Windows MinGW-w64

Windows版MinGW-w64でexe(GUI)を作成する

難しいことを考えずに、とにかく最短で環境構築してC言語から64bit版（x64版）のexeファイルを作りたかったのでやってみた。

1. MinGW-w64をインストールする

http://mingw-w64.org/ からWindows版をダウンロードしてくる（Downloads → MingW-W64-builds → Installation: Github → Assets内の「x86_64-12.1.0-release-posix-seh-rt_v10-rev3.7z」リンクをクリック）
C:\mingw フォルダを作成し、そこに7zファイルを解凍する

2. パスを通す

スタートボタン右クリック→「システム」をクリック
「システムの詳細設定」をクリック
「環境変数」をクリック
「Path」をクリック
「編集」をクリック
「参照」をクリック
C:\mingw\mingw64\bin を開いて「OK」をクリック

3. インストールがうまくいっているかテストする

コマンドプロンプト（cmd.exe）を起動して、「gcc -v」と入力してエンターキー。
ズラズラ～っとバージョン情報が出てきたら、インストールとパス通しはうまくいっている。
バージョン情報が出てこないときはパスが通っていない可能性があるので、一度Windowsを再起動してみる。

4. コンパイルのためのbatファイルを作成する

適当なテキストエディタを開いて、以下のバッチをコピペする。

@echo off
if exist %1.c (
gcc %1.c -o %1 -lgdi32 -W -Wl,-subsystem,windows
) else if exist %1.cpp (
g++ %1.cpp -o %1 -lgdi32 -W -std=c++17 -static -lgcc -lstdc++ -lwinpthread -Wl,-subsystem,windows
) else (
echo %1.c or %1.cpp Not Found.
)

「cc.bat」などと適当な名前を付けて（といっても gcc.bat は gcc.exe と被るので避けたほうが良い）、パスの通ったところに保存するか、ソースファイルと同じ場所に保存しておく。
以上で下準備完了。

5. ソースリストを作成する

早速Cを書いてみる。
とりあえずGUIのHello worldを。

#include <windows.h>

int WINAPI WinMain(HINSTANCE ins,
                   HINSTANCE previns,
                   LPSTR cmdline,
                   int cmd) {
    MessageBox(NULL, "Hello world.", "メッセージボックス", MB_OK);

    return 0;
}

「hello.c」とか名前を付けて、Shift-JISで保存する。（UTF-8とかだと日本語が化ける）

6. コンパイルする

コマンドプロンプトを起動し、hello.c があるフォルダに移動する。

例）d:\mydevelop 内に保存したのなら
d:
cd \mydevelop
でOK。

「cc hello」と入力（拡張子は不要）してエンターキー。
これでコンパイル（とリンクが）できる。
エラーが出なければ（というか何も出なければ）、同一フォルダ内に「hello.exe」が出来上がっているはず。

7. 実行してみる

「hello」と入力してエンターキー。（もちろん hello.exe をダブルクリックしても良い）
メッセージボックスが表示され、その中に「Hello world.」その下に「OK」ボタンが出てくれば成功。

8. ウィンドウを作成して何か動かしてみる

デバイスコンテキストを使って描画してみました。
とくに意味はありません。
最近YoutubeのBGM系なんかを見てるとこんな画面があったので真似して作ってみました。
解説のために細かくコメントを入れてます。
バグ（メモリ系）があったらすみません。

#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND wnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    /*
     * ウィンドウプロシージャ（コールバック関数）
     */
    switch (msg) {
    case WM_CREATE:
        return 0; // 自分で処理をしたときは 0 を返す
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0); // ウィンドウが破棄（終了）されたときの後始末
        return 0;
    case WM_SIZE:
        return 0;
    case WM_KEYDOWN:
        Sleep(100);
        return 0;
    case WM_LBUTTONDOWN:
        return 0;
    }
    return DefWindowProc(wnd, msg, wParam, lParam); // システムに処理を任せるときはこれを返す
}

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
    /*
     * Windowsアプリの main 関数
     */
    WNDCLASS wc; // ウィンドウクラス構造体

    wc.style = 0; // ウィンドウサイズが変更されたときにウィンドウ内容を再描画しない
    wc.lpfnWndProc = WndProc; // ウィンドウプロシージャの関数名（というか関数へのポインタ）
    wc.cbClsExtra = 0; // クラス構造体の追加領域を予約する（バイト単位）
    wc.cbWndExtra = 0; // ウィンドウ構造体の追加領域を予約する（バイト単位）
    wc.hInstance = hInstance; // インスタンスハンドル
    wc.hIcon = NULL; // タスクバーやタイトルバーに表示されるアイコンのビットマップ
    wc.hCursor = NULL; // ウィンドウのクライアントエリア上のマウスカーソルを指定
    wc.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOWTEXT + 1); // クライアントエリアの背景色をシステムカラーに指定（一番無難）
    wc.lpszMenuName = NULL; // クラスメニューを指定
    wc.lpszClassName = TEXT("MYCLASS"); // ウィンドウクラスの名前（CreateWindow関数の第一引数と同じ）
    if (!RegisterClass(&wc)) return -1; // ウィンドウクラスを登録（失敗したら-1を返して終わり）

    int dispx = GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN); // ディスプレイの幅を取得
    int dispy = GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN); // ディスプレイの高さを取得

    /*
     * ウィンドウを作成（まだ表示していない）
     */
    HWND wnd = CreateWindow(
        TEXT("MYCLASS"), // 上のRegisterClass関数で登録したウィンドウクラス名
        TEXT("Lines and String"), // タイトルバーに表示する文字列
        WS_OVERLAPPEDWINDOW, // ウィンドウスタイル（通常のウィンドウ = WS_OVERLAPPEDWINDOW）
        CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, // ウィンドウの初期位置X,Y（OSに任せる = CW_USEDEFAULT）
        dispx, dispy, // ウィンドウの幅と高さ（ディスプレイサイズと同じ）
        NULL, // 親ウィンドウのハンドル（子ウィンドウを作成するときのみ指定）
        NULL, // メニューハンドル（クラスの規定メニュー = NULL）
        hInstance, // 関連付けるモジュールのハンドル （Win10などNT系Windowsでは無視される）
        NULL); // ウィンドウプロシージャのWM_CREATEメッセージのLPARAMへ渡す構造体のポインタ（不要 = NULL）
    if (wnd == NULL) return -1; // ウィンドウ作成に失敗したら-1を返して終わり

    /*
     * 乱数種初期化（いわゆるRandomize）
     */
    srand((unsigned int)time(0));

    /*
     * 表画面・裏画面のデバイスコンテキスト作成
     */
    HDC dcf = GetDC(wnd); // 表画面
    SetBkMode(dcf, OPAQUE); // 背景塗りつぶしモード
    HDC dc = CreateCompatibleDC(dcf); // 裏画面（表画面互換）
    SetBkMode(dc, TRANSPARENT); // 背景透過モード

    /*
     * 裏画面のサイズを表に合わせる
     */
    RECT rect;
    GetClientRect(wnd, &rect); // ウィンドウの左上座標と右下座標が rect 構造体に入る
    HBITMAP bm = CreateCompatibleBitmap(dcf, rect.right, rect.bottom); // 表画面と同じのサイズ・カラーモードのハンドルを作成
    SelectObject(dc, bm); // 裏画面を表画面と同じサイズ・カラーモードにする

    /*
     * ペンとかブラシとか
     */
    SetTextColor(dc, RGB(255 , 255 , 255)); // テキスト色
    SetBkColor(dc, RGB(0 , 0 , 0)); // テキストの背景色
    HBRUSH brsCls = CreateSolidBrush(RGB(0, 0, 0)); // ブラシを作成
    HPEN penLine = CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 60, 120) ); // ペンを作成
    SelectObject(dc, brsCls); // ブラシを選択
    SelectObject(dc, penLine); // ペンを選択

    /*
     * フォント
     */
    int fontSize = 14;
    HFONT fnt = CreateFont(
        fontSize, 0, // 高さ, 平均文字幅（0 = 自動）
        0, 0, FW_BOLD, // 傾き(反時計回り), 文字の向き, 太字(0 = デフォルト)
        TRUE, FALSE, FALSE, // Italic, 下線, 打消し線
        SHIFTJIS_CHARSET, OUT_DEFAULT_PRECIS, // キャラクタセット, 物理フォントの検索方法
        CLIP_DEFAULT_PRECIS, DEFAULT_QUALITY, // はみ出した場合の処理, 属性
        VARIABLE_PITCH | FF_ROMAN, NULL); // ピッチ&ファミリ, タイプフェイスのポインタ
    SelectObject(dc, fnt);

    /*
     * 変数
     */
    int maxRow = 100;
    int maxCol = 256;
    int useRow = 46;
    int useCol = 80;
    int useColA = 100;
    int offset = useRow + 1;
    HANDLE hp = HeapCreate(0, 0, 0); // ヒープ確保のためのハンドルを取得
    char *pd = (char *)HeapAlloc(hp, 0, maxRow * maxCol); // コードもどき格納用のメモリ確保
    for (int i = 0; i < maxRow * maxCol; i++) *(pd + i) = ' '; // メモリを初期化
    HANDLE hpcnt = HeapCreate(0, 0, 0);
    char *cnt = (char *)HeapAlloc(hpcnt, 0, 80); // カウンタ格納用
    const char *ld = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_";

    char *row[maxRow + 1];
    for (int i = 0; i <= maxRow; i++) {
        row[i] = pd + i * maxCol;
    }

    int wid = 1280; // ウィンドウの幅
    int hei = 700; // ウィンドウの高さ
    int posx = 2; // ウィンドウのX座標
    int posy = dispy - (hei + 32); // ウィンドウのY座標
    const int maxLines = 150; // 線の本数

    int chx[maxLines], chy[maxLines], acx[maxLines], acy[maxLines];
    for (int i = 0; i < maxLines; i++) {
        chx[i] = wid / 2;
        chy[i] = hei / 2;
        acx[i] = 0;
        acy[i] = 0;
        while (acx[i] == 0 || acy[i] == 0) {
            acx[i] = rand() % 13 - 6;
            acy[i] = rand() % 13 - 6;
        }
    }

    /*
     * ウィンドウを表示
     */
    MoveWindow(wnd, posx, posy, wid, hei, TRUE); // ウィンドウの位置変更・リサイズ
    ShowWindow(wnd, SW_SHOW); // ウィンドウを表示

    /*
     * メインループ
     */
    MSG msg; // ウィンドウプロシージャへ渡されるメッセージ
    long long lp = 0;
    while (TRUE) {
        /*
         * WM_QUITメッセージを受け取らない限りループする
         * PeekMessageの戻り値は、メッセージがなければ0、あればそれ以外
         */
        BOOL ret = PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE); // メッセージを取得
//        BOOL ret = GetMessage(&msg, NULL, 0, 0); // メッセージが来るまで待機するときはこうする
        if (ret != 0) { // メッセージがあった場合
            if (msg.message == WM_QUIT) {
                break; // アプリケーション終了またはGetMessage()失敗なら、ループから抜け出す（ウィンドウを閉じる）
            }
            TranslateMessage(&msg); // キーボードからの入力を文字コードへ変換してメッセージキューに入れる
            DispatchMessage(&msg); // ウィンドウから取得したメッセージをウィンドウプロシージャへ送出する
        } else { // デッドタイムの場合
            /*
             * メインルーチンはデッドタイム中に実行する
             */

            int pdp = 0; // pdのオフセットポインタ初期化
            int m, n;

            /*
             * コードテキストをスクロール
             */
            int rd = rand();
            if (rd % 100 >= 50) { // スクロール頻度
                row[useRow] = row[0];
                for (int i = 0; i < useRow; i++) {
                    row[i] = row[i + 1]; // スクロール処理
                }

                /*
                 * 新規コードを作成
                 */
                m = rand() % useCol + 1; // 1行あたりの文字数
                for (int i = 0; i < maxCol; i++) {
                    *(row[useRow] + i) = ' '; // 作成する行（最下）を初期化
                }
                for (int i = 0; i <= m; i++) {
                    n = rand() % 36; // ldの何文字目を取得するか
                    char c = *(ld + n); // 取得した1文字
                    *(row[useRow] + pdp) = c; // 表示用の文字列に追加
                    pdp++;
                }
            }

            /*
             * 文字列を作成
             */
            if (rand() % 100 >= 75) { // 更新頻度
                for (int y = offset; y < offset + useRow; y++) {
                    pdp = 0;
                    if (rand() % 100 >= 5) { // 空行でない頻度
                        for (int i = 0; i < useColA; i++) {
                            n = rand() % 36; // ldの何文字目を取得するか
                            char c = *(ld + n); // 取得した1文字
                            *(row[y] + pdp) = c; // 表示用の文字列に追加
                            pdp++;
                        }
                    } else {
                        for (int i = 0; i < useColA; i++) {
                            *(row[y] + i) = ' '; // 適当な頻度で空行を作成
                        }
                    }
                }
            }

            /*
             * 線を移動
             */
            for (int i = 0; i < maxLines; i++) {
                chx[i] += acx[i];
                chy[i] += acy[i];
                if (chx[i] <= 0) {
                    acx[i] = rand() % 6 + 1;
                    chx[i] = 0;
                } else if (chx[i] >= rect.right) {
                    acx[i] = -(rand() % 6 + 1);
                    chx[i] = rect.right;
                }
                if (chy[i] <= 0) {
                    acy[i] = rand() % 6 + 1;
                    chy[i] = 0;
                } else if (chy[i] >= rect.bottom) {
                    acy[i] = -(rand() % 6 + 1);
                    chy[i] = rect.bottom;
                }
            }

            /*
             * 裏画面を消去
             */
            GetClientRect(wnd, &rect); // ウィンドウの左上座標と右下座標が rect 構造体に入る
            Rectangle(dc, 0, 0, rect.right, rect.bottom); // 選択したブラシで矩形描画

            /*
             * 線を描画
             */
            MoveToEx(dc, chx[0], chy[0], NULL); // カレントポジションをセット
            for (int i = 1; i < maxLines; i++) {
                LineTo(dc , chx[i], chy[i]); // カレントポジションから線を描く
            }
            LineTo(dc , chx[0], chy[0]);

            /*
             * コードもどき表示
             */
            SetTextColor(dc, RGB(0 , 200 , 0)); // テキスト色
            SetBkColor(dc, RGB(0 , 0 , 0)); // 背景色
            for (int i = 0; i < useRow; i++) {
                TextOut(dc, 8, i * fontSize + 8, row[i], useCol - 1); // 全行表示（ただし最終行はバッファ用）
            }

            /*
             * 暗号もどき表示
             */
            SetTextColor(dc, RGB(150 , 150 , 150)); // テキスト色
            SetBkColor(dc, RGB(0 , 0 , 0)); // 背景色
            for (int i = 0; i < useRow; i++) {
                TextOut(dc, 8 * 80, i * fontSize + 8, row[i + offset], useColA - 1); // 全行表示（ただし最終行はバッファ用）
            }

            /*
             * カウンタなど表示
             */
            SetTextColor(dc, RGB(255 , 80 , 40));
            SetBkColor(dc, RGB(0 , 0 , 0));
            wsprintf(cnt, "%d %d %d %d ", lp, m, n, rd);
            TextOut(dc, 32, 8, cnt, strlen(cnt)); // ウィンドウに文字列を表示

            /*
             * 裏→表転送
             */
            BitBlt(dcf, 0, 0, rect.right, rect.bottom, dc, 0, 0, SRCCOPY);

            lp++;
            Sleep(50);
        }
    }
    /*
     * 後始末
     */
    DeleteObject(bm);
    DeleteObject(fnt);
    DeleteObject(penLine);
    DeleteObject(brsCls);
    DeleteDC(dc);
    ReleaseDC(wnd, dcf);
    HeapDestroy(hp);
    HeapDestroy(hpcnt);

    return msg.wParam;
}

以下、簡単な解説です。

ダウンロードする7zファイルの種類について

i686 / x86_64 ・・・アーキテクチャの種類。i686が32bit、x86_64が64bit。
win32 / posix ・・・スレッドモデル。win32はWindowsネイティブでその分速いが、時代的にposixが良いと思う。
seh / sjlj ・・・例外処理ハンドリング。seh は Structured Exception Handling の略、sjlj は SetJump / LongJump の略。sehはWindowsネイティブ。

gcc のオプションについて

-o ・・・生成されるexeのファイル名を指定する。省略すると必ず a.exe になる。
-lgdi32 ・・・ Windows GDIを使用するプログラムをコンパイルする際に必要なオプション。
-W ・・・ Warningを表示する。-Wall も付けると更に細かくチェックしてくれる。
-Wl,-subsystem,windows ・・・生成したexeを実行したときにコマンドプロンプトを開かないようにする。標準出力も塞いでしまうので、printf関数やputs関数を使ったプログラムをコンパイルするときにこのオプションが付いていると何も表示されなくなる。作成時やデバッグ時にはこのオプションを付けないほうが無難。
-std=c++17 ・・・ C++文法をC++17に準拠するためのオプション。
-static -lgcc -lstdc++ -lwinpthread ・・・ C++コンパイラ（g++.exe）でC++ソースをビルドすると、「libgcc_s_seh-1.dll, libstdc++-6.dll, libwinpthread-1.dll」という3つのdllファイルにパスが通っていないと動作しない実行ファイルが生成される（これらのdllはMinGW-w64のインストールフォルダ内の mingw64\bin 下にある）のだが、この3つのdll不要の実行ファイルを生成するためのオプション。（その代わりdllの内容がexeに内包されるのでファイルサイズが大きくなるが）

batファイルについて

カレントディレクトリに、拡張子が ".c" または ".cpp" のファイルがあれば、それをコンパイルします。
とりあえずコンパイル＆リンクしてexeを作成するだけの簡単なものです。
このbatでは単一のCソースしかコンパイルできませんが、本来gccは複数のCソースを連結してコンパイルできます。

データ型モデルなどについて

MinGW-w64の型のサイズは以下のようになっている。

char : 8bit (-128～127)
short : 16bit
int : 32bit
long : 32bit
long long : 64bit
float : 32bit
double : 64bit
long double : 128bit

LP64ではなくLLP64を採用しているようで、long型は32bitとなる。
Microsoft VC++に合わせてあるようだ。
MinGW-w64をVC++の代替手段だと考える人には好都合、Windows上で使えるGCCだと考える人には違和感。
64bitの値を扱いたい時はlong long型にする必要がある。
char型の範囲は-128～127なので、これもVC++に合わせてあるようだ。
0～255で扱いたい時はunsigned charを使うか -funsigned-char オプションを付けてコンパイルする必要がある。

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