在Ruby中方便的调用Win32 API (使用windows-pr和CStruct)


缘由

平时工作中，我主要使用C/C++和Ruby。有时经常需要调用API来写一些工具，但又不想动用重量级的C/C++.这时就想到了用Ruby来写。 话说Ruby，确实是程序员的好帮手，方便，快捷。是居家旅行......的必备良药。


在Ruby中有一个Win32API,是用来调用API的。但是用起来略为有点啰嗦和冗长。 还好，RubyForge上有个Win32 Utils项目，专门提供了对API调用的封装，使得调用API更方便了一步。 而且，Win32 Utils 已经分门别类的封装好了很多Windows的功能模块，可以直接使用。如win32-file，win32-dir等。


但是，有两个原因导致了Win32API和Win32 Utils在使用上的不方便：

  1. 不管是Win32API还是Win32 Utils，虽然解决了调用API的问题，没有很好的解决结构体参数的问题。 我们知道，Windows的很多API大都需要结构体指针的参数，来传入或是传出信息。使用者大多利用String#unpack和Array#pack来处理。

  2. Win32 Utils提供的封装好的功能模块，如: win32-file，win32-dir等,是对API的进一步封装,将API封装在底下。 这样一来，如果想直接利用API来写程序的话，这些模块暂时就用不上了。

鉴于此,我的经验是使用 windows-pr + CStruct 来调用Windows的API.使用起来比较直观。下面进行分别介绍:

windows-pr

概述

Win32 Utils中有3个十分重要的gem: win32-api,windows-api,windows-pr.其他的功能模块都是基于这三个之上。我们来说说这三个的关系:

  • win32-api

    封装了对API的调用。主要就是一个dll: api.so

  • windows-api

    对上面的 win32-api进行了简单包装，使得使用更简单一些。

  • windows-pr

    依赖与上面两个，定义了大量的Win32的API和常量，免去了我们自己定义函数的麻烦。当然,也有一些API没有封装，还得需要我们自己动手。

安装

windows-pr的安装很简单:
gem install windows-pr
但是，如果你用的是ruby 1.9.x,则需要特别注意:安装windows-pr时，同时会安装win32-api,默认的情况会安装:win32-api-1.4.6-x86-mingw32。但这个gem是基于ruby1.8.x的，所以在Ruby1.9.x上不能正确运行。
解决方案如下:

  1. 安装windows-pr: gem install windows-pr

    这一步，会给你安装3个gem：windows-pr,windows-api 和win32-api-1.4.6-x86-mingw32 (win32-api当前版本是:1.4.6)

  2. 安装DevKit

    按照官方的步骤来，很简单。DevKit主要就是用来编译Ruby本地扩展的。

  3. 安装win32-api:gem install win32-api --platform=ruby

    这一步,会安装gem:win32-api-1.4.6,并生成新的api.so

  4. 用win32-api-1.4.6的api.so 替换掉win32-api-1.4.6-x86-mingw32中的api.so。
还有一个偷懒的办法，这里有一个编译好的适合ruby1.9.x的api.so,请下载下来，在执行完第一步之后，直接进行第4步，替换掉api.so即可。如果仍然不好用，则还需要你亲自编译一下。

使用

实际上，Win32 Utils封装的windows的各个功能模块就是使用windows-pr的例子，有兴趣的，可以看看。大家对Win32 Utils也比较熟悉，这里就不过多介绍了。

CStruct

概述

CStruct是Ruby 语言用来模仿 C 语言结构体。 有过Win32开发经验的童鞋们一定都知道，Win32 SDK中，大部分的API都需要有结构体指针作参数。例如: void GlobalMemoryStatus(LPMEMORYSTATUS lpBuffer);


Ruby基本的二进制操作主要是利用String#pack和Array#unpack来进行。但是，如果来处理C语言中的结构体就有些冗长啰嗦了。 如何能模拟C语言中的结构体呢？ CStruct就是来做这个事情的。(注意:此CStruct 并不是 DL模块中的CStruct!)

这里只是大体介绍一下CStruct。更多的信息及示例，请看CStruct项目的主页.

安装

CStruct的安装也很简单:
gem install cstruct

CStruct的基本用法

先看一个C语言的结构体Point:
struct Point
{
   int x;
   int y;
};
使用CStruct在Ruby中模拟结构体 Point:
class Point < CStruct
   int32:x
   int32:y
end
看起来是比较直观。看看Point的简单用法，来自CStruct的主页。
require 'cstruct'
# struct Point in Ruby:
class Point < CStruct
   int32:x
   int32:y
end

# create a Point's instance
point = Point.new

# assign like as C language
point.x = 10
point.y = 20
puts "point.x = #{point.x},point.y = #{point.y}"

CStruct提供了几个方法，用于取得结构体相关的信息,如(仅列出常用的):

  • 类方法:size,__size__
    取得结构体的大小。另:__size__ 是size的一个别名.

  • 实例方法:<<

    给结构体实例赋值。

  • 实例方法:data

    返回结构体实例的内部存储buffer.这个方法在调用api时经常用到。

Win32Struct

Win32Struct是CStruct带的一个对常用的win32数据类型的封装。在定义windows结构体时，主要用它。使用的时候，需要require。. 
require 'win32struct'
Win32中的MEMORYSTATUS 的定义基本如下面这个样子:
struct MEMORYSTATUS {
   DWORD dwLength;
   DWORD dwMemoryLoad;
   DWORD dwTotalPhys;
   DWORD dwAvailPhys;
   DWORD dwTotalPageFile;
   DWORD dwAvailPageFile;
   DWORD dwTotalVirtual;
   DWORD dwAvailVirtual;
} ;
使用Win32Struct在Ruby中模拟结构体 MEMORYSTATUS:
class MEMORYSTATUS < Win32Struct
   DWORD :dwLength
   DWORD :dwMemoryLoad
   DWORD :dwTotalPhys
   DWORD :dwAvailPhys
   DWORD :dwTotalPageFile
   DWORD :dwAvailPageFile
   DWORD :dwTotalVirtual
   DWORD :dwAvailVirtual
end
是不是挺像C语言的结构体？

windows-pr & CStruct

有了windows-pr和CStruct,我们就可以很直观的直接调用API了。来看一个具体的例子：GlobalMemoryStatus(获取系统的内存状态)。 
# CStruct Examples
require 'windows/memory'
require 'win32struct'

include Windows::Memory

# example:

# typedef struct _MEMORYSTATUS {
#     DWORD dwLength;
#     DWORD dwMemoryLoad;
#     DWORD dwTotalPhys;
#     DWORD dwAvailPhys;
#     DWORD dwTotalPageFile;
#     DWORD dwAvailPageFile;
#     DWORD dwTotalVirtual;
#     DWORD dwAvailVirtual;
# } MEMORYSTATUS, *LPMEMORYSTATUS;

class MEMORYSTATUS < Win32Struct
    DWORD :dwLength
    DWORD :dwMemoryLoad
    DWORD :dwTotalPhys
    DWORD :dwAvailPhys
    DWORD :dwTotalPageFile
    DWORD :dwAvailPageFile
    DWORD :dwTotalVirtual
    DWORD :dwAvailVirtual        
end

# create a MEMORYSTATUS's instance
stat = MEMORYSTATUS.new {|st| st.dwLength = MEMORYSTATUS.size }

# call API "GlobalMemoryStatus" - See also MSDN
GlobalMemoryStatus(stat.data)

#output
printf "[Physical Memory]\n"
printf "  total:%12d bytes\n",stat.dwTotalPhys
printf "  free :%12d bytes\n",stat.dwAvailPhys

printf "[Virtual Memory]\n"
printf "  total:%12d bytes\n",stat.dwTotalVirtual
printf "  free :%12d bytes\n",stat.dwAvailVirtual

printf "[Paging File]\n"
printf "  total:%12d bytes\n",stat.dwTotalPageFile
printf "  free :%12d bytes\n",stat.dwAvailPageFile
上面的示例代码，像是用C直接调用API一样直观。免去了自己大量的pack,unpack。 CStruct还有其他Win32的例子，比如:列举所有进程,获取系统信息等,获取系统版本等，有兴趣的可以看看。

结束

本文到这里也就结束了，文本给出了在ruby中使用windows api的一个方便直观的方法。 当然，CStruct目前还有一点限制,比如:多维数组(CStruct目前只支持一维数组)和位域 暂时还不支持。总的来说，windows-pr和CStruct结合使用，还是比较方便的。

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