Windows API窗口绘图程序设计
实验效果截图说明
截图描述：
窗口背景为白色；在窗口内单击鼠标左键，会在点击位置生成一个红色填充正方形，正方形边长随机在 10~100 像素之间；多次点击可以叠加绘制多个红色方块，窗口缩放、最小化还原后，所有绘制的正方形不会消失。
一、实验思路
实验目的
使用 Win32 API 编写 Windows 桌面图形程序，掌握 Windows 窗口消息机制、GDI 绘图、鼠标消息捕获、随机数生成。实现需求：在窗口任意位置按下鼠标左键，绘制边长范围在 10~100 的红色填充正方形。
设计思路
- 窗口创建：注册窗口类，创建 800×600 的窗口，启动消息循环，等待系统消息。
- 数据存储：自定义结构体保存每个正方形的左上角坐标、边长；用数组存储多个正方形信息，支持多次点击绘制多个图形。
- 鼠标消息捕获：监听
WM_LBUTTONDOWN（鼠标左键按下消息），获取鼠标点击坐标，生成 10~100 的随机边长，存入数组。 - GDI 绘图重绘：调用
InvalidateRect()触发窗口重绘消息WM_PAINT；在重绘消息中创建红色画刷，循环遍历数组，使用Rectangle函数绘制并填充所有正方形。 - 资源管理：绘图结束释放 GDI 画刷资源，避免内存泄漏。
- 窗口销毁：监听
WM_DESTROY消息，退出消息循环，关闭程序。
实现原理
Windows 程序是消息驱动模型。程序不主动轮询鼠标，而是等待操作系统发送消息。当鼠标左键按下，系统发送WM_LBUTTONDOWN；窗口需要重绘（窗口打开、窗口移动、调用 InvalidateRect）时触发WM_PAINT，在这个消息里完成绘图。GDI（图形设备接口）负责窗口绘图，画刷决定图形填充颜色。
二、完整源代码
#include <Windows.h>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
struct RectInfo
{
int x;
int y;
int width;
};
RectInfo rectList[1000];
int rectCount = 0;
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
srand((unsigned int)time(NULL));
const wchar_t CLASS_NAME[] = L"MyWinRectClass";
WNDCLASSEX wc = {0};
wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
wc.lpfnWndProc = WndProc;
wc.hInstance = hInstance;
wc.lpszClassName = CLASS_NAME;
wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
wc.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW + 1);
if (!RegisterClassEx(&wc))
{
MessageBox(NULL, L"窗口注册失败！", L"Error", MB_ICONEXCLAMATION | MB_OK);
return 0;
}
HWND hWnd = CreateWindowEx(
0,
CLASS_NAME,
L"随机红色正方形",
WS_OVERLAPPEDWINDOW,
CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 800, 600,
NULL, NULL, hInstance, NULL
);
if (hWnd == NULL)
{
MessageBox(NULL, L"窗口创建失败！", L"Error", MB_ICONEXCLAMATION | MB_OK);
return 0;
}
ShowWindow(hWnd, nCmdShow);
UpdateWindow(hWnd);
MSG msg = {0};
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0) > 0)
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
return (int)msg.wParam;
}
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
switch (msg)
{
case WM_LBUTTONDOWN:
{
if (rectCount >= 1000) break;
int mouseX = LOWORD(lParam);
int mouseY = HIWORD(lParam);
int side = rand() % 91 + 10;
rectList[rectCount].x = mouseX;
rectList[rectCount].y = mouseY;
rectList[rectCount].width = side;
rectCount++;
InvalidateRect(hWnd, NULL, TRUE);
break;
}
case WM_PAINT:
{
PAINTSTRUCT ps;
HDC hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
HBRUSH hRedBrush = CreateSolidBrush(RGB(255, 0, 0));
HBRUSH hOldBrush = (HBRUSH)SelectObject(hdc, hRedBrush);
for (int i = 0; i < rectCount; i++)
{
int x1 = rectList[i].x;
int y1 = rectList[i].y;
int x2 = x1 + rectList[i].width;
int y2 = y1 + rectList[i].width;
Rectangle(hdc, x1, y1, x2, y2);
}
SelectObject(hdc, hOldBrush);
DeleteObject(hRedBrush);
EndPaint(hWnd, &ps);
break;
}
case WM_DESTROY:
PostQuitMessage(0);
break;
default:
return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);
}
return 0;
}
三、主要代码详细解析
1. 头文件
#include <Windows.h>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
Windows.h：Win32 API 核心头文件，提供窗口、消息、GDI 绘图全部函数与数据类型。cstdlib：rand () 随机数函数。ctime：time () 获取系统时间，作为随机数种子。
2. 结构体 RectInfo
struct RectInfo
{
int x;
int y;
int width;
};
RectInfo rectList[1000];
int rectCount = 0;
作用：保存每一个正方形的数据。
因为窗口每次重绘时，画面会清空，必须把所有正方形信息保存起来，每次 WM_PAINT 全部重新绘制。
rectList数组存放所有方块，rectCount记录当前方块总数。
3. WinMain 程序入口
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
Win32 窗口程序入口。
hInstance：当前程序实例句柄。srand((unsigned int)time(NULL))：随机种子，保证每次运行随机边长不一样。
窗口注册：WNDCLASSEX 结构体描述窗口类的属性，包含消息处理函数、光标、背景色，使用RegisterClassEx向操作系统注册窗口类。
CreateWindowEx：创建窗口实例，设置窗口标题、大小、样式。
消息循环 while(GetMessage)：Windows 程序核心。不断读取系统消息，交给 WndProc 处理，程序持续运行直到收到退出消息。
4. WndProc 窗口回调函数
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
窗口消息回调函数，操作系统有事件（鼠标点击、窗口重绘、关闭）就调用这个函数，msg 代表消息类型。
① WM_LBUTTONDOWN 鼠标左键按下
int mouseX = LOWORD(lParam);
int mouseY = HIWORD(lParam);
int side = rand() % 91 + 10;
- lParam 参数打包了鼠标坐标，
LOWORD取低 16 位 = X 坐标；HIWORD取高 16 位 = Y 坐标。 rand()%91：得到 0~90，+10→ 范围 10~100，满足题目边长要求。InvalidateRect(hWnd, NULL, TRUE)：请求窗口重绘，触发 WM_PAINT 消息。
② WM_PAINT 绘图消息
HDC hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
HBRUSH hRedBrush = CreateSolidBrush(RGB(255,0,0));
SelectObject(hdc, hRedBrush);
Rectangle(hdc, x1,y1,x2,y2);
- HDC：设备上下文句柄，窗口绘图的画布。
CreateSolidBrush(RGB(255,0,0))：创建红色实心画刷，绘制图形会自动填充内部。Rectangle(hdc, x1,y1,x2,y2)：绘制矩形，x1,y1 左上角，x2,y2 右下角；因为宽高相等，绘制结果就是正方形。DeleteObject(hRedBrush)：GDI 资源必须手动释放，否则会内存泄漏。
③ WM_DESTROY
窗口点击关闭按钮，触发此消息，调用PostQuitMessage(0)，退出消息循环，程序结束。
四、实验结果
- 编译运行，弹出 800×600 窗口，标题为随机红色正方形。
- 在窗口任意位置单击鼠标左键，点击位置生成红色填充正方形，边长随机 10~100。
- 多次点击，生成多个大小各不相同红色正方形。
- 窗口最小化后恢复、拖动窗口改变大小，所有正方形仍然保留。
- 点击窗口关闭按钮，程序正常退出。
五、小组分工与心得体会
组员1（负责：代码编写、功能实现、代码合作调试）
分工：完成 Win32 窗口框架代码编写，实现鼠标消息捕获、随机正方形生成、GDI 绘图；调试程序，保证程序正常运行。
心得体会：本次实验学习了 Windows 消息驱动编程模型，一开始对 WinMain、WndProc 消息回调很难理解，最开始遇到 LNK2019 找不到 main 的链接错误，通过修改VS项目为Windows窗口程序解决。明白了窗口绘图不是永久画在屏幕上，每次窗口重绘都要重新绘制图形，所以必须保存所有图形的数据。掌握 GDI 画刷、Rectangle 绘图函数，理解鼠标消息的获取方式，体会到 Windows 程序事件驱动的特点。
组员2（负责：实验思路梳理、代码注释、文档撰写、代码合作调试）
分工：梳理实验设计思路，阅读源码，为代码添加详细注释；撰写实验文档，整理代码解析部分，整理博客文章结构，梳理每个函数的作用。
心得体会：在阅读 Win32 代码过程中，理解 Windows 图形程序的运行逻辑。原来程序不是顺序执行，而是被动等待操作系统发送消息。通过整理文档，把消息循环、WM_LBUTTONDOWN、WM_PAINT 这些概念梳理清楚。认识到写代码时规范注释的重要性，方便团队成员看懂代码，同时加深自己对 GDI 绘图原理的理解。
组员3（负责：程序测试、截图、代码合作调试）
分工：运行程序进行多组测试，测试边界情况（连续多次点击、窗口缩放、最小化还原），截取程序运行效果图；检查程序是否满足题目要求。
心得体会：本次作业测试中，测试了多次连续点击生成大量正方形，验证数组上限；测试窗口缩放后图形不会丢失。熟悉了 VS 项目创建流程，区分控制台项目与 Windows 桌面项目的区别。以前只写控制台 C++ 程序，第一次接触图形窗口编程，感受到图形编程的魅力，也发现图形程序需要考虑资源释放、消息重绘等控制台程序不会遇到的问题。
六、实验小结
本次实验基于 Win32 API 实现 Windows 消息驱动图形程序，完成鼠标左键点击窗口生成随机大小红色填充正方形的功能。实验搭建标准 Win32 窗口框架，利用结构体数组存储每一个正方形的坐标与边长信息，通过捕获WM_LBUTTONDOWN鼠标左键消息获取点击位置，生成 10~100 像素的随机边长并保存图形数据；调用InvalidateRect触发WM_PAINT重绘消息，在重绘函数中使用 GDI 画刷完成所有正方形的绘制，同时做好 GDI 资源释放，防止内存泄漏。
实验验证了 Windows 消息驱动机制：程序不会主动轮询输入，而是等待操作系统分发消息；窗口画面无法永久保存，当窗口缩放、最小化还原时会触发重绘，因此必须持久化图形数据，每次重绘时重新绘制全部图形。开发过程中遇到 Windows 子系统配置错误引发的 LNK2019 链接问题，通过修改项目属性解决。小组分工完成代码编写调试、文档整理注释、功能测试与截图工作。
通过本次实验，掌握 Win32 窗口创建、消息循环、回调函数、鼠标消息捕获与 GDI 基础绘图；理解 GDI 资源管理要点，区分控制台程序与 Windows 窗口程序开发差异。同时认识到图形程序开发需要兼顾数据存储、消息响应、资源回收。
浙公网安备 33010602011771号