Windows窗口 相对置顶 技术简析

本文最后更新于：2024年6月16日 晚上

前情提要

众所周知，Windows = Window * n

可见Window（窗口）这一概念在Windows操作系统中的核心地位

每个进程可以拥有多个窗口，而窗口间又可构成父子关系

如何管理图形用户界面（GUI）中这些纷繁复杂的窗口成了Windows绕不开的难题

管中窥豹，可见一斑

本文将讨论一个与窗口层级（Z-order）相关的经典问题：置顶

置顶

这是一个很常见的需求，置顶通常意味着将窗口Z序提升到最高

例如：

mini模式网易云：

mini模式的网易云

搜狗输入法：

搜狗输入法

Windows任务栏：

任务栏

他们通常不会轻易被其他窗口覆盖，除非对方也是同样置顶的窗口（此时后来居上）

Z-order

其实，置顶并不仅仅是将Z序提升那么简单

从Windows API的视角来看，Z序可以大致分为两种：

  • non-topmost：非最顶层窗口（普通窗口）
  • topmost：最顶层窗口，The topmost window receives the highest rank and is the first window in the Z order.

这两类层级存在阶级的隔阂，就算是普通窗口中的TOP，也永远在TOPMOST之下

当一个窗口获得焦点，成为活动窗口，例如用鼠标点击，那么该窗口会被设置为TOP（普通窗口中的最高层）

当你再次点击另一个窗口，原先的窗口就会被覆盖

而我们平时说的置顶，指的就是TOPMOST，这样可以确保在所有普通窗口之上，不被覆盖

SetWindowPos 函数

为了改变窗口Z序，我们需要用到SetWindowPos函数

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BOOL SetWindowPos(
  [in]           HWND hWnd,
  [in, optional] HWND hWndInsertAfter,
  [in]           int  X,
  [in]           int  Y,
  [in]           int  cx,
  [in]           int  cy,
  [in]           UINT uFlags
);

该函数可以修改窗口的位置、大小和Z序

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SetWindowPos(hwnd, HWND_TOPMOST, 0, 0, 0, 0, SWP_NOMOVE | SWP_NOSIZE);

由于我们只想改变Z序，所以需要在最后一个flags参数写上SWP_NOMOVE | SWP_NOSIZE，表示忽略X Y cx cy四个参数

第二个参数hWndInsertAfter是我们要关注的重点，取值如下：

  • HWND_BOTTOM：将窗口放置在 Z 序的底部
  • HWND_NOTOPMOST：将窗口放置在所有非最顶层窗口上方（即所有最顶层窗口后面），如果窗口已经是非最顶层窗口，则此标志无效
  • HWND_TOP：将窗口放置在 Z 序的顶部 （指普通窗口）
  • HWND_TOPMOST：将窗口放置在所有非最顶层窗口之上（高于TOP）

注意：

  • HWND_NOTOPMOST比较特殊，他的作用貌似是把TOPMOST窗口拉下神坛，从贵族打为平民，不过瘦死的骆驼比马大，仍然是在普通窗口的TOP层级（但是可以被覆盖）

  • 由于TOPMOST高人一等，所以有且只有HWND_NOTOPMOST能取消他们的特权层级，HWND_TOP和HWND_BOTTOM对TOPMOST窗口都不起作用

  • 还有一点就是：SetWindowPos修改Z序不会对最小化的窗口生效，即便加上SWP_SHOWWINDOW也无效

置顶 vs 焦点

刚刚说到，窗口被点击，获得焦点之后，会被设置为TOP，置顶于普通窗口之上

但是反过来，置顶并不意味着获取焦点，即便是TOPMOST

同时，如果一个窗口没有焦点（非活动窗口），就无法被设置为HWND_TOP或HWND_BOTTOM

官方文档中写道:

若要使用 SetWindowPos 将窗口置于顶部，拥有该窗口的进程必须具有 SetForegroundWindow 权限

那么，SetForegroundWindow权限又是什么呢，我们可以查看官方文档：

SetForegroundWindow注解

是不是眼花缭乱，总之呢，Windows严格限制了将窗口置顶或设为前台窗口（获取焦点）的权利

这是为了防止打扰用户的正常工作

经过实验，结论大致如下：

  • 当调用进程是前台进程时，可以使用SetForegroundWindow将其他窗口设置为前台窗口，即便前台锁没有过期（200s）
  • 如果调用线程不是前台进程，大概率失败
  • 当调用线程是前台进程，一般也不能使用SetWindowPos将窗口A设置为TOP，除非窗口A是活动窗口，类似于BringWindowToTop函数
  • TOPMOST比较特殊，一般不需要特殊条件就可以设置（不愧是贵族）

注意：文档中写道，即使进程满足这些条件，也有可能拒绝设置前台窗口的权利 \哭

临时置顶

如果我们想要将一个窗口临时置顶，提升到用户面前，一般情况下SetForegroundWindow和HWND_TOP都不好使

此时我们可以采用一点trick：

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SetWindowPos(hwnd, HWND_TOPMOST, 0, 0, 0, 0, SWP_NOMOVE | SWP_NOSIZE);
SetWindowPos(hwnd, HWND_NOTOPMOST, 0, 0, 0, 0, SWP_NOMOVE | SWP_NOSIZE);

将窗口设置为HWND_TOPMOST再HWND_NOTOPMOST，完美实现了TOP的效果，hhhh，置顶之后也能被其他窗口覆盖

这里需要注意一点，窗口的Z序只有在焦点窗口改变时才会变化

也就是说：如果焦点在A窗口上，然后对B窗口采用trick（置顶并取消），此时B并没有获取焦点，所以无论如何点击A窗口，B还是在A之上，因为焦点没有变化，Z序也不会变化

不过只要你点击另外一个窗口，改变焦点，再点击A，B就会正常被A覆盖

检测TOPMOST状态

可以通过检测窗口的拓展样式中是否包含WS_EX_TOPMOST

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bool isTopMost(HWND hwnd)
{
    if (hwnd == nullptr) return false;
    LONG_PTR style = GetWindowLongPtrW(hwnd, GWL_EXSTYLE);
    return style & WS_EX_TOPMOST;
}

设置前台窗口（置顶 + 焦点）

刚刚说到，使用SetForegroundWindow设置前台窗口有很多限制，那么如何绕过这个限制，强行将某窗口（例如自身）设为前台窗口，然后吓用户一跳呢?

最简单的办法莫过于：先最小化再显示
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void miniAndShow(HWND hwnd)
{
    ShowWindow(hwnd, SW_MINIMIZE); //组合操作不要异步(ShowWindowAsync) 要等前一步完成
    ShowWindow(hwnd, SW_NORMAL);
}

但是这种方法的视觉体验不是很好（会突然消失再出现），不过可以作为保底（肯定能成）

SwitchToThisWindow
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SwitchToThisWindow(hwnd, false); //将自己的focus转移很easy 获取很困难//不能用于获取focus //该函数会造成任务栏闪烁不太好

这个方法有时候能成 有时候不能 很玄学只能说

如果自身拥有焦点是可以easy转移出去的

SetForegroundWindow + AttachThreadInput

那么有没有更好的办法呢，那必然是有的，让我们再次把目光向SetForegroundWindow看齐

虽然在当前进程不是前台进程时，无法使用SetForegroundWindow

但是通过使用 AttachThreadInput 函数，线程可以与另一个线程共享其输入状态 (例如键盘状态，当前焦点窗口)

例如将自身线程附加在前台线程上，假装自己也获取了焦点，就可以使用 SetForegroundWindow辣，嘿嘿

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void getInputFocus(HWND hwnd)
{
    HWND foreHwnd = GetForegroundWindow(); //获取前台窗口
    DWORD foreTID = GetWindowThreadProcessId(foreHwnd, NULL); //获取线程ID
    DWORD threadId = GetWindowThreadProcessId(hwnd, NULL);
    if (foreHwnd == hwnd)
        return;
    bool res = AttachThreadInput(threadId, foreTID, TRUE); //附加
    if (res == false) { //如果遇到系统窗口而失败 只能最小化再激活获取焦点
        miniAndShow(hwnd); //保底
    } else {
        //SetForegroundWindow(foreHwnd); //刷新任务栏图标状态 防止保持焦点状态 不更新 导致点击后 最小化 而非获取焦点
        SetForegroundWindow(hwnd);
        SetFocus(hwnd); //冗余操作
        AttachThreadInput(threadId, foreTID, FALSE); //解除附加
    }
}

大功告成

嘛，我只能说，Windows API之事，没有绝对逻辑，只有诶、啊、这、嘶、嘛

相对置顶

其实说了这么多，都是前置知识hhh，现在才是正片呜

说完了置顶（全局），我们来说说相对置顶

所谓相对置顶，就是仅对于某个窗口保持置顶状态，而能被其他窗口正常覆盖

例如：窗口A始终在窗口B之上，但是窗口A和其他窗口的层级关系是正常的，不存在TOPMOST关系

有点像是：父窗口中的弹窗（子窗口）的那种感觉，或者是右键菜单

// 什么，你问我相对置顶有什么用，试想一下你对着一张参考图在blender里建模，或是参考用户需求在coding

对话框相对置顶

对于从属同一个进程的子窗口来说，这固然很容易实现

那么对于跨进程的窗口，怎么办呢？

有人要说了：用SetParent函数将两个窗口建立父子关系不就好了

SetParent

想法是好的，但是SetParent跨进程设置父子关系貌似并不简单，直接调用没有任何效果

即便成功了之后，也会因为消息循环同步等问题出现各种bug

参见：

SetParent 函数修改父窗口的误区-CSDN博客

c语言跨进程回调函数,使用 SetParent 跨进程设置父子窗口时的一些问题（小心卡死）…-CSDN博客

所以最终并没有采用这种方案

Dynamic Z-order

那么我们只能在保持窗口独立性的情况下，动态地去更新Z序了

这里有两种方案：

假定想要让自身窗口（me）相对置顶于目标窗口（target），设其他窗口为 others

方案一：

  • 若前台窗口是target，则让me临时置顶
  • 若前台窗口是others或me，无需任何操作，因为临时置顶后会恢复为普通层级

这种方案存在一些问题，例如target最大化和取消最大化时，以及其他一些操作时，可能导致Z序变化，导致me被target覆盖

pass

方案二：

  • 若前台窗口是target，则让me全局置顶（TOPMOST）
  • 若前台窗口是others，则让me取消置顶（NOTOPMOST），使其可以正常被others覆盖；
    注意，由于检测时机的问题，取消置顶之后me被设置为TOP，仍然在others之上；
    此时需要设置others的层级为TOP（others是活动窗口，所以可以成功）
  • 若前台窗口是me，不执行任何操作

当然，更进一步，我们需要监视target的最小化、显示、移动、销毁等事件来执行me的相应操作，使其更像一个子窗口

Hook

好的，Z序调整的算法解决了，那么如何检测各种窗口的状态呢？例如，前台窗口的变化

Windows是基于消息的操作系统，我们可以使用Hook技术监听或拦截消息（事件）

常用的有：SetWindowsHookEx 和 SetWinEventHook

区别大致在于：

  • SetWindowsHookEx更为底层，功能更强大（例如拦截或修改消息），但可能需要dll
    参见我的另一篇blog：Windows Hook 技术浅析 - MrBeanC-Blog (cls.ink)
  • SetWinEventHook更高级，监听的是事件（不是消息），而且不能修改，但无需dll

所以为了方便起见，我们采用SetWinEventHook

SetWinEventHook

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HWINEVENTHOOK SetWinEventHook(
  [in] DWORD        eventMin,
  [in] DWORD        eventMax,
  [in] HMODULE      hmodWinEventProc,
  [in] WINEVENTPROC pfnWinEventProc,
  [in] DWORD        idProcess,
  [in] DWORD        idThread,
  [in] DWORD        dwFlags
);
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void CALLBACK WinEventProc(HWINEVENTHOOK hWinEventHook, DWORD event, HWND hwnd, LONG idObject, LONG idChild, DWORD dwEventThread, DWORD dwmsEventTime) {
    if (idObject != OBJID_WINDOW) //确保对象是窗口
        return;

    if (event == EVENT_SYSTEM_FOREGROUND && hwnd == xxx)
        ...
}

// WINEVENT_OUTOFCONTEXT：表示回调函数是在调用线程的上下文中调用的，而不是在生成事件的线程的上下文中。这种方式不需要DLL模块句柄（hmodWinEventProc 设置为 NULL）
hHookFocus = SetWinEventHook(EVENT_SYSTEM_FOREGROUND, EVENT_SYSTEM_FOREGROUND, NULL, WinEventProc, 0, 0, WINEVENT_OUTOFCONTEXT);
// START就是最小化，END就是恢复
//hHookHideShow = SetWinEventHook(EVENT_SYSTEM_MINIMIZESTART, EVENT_SYSTEM_MINIMIZEEND, NULL, WinEventProc, 0, 0, WINEVENT_OUTOFCONTEXT);
//hHookDestory = SetWinEventHook(EVENT_OBJECT_DESTROY, EVENT_OBJECT_DESTROY, NULL, WinEventProc, 0, 0, WINEVENT_OUTOFCONTEXT);
//hHookLocation = SetWinEventHook(EVENT_OBJECT_LOCATIONCHANGE , EVENT_OBJECT_LOCATIONCHANGE , NULL, WinEventProc, 0, 0, WINEVENT_OUTOFCONTEXT);

用法非常简单，一行Set + 一个回调函数即可

同时多个EventHook可以指向同一个回调函数（内部判断event即可）

具体事件枚举可以查看事件常量 (Winuser.h) - Win32 apps | Microsoft Learn

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UnhookWinEvent(hHookFocus); //用完记得卸载钩子

我们只需要关注以下事件并做出相应操作即可：

  • EVENT_SYSTEM_FOREGROUND：前台窗口改变
  • EVENT_SYSTEM_MINIMIZESTART & EVENT_SYSTEM_MINIMIZEEND：最小化和恢复
  • EVENT_OBJECT_DESTROY：窗口关闭（此时应取消监听）
  • EVENT_OBJECT_LOCATIONCHANGE：窗口移动

对于窗口移动的监听要注意一点，窗口最小化也会触发移动，坐标为：(-32000 -32000)，需要通过IsIconic过滤

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} else if (event == EVENT_OBJECT_LOCATIONCHANGE && hwnd == targetWindow) { // 窗口位置改变
    if (!IsIconic(hwnd)) { // 最小化时 位置为(-32000 -32000)，需要过滤
        RECT currentRect;
        GetWindowRect(hwnd, &currentRect);
        auto pos = QPoint(currentRect.left, currentRect.top);
        ...
    }
}

好的，其他的部分我相信大家都dddd了，きっと大丈夫ね

源码实现可以参考：MrBeanCpp/ImageViewer2.0: 旨在以最简洁、轻量的方式呈现图像 (github.com)

Peace

特别鸣谢

创意来源：PureRef

Ref

AttachThreadInput 函数 (winuser.h) - Win32 apps | Microsoft Learn

SetForegroundWindow的正确用法 - 子坞 - 博客园 (cnblogs.com)

SetParent 函数 (winuser.h) - Win32 apps | Microsoft Learn

c语言跨进程回调函数,使用 SetParent 跨进程设置父子窗口时的一些问题（小心卡死）…-CSDN博客

使用 SetParent 跨进程设置父子窗口时的一些问题（小心卡死）_vb中setparent作用死机-CSDN博客

SetWindowPos 使用注意事项 - 小步慢跑 - C++博客 (cppblog.com)

SetWindowPos 函数 (winuser.h) - Win32 apps | Microsoft Learn

SetForegroundWindow 函数 (winuser.h) - Win32 apps | Microsoft Learn

c# - SetWindowsHookEx 与 SetWinHookEventEx - 堆栈溢出 (stackoverflow.com)

SetWinEventHook和SetWindowsHookEx的异同_delphi setwineventhook-CSDN博客

Windows
#C++ #Windows #Hook
Windows窗口 相对置顶 技术简析
https://mrbeancpp.github.io/2024/06/16/Windows窗口-相对置顶-技术简析/
作者
MrBeanC
发布于
2024年6月16日
许可协议