理的方法，它們是第一， 虛擬內(nèi)存，最適合用來管理大型對象或結(jié)構(gòu)數(shù)組。 第二，內(nèi)存映射文件，最適合用來管理大型數(shù)據(jù)流（通常來自文件）以及在單個計算機上運行的多個進程之間共享數(shù)據(jù)。第三， 內(nèi)存堆棧，最適合用來管理大量的小對象。
在較老的操作系統(tǒng)中，物理存儲器被視為計算機擁有的R A M的容量。換句話說，如果計算機擁有1 6 M B的R A M，那么加載和運行的應用程序最多可以使用1 6 M B的R A M。今天的操作系統(tǒng)能夠使得磁盤空間看上去就像內(nèi)存一樣。磁盤上的文件通常稱為頁文件，它包含了可供所有進程使用的虛擬內(nèi)存。
內(nèi)存映射文件與虛擬內(nèi)存一樣，內(nèi)存映射文件可以用來保留一個地址空間的區(qū)域，并將物理存儲器提交給該區(qū)域。它們之間的差別是，物理存儲器來自一個已經(jīng)位于磁盤上的文件，而不是系統(tǒng)的頁文件。一旦該文件被映射，就可以訪問它，就像整個文件已經(jīng)加載內(nèi)存一樣。
堆棧可以用來分配許多較小的數(shù)據(jù)塊。例如，若要對鏈接表和鏈接樹進行管理，最好的方法是使用堆棧，堆棧的優(yōu)點是，可以不考慮分配粒度和頁面邊界之類的問題，集中精力處理手頭的任務。堆棧的缺點是，分配和釋放內(nèi)存塊的速度比其他機制要慢，并且無法直接控制物理存儲器的提交和回收。進程和線程都有自己的堆棧，而且大小可以更改。
8) DLL使用：windows中廣泛的使用dll來實現(xiàn)模塊化，dll的使用一般有靜態(tài)和動態(tài)加載，靜態(tài)加載一般通過編譯器的設置來實現(xiàn)，動態(tài)加載通過使用loadlibrary（）和freelibrary（）來實現(xiàn)。
9）結(jié)構(gòu)化異常處理（SEH）：SEH 是 Windows 系統(tǒng)提供的異常處理功能，跟開發(fā)工具無關。windows上其他程序中的異常處理一般底層都是轉(zhuǎn)化為SEH來實現(xiàn)。實際上，當你寫一條C++ throw語句時，編譯器就生成一個對Windows的RaiseException函數(shù)的調(diào)用。用于throw語句的變量傳遞給RaiseException作為附加的參數(shù)。
四 《Windows via c++》之新增
1）64位支持：最新的系統(tǒng)有64的版本，這樣的話進程就不再有最大4G的內(nèi)存限制，但是由于64位系統(tǒng)與以前的32位系統(tǒng)其實是一個codebase，所以基本有所的接口都與以前32位保持椅子，這樣的話我們以前的所有的32位的程序只需要從新編譯就可以運行在64系統(tǒng)上，需要特別注意的是指針和句柄的從32位到64位的轉(zhuǎn)變。
2）windows vista/2008特有：提供了更加安全的stirng函數(shù)，一些內(nèi)核對象的改變等。
3）可重復使用的代碼：大量可在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中重復使用的代碼和讓我們更好的理解進程的源代碼processInfo，LockCop等。
五 總結(jié)
總之，通過閱讀《Windows via C++》使我們更好的了解windows系統(tǒng)，更好的在windows進行C++開發(fā)！推薦windows上C++開發(fā)人員可以一讀！