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thunk技术实现窗口类的封装

    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。

        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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