Windows简介

Windows 98和Windows NT都是支持32位优先权式多任务(preemptive multitasking)及多线程的图形操作系统。Windows拥有图形使用者接口(GUI ),这种使用者界面也称作「可视化接口」或「图形窗口环境」。有关GUI的概念可追溯至70年代中期,在Alto和Star等机器上以及SmallTalk等环境中由Xerox PARC所作的研究工作。该项研究的成果后来被Apple Computer和Microsoft引入主流并流行起来。虽然有一些争议,但现在已非常清楚,GUI是(Microsoft的Charles Simonyi的说法)一个在个人计算机工业史上集各方面技术大成于一体的最重要产物。

所有GUI都在点矩阵对应的视讯显示器上处理图形。图形提供了使用屏幕的最佳方式、传递信息的可视化丰富多彩环境,以及能够WYSIWYG(what you see is what you get:所见即所得)的图形视讯显示和为书面文件准备好格式化文字输出内容。

在早期,视讯显示器仅用于响应使用者通过键盘输入的文字。在图形使用者接口中,视讯显示器自身成为使用者输入的一个来源。视讯显示器以图标和输入设备(例如按钮和滚动条)的形式显示多种图形对象。使用者可以使用键盘(或者更直接地使用鼠标等指向设备)直接在屏幕上操纵这些对象,拖动图形对象、按下鼠标按钮以及滚动滚动条。

因此,使用者与程序的交流变得更为亲密。这不再是一种从键盘到程序,再到视讯显示器的单向信息流动,使用者已经能够与显示器上的对象直接交互作用了。

使用者不再需要花费长时间学习如何使用计算机或掌握新程序了。Windows让这一切成真,因为所有应用程序都有相同的基本外观和感觉。程序占据一个窗口-屏幕上的一块矩形区域。每个窗口由一个标题列标识。大多数程序功能由程序的菜单开始。用户可使用滚动条观察那些无法在一个屏幕中装下的信息。某些菜单项目触发对话框,用户可在其中输入额外的信息。几乎在每个大的Windows程序中都有一个用于开启文件的特殊对话框。该对话框在所有这些Windows程序中看起来都一样(或接近相同),而且几乎总是从同一菜单选项中启动。

一旦您了解使用一个Windows程序的方法,您就非常容易学习其它的Windows程序。菜单和对话框允许用户试验一个新程序并探究它的功能。大多数Windows程序同时具有键盘接口和鼠标接口。虽然Windows程序的大多数功能可通过键盘控制,但使用鼠标要容易得多。

从程序写作者的角度看,一致的使用者接口来自于Windows建构菜单和对话框的内置程序。所有菜单都有同样的键盘和鼠标接口,因为这项工作是由Windows处理,而不是由应用程序处理。

为便于多个程序的使用,以及这些程序间信息的交换,Windows支持多任务。在同一时刻能有多个Windows程序显示并运行。每个程序在屏幕上占据一个窗口。用户可在屏幕上移动窗口,改变它们的大小,在不同程序间切换,并从一个程序向另一个程序传送数据。因为这些窗口看起来有些像桌面上的纸(当然,这是计算机还未占据办公桌之前的年代),Windows有时被称作:一个显示多个程序的「具象化桌面」。

Windows的早期版本使用一种「非优先权式(non-preemptive)」的多任务系统。这意味着Windows不使用系统定时器将处理时间分配给系统中运行的多个应用程序,程序必须自愿放弃控制以便其它程序运行。在Windows NT和Windows 98中,多任务是优先权式的,而且程序自身可分割成近乎同时执行的多个执行绪。

操作系统不对内存进行管理便无法实现多任务。当新程序启动、旧程序终止时,内存会出现碎裂空间。系统必须能够将闲置的内存空间组织在一起,因此系统必须能够移动内存中的程序代码和数据块。

即使是在8088微处理器上跑的Windows 1.0也能进行这类内存管理。在实际模式限制下,这种能力被认为是软件工程一个令人惊讶的成就。在Windows 1.0中,PC硬件结构的640KB内存限制,在不要求任何额外内存的情况下被有效地扩展了。但Microsoft并未就此停步:Windows 2.0允许Windows应用程序存取扩充内存(EMS);Windows 3.0在保护模式下,允许Windows应用程序存取高达16MB的扩展内存。Windows NT和Windows 98通过成熟的32位操作系统及平坦寻址空间,摆脱了这些旧的限制。

Windows上执行的程序可共享在称为「动态链接库」的文件中的例程。Windows包括一个机制,能够在执行时连结使用动态链接库中例程的程序。Windows自身基本上就是一个动态链接库的集合。

Windows是一个图形接口,Windows程序能够在视讯显示器和打印机上充分利用图形和格式化文字。图形接口不仅在外观上更有吸引力,而且还能够让使用者传递高层次的信息。

Windows应用程序不能直接存取屏幕和打印机等图形显示设备硬件。相反,Windows提供一种图形程序语言(称作图形设备接口,或者GDI),使显示图形和格式化文字更容易。Windows虚拟化了显示硬件,使为Windows编写的程序可使用任何具有Windows设备驱动程序的视频卡或打印机,而程序无需确定系统相连的设备类型。

对Windows开发者来说,将与设备无关的图形接口输出到IBM PC上不是件轻松的事。PC的设计是基于开放式架构的原则,鼓励第三方硬件制造商为PC开发接口设备,而且开发了大量这样的设备。虽然出现了多种标准,PC上的传统MS-DOS程序仍不得不各自支持许多不同的硬设备。这对MS-DOS字处理软件来说非常普遍,它们连同1到2张有许多小文件的磁盘一同销售,每个文件支持一种特定的打印机。Windows程序不要求每个应用程序都自行开发这些驱动程序,因为这种支持是Windows的一部分。

动态链接

Windows运作机制的核心是一个称作「动态链接」的概念。Windows提供了应用程序丰富的可呼叫函数,大多数用于实作其使用者接口和在视讯显示器上显示文字和图形。这些函数采用动态链接库(Dynamic Linking Library,DLL)的方式撰写。这些动态链接库是些具有.DLL或者有时是.EXE扩展名的文件,在Windows 98中通常位于\WINDOWS\SYSTEM子目录中,在Windows NT中通常位于\WINNT\SYSTEM和\WINNT\SYSTEM32子目录中。

在早期,Windows的主要部分仅通过三个动态链接库实作。这代表了Windows的三个主要子系统,它们被称作Kernel、User和GDI。当子系统的数目在Windows最近版本中增多时,大多数典型的Windows程序产生的函数呼叫仍对应到这三个模块之一。Kernel(日前由16位的KRNL386.EXE和32位的KERNEL32.DLL实现)处理所有在传统上由操作系统核心处理的事务-内存管理、文件I/O和多任务管理。User(由16位的USER.EXE和32位的USER32.DLL实作)指使用者接口,实作所有窗口运作机制。GDI(由16位的GDI.EXE和32位的GDI32.DLL实作)是一个图形设备接口,允许程序在屏幕和打印机上显示文字和图形。

Windows 98支持应用程序可使用的上千种函数呼叫。每个函数都有一个描述名称,例如CreateWindow。该函数(如您所猜想的)为程序建立新窗口。所有应用程序可以使用的Windows函数都在表头文件里预先声明过。

在Windows程序中,使用Windows函数的方式通常与使用如strlen等C语言链接库函数的方式相同。主要的区别在于C语言链接库函数的机械码连结到您的程序代码中,而Windows函数的程序代码在您程序执行文件外的DLL中。

当您执行Windows程序时,它通过一个称作「动态链接」的过程与Windows相接。一个Windows的.EXE文件中有使用到的不同动态链接库的参考数据,所使用的函数即在那些动态链接库中。当Windows程序被加载到内存中时,程序中的呼叫被指向DLL函数的入口。如果该DLL不在内存中,就把它加载到内存中。

当您连结Windows程序以产生一个可执行文件时,您必须连结程序开发环境提供的特定「引用链接库(import library)」。这些引用链接库包含了动态链接库名称和所有Windows函数呼叫的引用信息。连结程序使用该信息在.EXE文件中建立一个表格,在加载程序时,Windows使用它将呼叫转换为Windows函数。

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