thunk技术实现窗口类的封装

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MFC功能已经非常强大,自己做界面库也许没什么意思,但是这个过程中却能学到很多东西。比如说:

窗口类的封装,从全局窗口消息处理到窗口对象消息处理的映射方法:

    对界面进行封装,一般都是一个窗口一个类,比如实现一个最基本的窗口类CMyWnd,你一定会把窗口过程作为这个类的成员函数,但是使用WINAPI创建窗口时必须注册类WNDCLASS,里面有个成员数据lpfnWndProc需要WNDPROC的函数指针,一般想法就是把窗口类的消息处理函数指针传过去,但是类成员函数除非是静态的,否则无法转换到WNDPROC,而全局的消息处理函数又无法得到窗口类对象的指针。这里有几种解决办法:

    一种解决方法是用窗口列表,开一个结构数组,窗口类对象创建窗口的时候把窗口HWND和this指针放入数组,全局消息处理函数遍历数组,利用HWND找出this指针,然后定位到对象内部的消息处理函数。这种方法查找对象的时间会随着窗口个数的增多而增长。

    另一种方法比较聪明一点,WNDCLASS里面有个成员数据cbWndExtra一般是不用的,利用这点,注册类时给该成员数据赋值,这样窗口创建时系统会根据该值开辟一块内存与窗口绑定,这时把创建的窗口类的指针放到该块内存,那么在静态的窗口消息循环函数就能利用GetWindowLong(hWnd,GWL_USERDATA)取出该指针,return (CMyWnd*)->WindowProc(...),这样就不用遍历窗口了。但是这样一来就有个致命弱点,对窗口不能调用SetWindowLong(hWnd,GWL_USERDATA,数据),否则就会导致程序崩溃。幸好这个函数(特定这几个参数)是调用几率极低的,对于窗口,由于创建窗口都是调用窗口类的Create函数,不用手工注册WNDCLASS类,也就不会调用SetWindowLong函数。但是毕竟缺乏安全性,而且当一秒钟内处理的窗口消息很多时,这种查找速度也可能不够快。

http://www.gaodaima.com/?p=65464thunk技术实现窗口类的封装

    还有一种就是比较完美的解决办法,称之为thunk技术。thunk是一组动态生成的ASM指令,它记录了窗口类对象的this指针,并且这组指令可以当作函数,既也可以是窗口过程来使用。thunk先把窗口对象this指针记录下来,然后转向到静态stdProc回调函数,转向之前先记录HWND,然后把堆栈里HWND的内容替换为this指针,这样在stdProc里就可以从HWND取回对象指针,定位到WindowProc了。

    我们先来看看窗口过程函数定义:
    
    LRESULT WINAPI WindowProc(HWND hWnd,UINT uMsg,WPARAM wParam,LPARAM lParam)
    
    其实当我们的窗口类CMyWnd创建窗口的时候,窗口句柄是可以得到并且作为成员数据保存,如此一来,第一个参数hWnd是可以不要的,因为可以通过this->m_hWnd得到,我们可以在这里做手脚,hWnd其实质是一个指针,如果把这个参数替换为窗口类对象的this指针,那么我们不就可以通过(CMyWnd*)hWnd->WindowProc转到窗口类内部的窗口过程了吗?但是窗口过程是系统调用的,怎么能把hWnd替换掉呢?我们先来看看系统调用这个函数时的堆栈情况:

系统调用m_thunk时的堆栈:
ret HWND MSG WPARAM LPARAM
-------------------------------------------
栈顶                                              栈底

系统把参数从右到左依次压栈,最后把返回地址压栈,我们只要在系统调用窗口过程时修改堆栈,把其中的hWnd参数替换掉就行了。这时thunk技术就有用武之地了,我们先定义一个结构:

#pragma pack(push,1) //该结构必须以字节对齐
struct Thunk {
BYTE    Call;
int    Offset;
WNDPROC   Proc;
BYTE    Code[5];
CMyWnd*   Window;
BYTE    Jmp;
BYTE    ECX;
};
#pragma pack(pop)

类定义:
class CMyWnd
{
public:
   BOOL Create(...);
   LRESULT WINAPI WindowProc(UINT,WPARAM,LPARAM);
   static LRESULT WINAPI InitProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);
   static LRESULT WINAPI stdProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);
   WNDPROC CreateThunk();
   WNDPROC GetThunk(){return m_thunk}
   ...

private:
   WNDPROC m_thunk
}

在创建窗口的时候把窗口过程设定为this->m_thunk,m_thunk的类型是WNDPROC,因此是完全合法的,当然这个m_thunk还没有初始化,在创建窗口前必须初始化:

WNDPROC CMyWnd::CreateThunk()
{
   Thunk*  thunk = new Thunk;

///////////////////////////////////////////////
//
//系统调用m_thunk时的堆栈:
//ret HWND MSG WPARAM LPARAM
//-------------------------------------------
//栈顶                                             栈底
///////////////////////////////////////////////

//call Offset
//调用code[0],call执行时会把下一条指令压栈,即把Proc压栈
thunk->Call = 0xE8;        // call [rel]32
thunk->Offset = (size_t)&(((Thunk*)0)->Code)-(size_t)&(((Thunk*)0)->Proc);  // 偏移量,跳过Proc到Code[0]
thunk->Proc = CMyWnd::stdProc;  //静态窗口过程

//pop ecx,Proc已压栈,弹出Proc到ecx
thunk->Code[0] = 0x59;  //pop ecx

//mov dword ptr [esp+0x4],this
//Proc已弹出,栈顶是返回地址,紧接着就是HWND了。
//[esp+0x4]就是HWND
thunk->Code[1] = 0xC7;  // mov
thunk->Code[2] = 0x44;  // dword ptr
thunk->Code[3] = 0x24;  // disp8[esp]
thunk->Code[4] = 0x04;  // +4
thunk->Window = this;

//偷梁换柱成功!跳转到Proc
//jmp [ecx]
thunk->Jmp = 0xFF;     // jmp [r/m]32
thunk->ECX = 0x21;     // [ecx]

m_thunk = (WNDPROC)thunk;
return m_thunk;
}

这样m_thunk虽然是一个结构,但其数据是一段可执行的代码,而其类型又是WNDPROC,系统就会忠实地按窗口过程规则调用这段代码,m_thunk就把Window字段里记录的this指针替换掉堆栈中的hWnd参数,然后跳转到静态的stdProc:

//本回调函数的HWND调用之前已由m_thunk替换为对象指针
LRESULT WINAPI CMyWnd::stdProc(HWND hWnd,UINT uMsg,UINT wParam,LONG lParam)
{
CMyWnd* w = (CMyWnd*)hWnd;

  return w->WindowProc(uMsg,wParam,lParam);
}

这样就把窗口过程转向到了类成员函数WindowProc,当然这样还有一个问题,就是窗口句柄hWnd还没来得及记录,因此一开始的窗口过程应该先定位到静态的InitProc,CreateWindow的时候给最后一个参数,即初始化参数赋值为this指针:

CreateWindowEx(
        dwExStyle,
                  szClass,
                  szTitle,
                  dwStyle,
                  x,
                  y,
                  width,
                  height,
                  hParentWnd,
                  hMenu,
                  hInst,
                  this            //初始化参数
                  );,

在InitProc里面取出该指针:

LRESULT WINAPI CMyWnd::InitProc(HWND hWnd,UINT uMsg,UINT wParam,LONG lParam)
{   
if(uMsg == WM_NCCREATE)
{
  CMyWnd *w = NULL;
  w = (CMyWnd*)((LPCREATESTRUCT)lParam)->lpCreateParams;
  if(w)
  {
   //记录hWnd
   w->m_hWnd = hWnd;
   
   //改变窗口过程为m_thunk
   SetWindowLong(hWnd,GWL_WNDPROC,(LONG)w-CreateThunk());
   return (*(WNDPROC)(w->GetThunk()))(hWnd,uMsg,wParam,lParam);   
  }
}
return DefWindowProc(hWnd,uMsg,wParam,lParam);
}

这样就大功告成。

窗口过程转发流程:

    假设已建立CMyWnd类的窗口对象 CMyWnd *window,初始化完毕后调用window->Create,这时Create的窗口其窗口过程函数是静态CMyWnd::InitWndProc

  

InitWndProc 实现功能:window->Create创建窗口时已把对象this指针放入窗口初始化参数中,在此过程的WM_NCCREATE消息中把this指针取出来:CMyWnd *w = (CMyWnd*)((LPCREATESTRUCT)lParam)->lpCreateParams;记录HWND:w->m_hWnd = hWnd,然后设置窗口过程为w->m_thunk(thunk是一个WNDPROC类型的成员数据,所以可以设置)
└→ window->m_thunk 实现功能:跳转到静态CMyWnd::stdProc,在此之前替换系统的调用参数HWND为this指针
└→ stdProc 实现功能:把HWND转换为窗口类指针:
CMyWnd *w = (CMyWnd*)hWnd;
return w->WindowProc(uMsg,wParam,lParam)
  └→  window->WindowProc 实现功能:执行实际的消息处理,窗口句柄已保存在m_hWnd 

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