Windows API

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1. 개요

2. 특징

2.1. 하드웨어 독립적

2.2. ntdll.dll

2.3. 동적 링크 라이브러리

• ntdll.dll : 가장 핵심적인 라이브러리로 커널 모드(Ring 0, Kernel Mode)와 사용자 모드(Ring 3, User Mode)를 이어주는 시스템 콜 역할을 한다. 모든 윈도우 API들은 최종적으로 ntdll.dll의 함수를 호출하게 된다.
• kernel32.dll : 메모리 관리, 파일 입/출력, 프로그램 로드/실행 등 기본적인 기능이 내장되어 있다. Windows NT 부터는 Kernel32.dll은 트램폴린 역할만을 하며 실제 기능은 ntdll.dll이 가지고 있다. (Kernel32.dll → KernelBase.dll → ntdll.dll)
• advapi32.dll : 액세스 토큰, 레지스트리, 서비스 등, 고급 기능들이 내장되어 있다.
• win32u.dll : 커널과 별개로 그래픽(GDI) 엔진과 메시지 처리 등을 담당하는 커널 드라이버인 win32k.sys의 시스템 콜 역할을 한다. 아래의 gdi32.dll와 user32.dll는 최종적으로 win32u.dll의 함수를 호출한다.
• gdi32.dll : 화면/프린터의 그래픽 출력을 관리한다.
• user32.dll : 윈도우[4], 대화 상자, 메뉴 등을 관리한다.

2.4. 문자열 처리

2.5. 메시지 처리

2.6. 커널 오브젝트 (Kernel Object)

2.7. 핸들 (Handle)

2.8. 서비스 핸들 (Service Handle)

2.9. 리소스

3. Hello, Windows 프로그램

3.1. 메시지 박스

#!syntax cpp
#include <tchar.h>
#include <windows.h>

int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
    MessageBox(NULL, TEXT("Hello, Windows!"), TEXT("Hello"), MB_OK);
    return 0;
}

3.2. 윈도우

#!syntax cpp
#ifndef UNICODE
#  define UNICODE
#endif // UNICODE
#include <stdlib.h> // EXIT_FAILURE
#include <windows.h>

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);

int APIENTRY wWinMain(
    HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PWSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
  static wchar_t szAppName[] = L"HELLOWINDOWS";
  HWND           hWnd;
  MSG            msg;
  WNDCLASS       wndclass = {};

  wndclass.style         = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
  wndclass.lpfnWndProc   = WndProc;
  wndclass.hInstance     = hInstance;
  wndclass.hIcon         = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
  wndclass.hCursor       = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
  wndclass.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(COLOR_WINDOW + 1);
  wndclass.lpszClassName = szAppName;

  if ( !RegisterClass(&wndclass) )
  {
    return EXIT_FAILURE;
  }

  hWnd = CreateWindowW(
      szAppName,
      L"Hello Windows Application",
      WS_OVERLAPPEDWINDOW,
      CW_USEDEFAULT,
      CW_USEDEFAULT,
      CW_USEDEFAULT,
      CW_USEDEFAULT,
      NULL,
      NULL,
      hInstance,
      NULL);
  ShowWindow(hWnd, nCmdShow);
  UpdateWindow(hWnd);

  while ( GetMessage(&msg, NULL, 0, 0) )
  {
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
  }

  return msg.wParam;
}

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
  HDC         hDC;
  PAINTSTRUCT ps;
  RECT        rect;

  switch ( message )
  {
  case WM_CREATE:
    return 0;
  case WM_PAINT:
    hDC = BeginPaint(hWnd, &ps);
    GetClientRect(hWnd, &rect);
    DrawText(
        hDC,
        TEXT("Hello, Windows!"),
        -1,
        &rect,
        DT_SINGLELINE | DT_CENTER | DT_VCENTER);
    EndPaint(hWnd, &ps);
    return 0;
  case WM_DESTROY:
    PostQuitMessage(0);
    return 0;
  }

  return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
}

4. COM

5. WinRT / UWP

6. Windows App SDK

7. 그 외

• A함수와 W함수가 나뉘어 있다. 예시로 MessageBox()매크로를 예로 들면 컴파일 옵션에 따라 최종적으로 MessageBoxA() 또는 MessageBoxW() 로 변환되게 되는데 전자의 경우 시스템 로케일을 사용하며 (ANSI의 A) 후자는 유니코드 (UTF-16LE, Wide의 W)를 사용하게 된다.
• 이러한 특징으로 TCHAR 이라는 매크로 자료형이 사용된다. 명시적으로 A 또는 W를 프로그래머가 알고서 사용하는 경우는 아무 문제가 되지 않지만 이해 없이 섞어 쓰는 경우 런타임 오류를 내기 때문.
• Windows 98과 같이 Windows NT 커널이 탑재되기 이전의 OS의 경우 이 Wide 버전을 지원하지 않았으며 별도의 호환성 레이어를 설치해야 이런 유니코드 기반 프로그램을 동작시킬 수 있었다.
• A 버전의 함수를 호출해도 커널 내부적으로는 W 함수를 최종으로 실행하게 된다. (A()->MultiByteToWideChar()->W();)
• Windows API라는것 자체는 Windows 1.0 때부터 이어져 온 것이다 보니 시대가 지나며 기능이 추가되거나 없어진것도 있고 아무 의미 없이 존재하는것이 있다. 대표적으로 엔트리포인트인 WinMain()의 hPrevInstance가 있다.[10]
• 마찬가지로 원형과 Ex 버전이 별도로 존재한다. 기능이 추가되었지만 하위호환성을 위해 원형을 남겨 둔 것으로 CreateWindow()가 있다. 본래 함수였으나 현 SDK는 매크로로 되어 있으며 실제로는 CreateWindowEx()를 실행시킨다. 위의 경우와 마찬가지로 Win16 시절의 잔재들이 이런 경우다.
• MAX_PATH라는 260로 정의된 매크로가 있다. 이 값은 Windows API나 그 API를 사용하는 프로그램 전역에서 경로 관련해서 사용되는데 260이라는 수에서 보이듯이 파일의 전체 경로가 260자를 넘을 수 없다. 이는 Windows NT 커널과는 관계가 없는데, NTFS문서에서 보이듯이 MAX_PATH보다 긴 경로를 가지는 것이 가능하지만 이 제한은 하위호환성에 따른 잔재이다.
  이를 우회하기 위해서는 UNC경로를 사용하거나 Windows 10 1607 부터 추가된 Application Manifest를 사용해서 프로그램이 260자보다 긴 경로에 대한 대비가 되어 있음을 선언하거나 레지스트리를 통해 시스템 전역으로 사용할 수 있는데 이는 CreateFileW()와 같은 유니코드 기반 프로그램에서만 이 제한을 넘을 수 있고 CreateFileA()같은 ASCII 기반의 API로는 여전히 260자로 제한된다.
  유니코드여도 이 매크로를 사용해서 wchar_t path[MAX_PATH]; 같은 식으로 작성된 프로그램들은 여전히 260자로 제한된다.
• 경로나 레지스트리 상관 없이 개별 파일명은 MAX_PATH의 제한을 받는다. Windows API중 파일 목록을 받아 오는 API가 사용하는 WIN32_FIND_DATA 의 멤버인 cFileName이 MAX_PATH로 고정되어 있기 때문.
• 16비트, 32비트 환경의 x86 한정으로 콜링 컨벤션이 뒤섞여 있다. 64비트인 AMD64나 AArch64의 경우는 주로 사용되는 호출 규약이 하나뿐인 반면 32비트의 경우 여러 컨벤션이 사용된다. 16비트 시절 컴퓨터의 메모리가 한정적일 때 함수 호출에 필요한 메모리 사용을 줄이기 위해 피호출 함수가 스택 포인터를 정리하는 파스칼 방식을 사용하다 32비트 시대로 넘어와서 이 방식을 약간 변경해 stdcall이라는 변종을 만들어서 사용했다.
  다만 피호출자가 스택을 정리하는 방식은 C 언어의 가변인자를 사용할 수 없기 때문에 가변 인자가 필요한 부분은 소스코드에 명시적으로 cdecl을 사용해 코드를 생성하도록 지정 해 줘야 했으며 이 때문에 특히 심볼 로딩을 사용해서 코드를 작성 하는 프로그램들의 경우 이 부분을 까먹고 작성하지 않는 경우 런타임에서 오류가 생기거나 스택 메모리가 손상되는 등의 여러 장애물들이 있었다.
• 공식적으로 API 자체는 일단 개요 문단에서 언급 된 언어만을 지원하지만 Microsoft의 프로젝트중 하나로 Rust를 위한 래퍼가 제작되고 있다. Win32라 불리는 전통적인 API셋 부터 모던 API인 WinRT 까지 사용이 가능하며 DirectX관련 API도 지원하고 있다. 또한 커널 드라이버를 위한 WDK또한 래핑이 되어 있다. https://github.com/microsoft/windows-rs
• 공식 API 문서와 헤더 이외에도 명시적으로 설명되지 않은 숨겨진 API들도 존재한다. 이런 API들은 보통 OS내부적으로 사용되는 API들이며 보통은 공개된 API를 실행시키면 이와 동일한 역할을 하는 숨겨진 API를 실행시키는 식으로 동작하는 경우가 보통이라 어지간하면 이런 숨겨진 API를 직접 쓸 일도 없고 공식적으로도 사용을 권장하지 않는다.
  그럼에도 이런 API를 직접 사용하는 프로그램들이 존재하는데 보통 안티치트, 안티바이러스 또는 게임 핵같이 메모리를 직접 건들면서 탐지를 우회하는 등의 목적으로 사용되기도 한다.
  어쨌든 공식적인 API가 아닌 관계로 커널 버전이 업데이트 되는 경우 호환성 보장을 할 이유도 없다 보니 동작이 변경되거나 삭제되는 등의 이유로 Windows Insider Preview와 같은 베타 버전을 사용하는 경우 이러한 소프트웨어들이 실행이 되지 않는 경우도 생긴다.

8. 관련 문서

• Windows Runtime
• MFC
• Universal Windows Platform
• WASAPI
• API