原生开发，使用C语言调用Windows API 开发软件思路分享

Githu: https://github.com/vladelaina/Catime

作者是一个高度依赖计时器功能的人，但是市面上的软件都不能满足个性化的需求，所以打算自己动手开发，同时采用c语言来做原生开发，一下是开发思路，以及遇到的问题

1. 原生开发的优势

使用Windows API进行原生开发具有以下优势：

• 高性能：直接调用系统API，无中间层开销，执行效率高
• 低资源占用：程序体积小，内存占用少，适合轻量级应用
• 系统集成度高：可以深度访问Windows系统功能和资源
• 无依赖性：不需要额外运行时环境，降低部署复杂度
• 精确控制：对UI和系统交互有更精细的控制能力

2. 开发思路与架构设计

2.1 基本架构

典型的Windows API应用程序架构包括：

• 窗口过程函数：处理窗口消息的核心回调函数
• 消息循环：获取并分发系统消息
• 资源管理：处理GDI对象、内存等资源
• 模块化设计：将功能分散到不同模块中

2.2 设计模式

• 事件驱动模型：基于Windows消息机制
• MVC/MVP模式：分离UI和业务逻辑
• 单例模式：管理全局资源和状态

3. 关键技术点

3.1 窗口创建与管理

// 窗口类注册
WNDCLASS wc = {0};
wc.lpfnWndProc = WindowProcedure;
wc.hInstance = hInstance;
wc.lpszClassName = "MyWindowClass";
RegisterClass(&wc);

// 创建窗口
HWND hwnd = CreateWindowEx(
    WS_EX_CLIENTEDGE,
    "MyWindowClass",
    "Window Title",
    WS_OVERLAPPEDWINDOW,
    CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 800, 600,
    NULL, NULL, hInstance, NULL);

3.2 消息处理

LRESULT CALLBACK WindowProcedure(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    switch(msg) {
        case WM_CREATE:
            // 窗口创建时的初始化
            break;
        case WM_PAINT:
            // 绘制窗口内容
            break;
        case WM_COMMAND:
            // 处理菜单和控件命令
            break;
        case WM_DESTROY:
            PostQuitMessage(0);
            break;
        default:
            return DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
    }
    return 0;
}

3.3 GDI绘图

void DrawContent(HWND hwnd) {
    PAINTSTRUCT ps;
    HDC hdc = BeginPaint(hwnd, &ps);

    // 创建和选择画笔、画刷
    HPEN hPen = CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));
    HPEN hOldPen = SelectObject(hdc, hPen);

    // 绘制图形
    Rectangle(hdc, 10, 10, 100, 100);

    // 清理资源
    SelectObject(hdc, hOldPen);
    DeleteObject(hPen);

    EndPaint(hwnd, &ps);
}

3.4 资源管理

// 资源文件 (resource.rc)
IDI_MYICON ICON "myicon.ico"
IDM_MYMENU MENU BEGIN
    POPUP "&File"
    BEGIN
        MENUITEM "&Open", IDM_OPEN
        MENUITEM "&Save", IDM_SAVE
        MENUITEM SEPARATOR
        MENUITEM "E&xit", IDM_EXIT
    END
END

// 加载资源
HICON hIcon = LoadIcon(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDI_MYICON));
SendMessage(hwnd, WM_SETICON, ICON_BIG, (LPARAM)hIcon);

3.5 对话框和控件

// 创建控件
HWND hButton = CreateWindow(
    "BUTTON", "Click Me",
    WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_PUSHBUTTON,
    10, 10, 100, 30,
    hwnd, (HMENU)IDC_BUTTON, hInstance, NULL);

// 显示对话框
DialogBox(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDD_DIALOG), hwnd, DialogProc);

// 对话框过程
INT_PTR CALLBACK DialogProc(HWND hwndDlg, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    switch(msg) {
        case WM_INITDIALOG:
            return TRUE;
        case WM_COMMAND:
            if(LOWORD(wParam) == IDOK) {
                EndDialog(hwndDlg, IDOK);
                return TRUE;
            }
            break;
    }
    return FALSE;
}

4. 开发挑战与解决方案

4.1 内存管理

• 挑战：手动管理内存容易导致泄漏
• 解决方案：
  • 使用资源获取即初始化(RAII)模式
  • 成对调用分配/释放函数
  • 使用工具检测内存泄漏

4.2 多线程同步

• 挑战：UI线程与工作线程的协调
• 解决方案：
  • 使用PostMessage/SendMessage进行线程间通信
  • 合理使用互斥量、事件、信号量等同步原语
  • 避免死锁和竞态条件

4.3 DPI感知

• 挑战：在不同DPI设置下保持UI一致性
• 解决方案：
  • 实现DPI感知(SetProcessDpiAwareness)
  • 使用相对单位而非固定像素
  • 根据DPI缩放绘图操作

4.4 国际化支持

• 挑战：支持多语言和不同区域设置
• 解决方案：
  • 使用资源字符串而非硬编码文本
  • 支持Unicode字符集
  • 考虑文本布局方向(RTL/LTR)

5. 构建与部署

5.1 构建工具

• Visual Studio：提供完整IDE体验
• MinGW/GCC：开源编译器选项
• CMake：跨平台构建系统
• Makefile：传统构建脚本

5.2 静态链接与动态链接

• 静态链接：生成独立可执行文件，无外部依赖
• 动态链接：减小可执行文件体积，共享系统DLL

5.3 安装程序制作

• NSIS (Nullsoft Scriptable Install System)
• Inno Setup
• WiX Toolset

5.4 部署注意事项

• 运行时依赖检查
• 权限要求
• 注册表和系统配置
• 应用程序清单(manifest)设置

6. 调试与优化技巧

6.1 调试技术

• 使用DebugView捕获调试输出
• 使用WinDbg进行高级调试
• 实现自定义日志系统

6.2 性能优化

• 减少不必要的重绘
• 优化GDI对象使用
• 使用双缓冲技术避免闪烁
• 延迟加载资源

7. 参考资源

• MSDN文档：https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/
• Charles Petzold的《Programming Windows》
• 开源项目示例：ReactOS, Wine
• Raymond Chen的博客：The Old New Thing

8. 结语

Windows API原生开发虽然学习曲线较陡，但掌握后能够开发出高效、轻量且深度集成Windows系统的应用程序。通过合理的架构设计和模块化，可以降低开发复杂度，提高代码可维护性。