C# 窗体和消息处理

0 概述

　　Windows的界面顾名思义，由“窗体”来组成，窗体的概念：屏幕上特定的一块区域，具有绘图区域和剪裁边界，并具备响应用户输入设备操作能力。

• 绘图区域：每一个窗体都定义了一块区域，在这块区域里，可以进行绘图，绘制的图形将显示在窗体中。随着窗体位置的移动，绘图区域也在不断移动；
• 剪裁边界：绘图区域的四周，由剪裁边界包围，剪裁边界保证了绘图区域确定的大小，超出部分会被剪裁掉，不被显示；
• 事件响应：主要响应鼠标和键盘事件，当鼠标在窗体上发生点击，则一组鼠标事件会从操作系统反映给该窗体；当按下键盘时，一组键盘事件会从操作系统反映给“输入焦点”所在的窗体。

　　Windows的图形系统由如下几个部分组成：

• 顶级窗体：Desktop或称为桌面，是Windows操作系统的最主要的窗体，其它窗体都是在其基础上建立的；
• 窗体：是由应用程序建立的窗体；
• 子窗体：是依附于主窗体或弹出窗体之上的窗体，俗称的“控件”就是子窗体的一种。

　　所以所谓的图形编程，就是为各种各样的窗体编程。

1 窗体和消息循环

　　先来看一段主窗体的代码，由于Visual Studio会自动为Windows应用程序项目建立主窗体，所以这里我们采用将控制台应用程序项目改造为Windows应用程序项目的方法来体现建立窗体的过程。

　　第一步：建立一个普通的“控制台应用程序”项目：

　　第二步：为项目添加支持窗体编程的程序集引用：

　　1、选择“项目 –> 添加引用”打开“添加引用对话框”，选中“.NET选项卡”（如下图）： 

图1 添加引用

　　2、按住Ctrl键，同时选中其中的“System.Drawing”和“System.Windows.Forms”两项，点击确定，完成这两个程序集引用的添加，其中：

• System.Drawing 命名空间包括了.net Framework图形绘制相关类；
• System.Windows.Forms 命名空间包括了.net Framework窗体相关类。

　　第三步：将项目输出类型改为“Windows应用程序”

　　选择“项目 –> 属性”，打开项目属窗口，选择“应用程序”选项卡，将其中输出类型改为“Windows应用程序”

图2 更改项目输出类型

　　

　　至此，我们的项目就可以支持图形用户界面的开发了。现在在Program.cs中输入如下代码：

using System;using System.Windows.Forms;namespace Edu.Study.Graphic.Win {class Program {static void Main(string[] args) {// 实例化一个Form类的对象Form form = new Form();// 设置Text属性, 字符串form.Text = "第一个窗体";// 设置Width, Height属性, 宽度高度form.Width = 800;form.Height = 600;// 启动消息循环Application.Run(form);}}}

　　运行代码的结果是显示一个如下的窗体：

图3 窗体显示效果图

　　好了，目前我们就拥有了一个空白的窗体，这个窗体就是我们整个应用程序的“主窗体”，它具有“标题栏”，“最大化、最小化和关闭按钮”以及“系统图标和系统菜单”，是一个标准的Windows窗体。

　　从代码可以看到，创建一个窗体非常简单，生成一个Form类的对象即可。Form类对象的引用传入一个Application类的静态Run方法作为参数，窗口就可以显示出来了。

　　Form类具有一些属性，可以设置窗口的标题、大小和位置等。

　　这里面我们注意一点：我们在Main方法中创建了主窗体的对象，随机将这个对象的引用作为参数传递给了Application类的静态方法Run方法中。这个Run方法实际上启动了一段称为消息循环的代码，即一个while循环，这个循环首先保证了Main方法不会直接运行完毕退出（所以那个Form类的对象也不会被销毁，那么消息循环还干什么事儿呢？

　　在一个窗体应用程序中，具备一个队列结构称为“消息队列”，队列里面存放者发送给这个窗体的消息，例如当我们操作窗体时（操作鼠标或者按下键盘），这些操作就会形成“消息”，存入到消息队列中。

　　在Main方法中，Application.Run内部启动了一个循环，循环从消息队列里面一条一条的读取消息。如果没有消息，则这个循环就会被阻塞，直到有消息到来。读取到的消息，根据消息类型不同，交给窗体类中对应的方法去处理。直到消息队列中一条“关闭窗体”的消息被获取到后结束循环。

　　所以一旦运行了Application.Run方法，除非该方法参数指定的窗口被关闭，否则Main方法一直都不会运行结束，而是在一个循环中不断重复读取消息的工作。

图4 消息队列、消息循环示意图

2 继承窗体，完成消息处理

　　继续扩充上述代码

using System;using System.Drawing;using System.Windows.Forms;namespace Edu.Study.Graphics.ExtendsForm {/// <summary>/// 继承Form类/// </summary>class MyForm : Form {/// <summary>/// 保存键盘按键消息的按键值/// </summary>private Keys key = Keys.NoName;/// <summary>/// 保存鼠标单击消息的坐标值/// </summary>private Point point = Point.Empty;        /// <summary>/// 构造器/// </summary>public MyForm() {this.Width = 800;this.Height = 600;this.Text = "继承窗体类";// 开启双缓冲绘图模式this.DoubleBuffered = true;} /// <summary>/// 鼠标单击消息处理方法/// </summary>protected override void OnMouseDown(MouseEventArgs e) {base.OnMouseDown(e);// 将单击时的坐标保存this.point = new Point(e.X, e.Y);// 刷新窗口, 发出窗口重绘消息Refresh();} /// <summary>/// 键盘按下消息处理方法/// </summary>protected override void OnKeyDown(KeyEventArgs e) {base.OnKeyDown(e); // 将键盘按键值保存this.key = e.KeyCode;this.Refresh();} /// <summary>/// 重绘窗口消息处理方法/// </summary>protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) {base.OnPaint(e); // 实例化字体对象// 使用窗体默认字体, 字号30Font font = new Font(this.Font.FontFamily, 30F); // 将鼠标坐标绘制在界面上e.Graphics.DrawString(String.Format("{0} : {1}", this.point.X, this.point.Y), // 要绘制的字符串font, // 绘制使用的字体new SolidBrush(Color.Red), // 绘制使用的画刷10, 5 // 绘制到屏幕的坐标); // 将键盘按键值转换为字符串string showText = this.key.ToString(); // 实例化字体对象font = new Font(this.Font.FontFamily, 50F); // 测量字符串大小(高度、宽度)SizeF size = e.Graphics.MeasureString(showText, font); // 获取屏幕中央点PointF point = new PointF((float)this.Width / 2F, (float)this.Height / 2F); // 计算字符串绘制起始位置point.X -= size.Width / 2;point.Y -= size.Height / 2; // 绘制字符串e.Graphics.DrawString(showText, font, new SolidBrush(Color.Green), point);}}    static class Program {static void Main(string[] args) {Application.Run(new MyForm());}}}

　　执行结果如下图：

图5 项目运行结果

　　可以看到，Form类本身具备了处理各种消息的方法，并且每个方法和不同的消息一一对应。我们只需要覆盖其中的不同方法，就可以改变对某个消息的处理方式。

　　在Form类中，所有以On开头的方法都是处理各种消息的，这些方法都定义为virtual，都可以被子类的同样方法所覆盖。

　　消息都会附加一些参数，例如鼠标消息会附加鼠标指针的坐标，鼠标按键的类型；键盘消息会附加键盘按键的值，键盘组合键值等。这些消息参数被包装为EventArgs类的不同子类的对象，传递给消息处理方法。

 
图6 EventArgs类继承图

　　其中，EventArgs类不具有特殊的属性，仅具有一个静态的Empty属性，引用到了一个EventArgs对象上，表示消息没有额外的参数。也就是说，当我们看到一个消息处理方法的参数为EventArgs类的对象引用，那说明这个方法处理的消息没有特别的消息参数。

　　如果消息方法的参数是一个EventArgs类的子类对象引用，则说明这个消息附带一些特殊的参数，例如图中的MouseVentArgs类，表示鼠标消息参数，具有坐标属性，鼠标按键属性等。

　　上述响应窗体事件的方法：继承Form类，覆盖On打头的消息处理方法，根据参数获取消息附加参数。

　　注意：一般而言，我们再覆盖On系列方法时，都要在第一句使用base.OnXXX调用超类的被覆盖方法一次，因为超类定义的On系列方法是虚拟方法，本身具有方法体，对消息有一些基本的处理，我们需要调用一次。

3 利用EventHandler委托

　　一个窗体除了On系列方法处理消息外，还有一系列XXXEventHandler类型的事件属性，名称恰好是On系列方法的方法名去掉On。消息处理方法和事件属性之间的关系为：每一个事件处理方法在内部都访问了对应的事件属性，通过这些属性调用了代理的方法（如果有的话）。

　　EventHandle委托的类型为：

public delegate void EventHandler(object sender, EventArgs e);

　　其中，sender参数为引发事件的对象，例如本例中的窗体Form对象。e参数为消息参数，即引发该事件的消息的附加参数。EventArgs类型表示没有附加参数。

　　其它XXXEventHandler委托大体上和EventHandler委托类似，只是参数不为EventArgs，例如处理鼠标消息的MouseEventHandler类型为：

public delegate void MouseEventHandler(object sender, MouseEventArgs e);

　　重新改动上一节的代码

using System;using System.Drawing;using System.Windows.Forms;namespace Edu.Study.Graphics.EventHandler {static class Program {/// <summary>/// 保存键盘按键消息的按键值/// </summary>private static Keys key = Keys.NoName;/// <summary>/// 保存鼠标单击消息的坐标值/// </summary>private static Point point = Point.Empty;/// <summary>/// 窗体对象/// </summary>private static Form form = new Form();/// <summary>/// 主方法/// </summary>static void Main(string[] args) {form.Height = 600;form.Width = 800;form.Text = "窗体事件";// 将委托方法关联窗体到事件属性上// 关联鼠标事件form.MouseDown += new MouseEventHandler(FormMouseDown);// 关联按键事件form.KeyDown += new KeyEventHandler(FormKeyDown);// 关联刷新事件form.Paint += new PaintEventHandler(FormPaint);Application.Run(form);}static void FormMouseDown(object sender, MouseEventArgs e) {// 将单击时的坐标保存point = new Point(e.X, e.Y);// 刷新窗口, 发出窗口重绘消息form.Refresh();}static void FormKeyDown(object sender, KeyEventArgs e) {// 将键盘按键值保存key = e.KeyCode;form.Refresh();}static void FormPaint(object sender, PaintEventArgs e) {// 实例化字体对象// 使用窗体默认字体, 字号30Font font = new Font(form.Font.FontFamily, 30F);// 将鼠标坐标绘制在界面上e.Graphics.DrawString(string.Format("{0} : {1}", point.X, point.Y), // 要绘制的字符串font, // 绘制使用的字体new SolidBrush(Color.Red), // 绘制使用的画刷10, 5 // 绘制到屏幕的坐标);// 将键盘按键值转换为字符串string showText = key.ToString();// 实例化字体对象font = new Font(form.Font.FontFamily, 50F);// 测量字符串大小(高度、宽度)SizeF size = e.Graphics.MeasureString(showText, font);// 获取屏幕中央点PointF pointf = new PointF((float)form.Width / 2F, (float)form.Height / 2F);// 计算字符串绘制起始位置pointf.X -= size.Width / 2;pointf.Y -= size.Height / 2;// 绘制字符串e.Graphics.DrawString(showText, font, new SolidBrush(Color.Green), pointf);}}}

　　这一次我们使用了Form对象和它的各类事件属性，执行结果和上一节代码完全相同。

　　对于一般性的编程，我们可以灵活的使用上述的两种方式，继承或使用事件属性，来为窗体添加我们感兴趣的事件处理方法，让窗体具有更好的功能。