TApplication与主消息循环

Windows应用程序的每一个窗口都有一个大的消息循环以及一个窗口函数（WndProc）用以分发和处理消息。VCL作为一个Framework，当然会将这些东西隐藏起来，而重新提供一种易用的、易理解的虚拟机制给程序员。
那么VCL是如何做到的呢？
本节就来解答这个问题。
只要代码单元中包含了Forms.pas，就会得到一个对象——Application。利用它可以帮助我们完成许多工作。例如要退出应用程序，可以使用
Application.Terminate();
Application对象是VCL提供的，在Forms.pas中可以看到如下这个定义：
var
Application: TApplication;
当创建一个默认的应用程序时，会自动得到以下几行代码：
begin
Application.Initialize;
Application.CreateForm(TForm1, Form1);
Application.Run;
end.
这几行代码很简洁地展示了TApplication的功能、初始化、创建必要的窗体、运行……
但是，这几行代码具体做了什么幕后操作呢？Application.Run之后，程序流程走向了哪里？
1.脱离VCL的Windows程序
    在此，给出一个用纯Pascal所编写的十分简单的Windows应用程序，以演示标准Windows程序是如何被建立及运行的。

program WindowDemo;
uses Windows, Messages;
// 窗口函数，窗口接到消息时被Windows所调用
function WindowProc(hwnd : HWND; uMsg : Cardinal; wParam : WPARAM;
lParam : LPARAM) : LResult; stdcall;
begin
Result := 0;
case uMsg of
// 关闭窗口消息，当用户关闭窗口后，通知主消息循环结束程序
WM_CLOSE : PostMessage(hwnd, WM_QUIT, 0, 0);
// 鼠标左键按下消息
WM_LBUTTONDOWN : MessageBox(hwnd, 'Hello!', '和您打个招呼',
MB_ICONINFORMATION);
else
// 其他消息做默认处理
Result := DefWindowProc(hWnd, uMsg, wParam, lParam);
end;
end;
var
wndcls : WNDCLASS; // 窗口类的记录（结构）类型
hWnd : THandle;
Msg : tagMSG; // 消息类型
begin
wndcls.style := CS_DBLCLKS; // 允许窗口接受鼠标双击
wndcls.lpfnWndProc := @WindowProc; // 为窗口类指定窗口函数
wndcls.cbClsExtra := 0;
wndcls.cbWndExtra := 0;
wndcls.hInstance := hInstance;
wndcls.hIcon := 0;
wndcls.hCursor := LoadCursor(hInstance, 'IDC_ARROW');
wndcls.hbrBackground := COLOR_WINDOWFRAME;
wndcls.lpszMenuName := nil;
wndcls.lpszClassName := 'WindowClassDemo'; // 窗口类名称
// 注册窗口类
if RegisterClass(wndcls) = 0 then
Exit;
// 创建窗口
hWnd := CreateWindow(
'WindowClassDemo', // 窗口类名称
'WindowDemo', // 窗口名称
WS_BORDER or WS_CAPTION or WS_SYSMENU, // 窗口类型
Integer(CW_USEDEFAULT),
Integer(CW_USEDEFAULT),
Integer(CW_USEDEFAULT),
Integer(CW_USEDEFAULT),
0,
0,
hInstance,
nil
);
if hWnd = 0 then
Exit;
// 显示窗口
ShowWindow(hWnd, SW_SHOWNORMAL);
UpdateWindow(hWnd);
// 创建主消息循环，处理消息队列中的消息并分发
// 直至收到WM_QUIT消息，退出主消息循环，并结束程序
// WM_QUIT消息由PostMessage()函数发送
while GetMessage(Msg, hWnd, 0, 0) do
begin
TranslateMessage(Msg);
DispatchMessage(Msg);
end;
end.

该程序没有使用VCL，它所做的事情就是显示一个窗口。当在窗口上单击鼠标右键时，会弹出一个友好的对话框向您问好。如果从来不曾了解过这些，那么建议您实际运行一下光盘上的这个程序，对其多一些感性认识。
就是这样一个简单的程序，演示了标准Windows程序的流程：
（1）从入口函数WinMain开始。
（2）注册窗口类及窗口函数（Window Procedure）。
（3）创建并显示窗口。
（4）进入主消息循环，从消息队列中获取并分发消息。
（5）消息被分发后，由Windows操作系统调用窗口函数，由窗口函数对消息进行 处理。
在Object Pascal中看不到所谓的“WinMain”函数。不过，其实整个program的begin处就是Windows程序的入口。
注册窗口类通过系统API函数RegisterClass()来完成，它向Windows系统注册一个窗口的类型。
注册窗口类型完成后，就可以创建这个类型的窗口实例。创建出一个真正的窗口可通过API函数CreateWindow()来实现。
创建出的窗口实例通过API函数ShowWindow()来使得它显示在屏幕上。
当这一切都完成后，窗口开始进入一个while循环以处理各种消息，直至API函数GetMessage()返回0才退出程序。循环中，程序需要从主线程的消息队列中取出各种消息，并将它分发给系统，然后由Windows系统调用窗口的窗口函数（WndProc），以完成窗口对消息的响应处理。
         TApplication除了定义一个应用程序的特性及行为外，另一个重要的使命就是封装以上的那些令人讨厌的、繁琐的步骤。

2.Application对象的本质
注意：Application是一个0*0大小的不可见窗口！并且这个窗口是windows应用程序的主窗口，delphi应用程序的主窗体是这个窗口的子窗口，因此会以一个消息循环接受窗口消息并且加以分派和处理。TApplication类封装了创建秘密窗口和消息循环的程序代码。所有的事情发生在全局对象Application对象被创建之时。
   TApplication的构造函数中：

constructor TApplication.Create(AOwner: TComponent)
var
  
  if not IsLibrary then CreateHandle;
  
end;

  构造函数会调用CreateHandle方法(非常重要的函数)。查看该方法源代码可知，该方法的任务正是注册窗口类，并创建一个窗口实例。

procedure TApplication.CreateHandle;
var
  TempClass: TWndClass;
  SysMenu: HMenu;
begin
  if not FHandleCreated and not IsConsole then
  begin
    FObjectInstance := Classes.MakeObjectInstance(WndProc);
    // 如果窗口类不存在，则注册窗口类
    if not GetClassInfo(HInstance, WindowClass.lpszClassName, TempClass) then
    begin
      WindowClass.hInstance := HInstance;
      if Windows.RegisterClass(WindowClass) = 0 then
        raise EOutOfResources.Create(SWindowClass);
    end;
   // 创建窗口，长度和宽度都是0，位置在屏幕中央，返回的句柄FHandle
   // 也就是Tapplication.Handle的值
    FHandle := CreateWindow(WindowClass.lpszClassName, PChar(FTitle),
      WS_POPUP or WS_CAPTION or WS_CLIPSIBLINGS or WS_SYSMENU
      or WS_MINIMIZEBOX,
      GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN) div 2,
      GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN) div 2,
      0, 0, 0, 0, HInstance, nil);
    FTitle := '';
    FHandleCreated := True;
   // 调用SetWindowLong设置窗口的窗口函数（WndProc）
    SetWindowLong(FHandle, GWL_WNDPROC, Longint(FObjectInstance));
    if NewStyleControls then
    begin
      SendMessage(FHandle, WM_SETICON, 1, GetIconHandle);
      SetClassLong(FHandle, GCL_HICON, GetIconHandle);
    end;
    SysMenu := GetSystemMenu(FHandle, False);
    DeleteMenu(SysMenu, SC_MAXIMIZE, MF_BYCOMMAND);
    DeleteMenu(SysMenu, SC_SIZE, MF_BYCOMMAND);
    if NewStyleControls then DeleteMenu(SysMenu, SC_MOVE, MF_BYCOMMAND);
  end;
end;

对照一下此前使用纯API编写的窗口程序，就会发现一些它们的相似之处。在CreateHandle()中，可以看到熟悉的RegisterClass()、CreateWindow()等API函数的调用。比较特别的是，CreateHandle()中通过API函数SetWindowLong()来设置窗口的窗口函数：
SetWindowLong(FHandle, GWL_WNDPROC, Longint(FObjectInstance));
此时，SetWindowLong()的第3个参数为窗口函数实例的地址，其中FObjectInstance是由CreateHandle()的第1行代码
FObjectInstance := Classes.MakeObjectInstance(WndProc);
所创建的实例的指针，而WndProc()则成了真正的窗口函数。
          TApplication本身有一个private成员FMainForm，它指向程序员所定义的主窗体，并在TApplication.CreateForm方法中判断并赋值：

procedure TApplication.CreateForm(InstanceClass: TComponentClass; var Reference);
var
  Instance: TComponent;
begin
  Instance := TComponent(InstanceClass.NewInstance);
  TComponent(Reference) := Instance;
  try
    Instance.Create(Self);
  except
    TComponent(Reference) := nil;
    raise;
  end;
   // 第一个创建的窗体实例就是MainForm
  if (FMainForm = nil) and (Instance is TForm) then
  begin
    TForm(Instance).HandleNeeded;
    FMainForm := TForm(Instance);
  end;
end;

因此，Delphi为每个应用程序自动生成的代码中就有对CreateForm的调用，如：
Application.CreateForm(TForm1, Form1);
值得注意的是，如果有一系列的多个CreateForm的调用，则第一个调用CreateForm被创建的窗体，就是整个Application的MainForm。

3.TApplication创建主消息循环
      在TApplication的CreateHandle方法中可以看到，SetWindowLong()的调用将TApplication.WndProc设置成了那个0×0大小窗口的窗口函数。
也就是说，在TApplication的构造函数中主要完成了两件事情：注册窗口类及窗口函数，创建Application窗口实例。TApplication类的Run方法中：

procedure TApplication.Run;
begin
  FRunning := True;
  try
    AddExitProc(DoneApplication);
    if FMainForm <> nil then
    begin
      case CmdShow of
        SW_SHOWMINNOACTIVE: FMainForm.FWindowState := wsMinimized;
        SW_SHOWMAXIMIZED: MainForm.WindowState := wsMaximized;
      end;
      if FShowMainForm then
        if FMainForm.FWindowState = wsMinimized then
          Minimize else
          FMainForm.Visible := True;
      repeat
        try
          HandleMessage;
        except
          HandleException(Self);
        end;
      until Terminated;
    end;
  finally
    FRunning := False;
  end;
end;

是的，这就是主消息循环。看上去似乎没有取消息、分发消息的过程，其实它们都被包含在HandleMessage()方法中了。HandleMessage()方法其实是对ProcessMessage()方法的调用，而在ProcessMessage()中就可以看到取消息、分发消息的动作了。

procedure TApplication.HandleMessage;
var
  Msg: TMsg;
begin
  if not ProcessMessage(Msg) then Idle(Msg);
end;

function TApplication.ProcessMessage(var Msg: TMsg): Boolean;
var
  Handled: Boolean;
begin
  Result := False;
  // 取消息
  if PeekMessage(Msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE) then
  begin
    Result := True;
    if Msg.Message <> WM_QUIT then
    begin
      Handled := False;
      if Assigned(FOnMessage) then FOnMessage(Msg, Handled);
      if not IsHintMsg(Msg) and not Handled and not IsMDIMsg(Msg) and
        not IsKeyMsg(Msg) and not IsDlgMsg(Msg) then
      begin
        // 熟悉的分发消息过程
        TranslateMessage(Msg);
        DispatchMessage(Msg);
      end;
    end
    else
      // 如果取到的消息为WM_QUIT，则将Fterminate设为真
       // 以通知主消息循环退出
       // 这和WindowDemo程序中判断GetMessage()函数返回值是否为0等效
       // 因为GetMessage()函数取出的消息如果是WM_QUIT，它的返回值为0
      FTerminate := True;
  end;
end;

4.窗口函数（WndProc）处理消息
窗口函数是一个回调函数，它被Windows系统所调用，其参数会被给出消息编号、消息参数等信息，以便进行处理。
典型的窗口函数中会包含一个大的case分支，以处理不同的消息。TApplication.CreateHandle()的代码时提到过，CreateHandle()将Application窗口的窗口函数设置为WndProc()。那么，现在就来看一下这个WndProc：

procedure TApplication.WndProc(var Message: TMessage);
type // 函数内嵌定义的类型，只限函数内部使用
  TInitTestLibrary = function(Size: DWord; PAutoClassInfo: Pointer): Boolean; stdcall;

var
  I: Integer;
  SaveFocus, TopWindow: HWnd;
  InitTestLibrary: TInitTestLibrary;
  // 内嵌函数，默认的消息处理
   // 调用Windows的API函数DefWindowProc
  procedure Default;
  begin
    with Message do
      Result := DefWindowProc(FHandle, Msg, WParam, LParam);
  end;

  procedure DrawAppIcon;
  var
    DC: HDC;
    PS: TPaintStruct;
  begin
    with Message do
    begin
      DC := BeginPaint(FHandle, PS);
      DrawIcon(DC, 0, 0, GetIconHandle);
      EndPaint(FHandle, PS);
    end;
  end;

begin
  try
    Message.Result := 0;
    for I := 0 to FWindowHooks.Count - 1 do
      if TWindowHook(FWindowHooks[I]^)(Message) then Exit;
    CheckIniChange(Message);
    with Message do
      // 开始庞大的case分支，对不同的消息做出不同的处理
      case Msg of
        WM_SYSCOMMAND:
          case WParam and $FFF0 of
            SC_MINIMIZE: Minimize;
            SC_RESTORE: Restore;
          else
            Default;
          end;
        WM_CLOSE:
          if MainForm <> nil then MainForm.Close;
        WM_PAINT:
          if IsIconic(FHandle) then DrawAppIcon else Default;
        WM_ERASEBKGND:
          begin
            Message.Msg := WM_ICONERASEBKGND;
            Default;
          end;
        WM_QUERYDRAGICON:
          Result := GetIconHandle;
        WM_SETFOCUS:
          begin
            PostMessage(FHandle, CM_ENTER, 0, 0);
            Default;
          end;
        WM_ACTIVATEAPP:
          begin
            Default;
            FActive := TWMActivateApp(Message).Active;
            if TWMActivateApp(Message).Active then
            begin
              RestoreTopMosts;
              PostMessage(FHandle, CM_ACTIVATE, 0, 0)
            end
            else
            begin
              NormalizeTopMosts;
              PostMessage(FHandle, CM_DEACTIVATE, 0, 0);
            end;
          end;
        WM_ENABLE:
          if TWMEnable(Message).Enabled then
          begin
            RestoreTopMosts;
            if FWindowList <> nil then
            begin
              EnableTaskWindows(FWindowList);
              FWindowList := nil;
            end;
            Default;
          end else
          begin
            Default;
            if FWindowList = nil then
              FWindowList := DisableTaskWindows(Handle);
            NormalizeAllTopMosts;
          end;
        WM_CTLCOLORMSGBOX..WM_CTLCOLORSTATIC:
          Result := SendMessage(LParam, CN_BASE + Msg, WParam, LParam);
        WM_ENDSESSION: if TWMEndSession(Message).EndSession then FTerminate := True;
        WM_COPYDATA:
          if (PCopyDataStruct(Message.lParam)^.dwData = DWORD($DE534454)) and
            (FAllowTesting) then
            if FTestLib = 0 then
            begin
              FTestLib := SafeLoadLibrary('vcltest3.dll');
              if FTestLib <> 0 then
              begin
                Result := 0;
                @InitTestLibrary := GetProcAddress(FTestLib, 'RegisterAutomation');
                if @InitTestLibrary <> nil then
                  InitTestLibrary(PCopyDataStruct(Message.lParam)^.cbData,
                    PCopyDataStruct(Message.lParam)^.lpData);
              end
              else
              begin
                Result := GetLastError;
                FTestLib := 0;
              end;
            end
            else
              Result := 0;
        CM_ACTIONEXECUTE, CM_ACTIONUPDATE:
          Message.Result := Ord(DispatchAction(Message.Msg, TBasicAction(Message.LParam)));
        CM_APPKEYDOWN:
          if IsShortCut(TWMKey(Message)) then Result := 1;
        CM_APPSYSCOMMAND:
          if MainForm <> nil then
            with MainForm do
              if (Handle <> 0) and IsWindowEnabled(Handle) and
                IsWindowVisible(Handle) then
              begin
                FocusMessages := False;
                SaveFocus := GetFocus;
                Windows.SetFocus(Handle);
                Perform(WM_SYSCOMMAND, WParam, LParam);
                Windows.SetFocus(SaveFocus);
                FocusMessages := True;
                Result := 1;
              end;
        CM_ACTIVATE:
          if Assigned(FOnActivate) then FOnActivate(Self);
        CM_DEACTIVATE:
          if Assigned(FOnDeactivate) then FOnDeactivate(Self);
        CM_ENTER:
          if not IsIconic(FHandle) and (GetFocus = FHandle) then
          begin
            TopWindow := FindTopMostWindow(0);
            if TopWindow <> 0 then Windows.SetFocus(TopWindow);
          end;
        WM_HELP,   // MessageBox( MB_HELP)
        CM_INVOKEHELP: InvokeHelp(WParam, LParam);
        CM_WINDOWHOOK:
          if wParam = 0 then
            HookMainWindow(TWindowHook(Pointer(LParam)^)) else
            UnhookMainWindow(TWindowHook(Pointer(LParam)^));
        CM_DIALOGHANDLE:
          if wParam = 1 then
            Result := FDialogHandle
          else
            FDialogHandle := lParam;
        WM_SETTINGCHANGE:
          begin
            Mouse.SettingChanged(wParam);
            SettingChange(TWMSettingChange(Message));
            Default;
          end;
        WM_FONTCHANGE:
          begin
            Screen.ResetFonts;
            Default;
          end;
        WM_NULL:
          CheckSynchronize;  
      else
        Default;
      end;
  except
    HandleException(Self);
  end;
end;

整个WndProc()方法，基本上只包含了一个庞大的case分支，其中给出了每个消息的处理代码，“WM_”打头的为Windows定义的窗口消息，“CM_”打头的为VCL库自定义的消息。
需要注意的是，这里给出WndProc是属于TApplication的，也就是那个0×0大小的Application窗口的窗口函数，而每个Form另外都有自己的窗口函数。