Java - FFM API 实现扫雷助手

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前言

使用 FFM API 实现扫雷助手.

环境

Win11
JDK 21

思路

1. 读取扫雷地图数据
2. 判断该数据是否为雷
3. 模拟鼠标点击
4. 重复上面操作遍历地图直至完成

确定了思路，那么就要确认 windows 系统提供了哪些函数可以实现，经过网络搜索得到以下函数：

• ReadProcessMemory 函数 (memoryapi.h)：读取内存数据
  • FindWindowW 函数 (winuser.h)：查找窗口句柄，根据该窗口句柄获取 pid
  • GetWindowThreadProcessId 函数 (winuser.h)：获取 pid
  • openProcess 函数 (processthreadsapi.h)：进程的打开句柄
• PostMessageW 函数 (winuser.h)：发送消息模拟鼠标操作

实现

import java.lang.foreign.Arena;
import java.lang.foreign.FunctionDescriptor;
import java.lang.foreign.Linker;
import java.lang.foreign.MemorySegment;
import java.lang.foreign.SymbolLookup;
import java.lang.invoke.MethodHandle;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

import static java.lang.foreign.MemorySegment.NULL;
import static java.lang.foreign.ValueLayout.ADDRESS;
import static java.lang.foreign.ValueLayout.JAVA_BYTE;
import static java.lang.foreign.ValueLayout.JAVA_INT;
import static java.lang.foreign.ValueLayout.JAVA_LONG;

SymbolLookup user32 = SymbolLookup.libraryLookup("User32", Arena.global());
SymbolLookup kernel32 = SymbolLookup.libraryLookup("Kernel32", Arena.global());

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winuser/nf-winuser-findwindoww">FindWindowW 函数 (winuser.h)</a>
 * 检索其类名和窗口名称与指定字符串匹配的顶级窗口的句柄。 此函数不搜索子窗口。 此函数不执行区分大小写的搜索。
 */
MethodHandle findWindowW_MH = find(user32, "FindWindowW", FunctionDescriptor.of(
        // 如果函数成功，则返回值是具有指定类名称和窗口名称的窗口的句柄。
        ADDRESS,
        // LPCWSTR lpClassName 类名
        ADDRESS,
        // LPCWSTR lpWindowName 程序名
        ADDRESS
));

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winuser/nf-winuser-getwindowthreadprocessid">GetWindowThreadProcessId 函数 (winuser.h)</a>
 * 检索创建指定窗口的线程的标识符，以及创建该窗口的进程（可选）的标识符。
 */
MethodHandle getWindowThreadProcessId = find(user32, "GetWindowThreadProcessId", FunctionDescriptor.of(
        // DWORD 如果函数成功，则返回值是创建窗口的线程的标识符。 如果窗口句柄无效，则返回值为零。 要获得更多的错误信息，请调用 GetLastError。
        ADDRESS,
        // HWND hWnd 窗口的句柄。
        ADDRESS,
        // LPDWORD lpdwProcessId 指向接收进程标识符的变量的指针。 如果此参数不为 NULL， 则 GetWindowThreadProcessId 会将进程的标识符复制到变量;否则，它不会。 如果函数失败，则变量的值保持不变。
        ADDRESS
));

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/processthreadsapi/nf-processthreadsapi-openprocess">openProcess 函数 (processthreadsapi.h)</a>
 * 打开现有的本地进程对象。
 */
MethodHandle openProcess = find(kernel32, "OpenProcess", FunctionDescriptor.of(
        // 如果函数成功，则返回值是指定进程的打开句柄。
        ADDRESS,
        // DWORD dwDesiredAccess 对进程对象的访问。 根据进程的安全描述符检查此访问权限。
        JAVA_INT,
        // BOOL bInheritHandle 如果此值为 TRUE，则此进程创建的进程将继承句柄。
        JAVA_INT,
        // DWORD dwProcessId 要打开的本地进程的标识符。
        JAVA_INT
));

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/memoryapi/nf-memoryapi-readprocessmemory">ReadProcessMemory 函数 (memoryapi.h)</a>
 */
MethodHandle readProcessMemory = find(kernel32, "ReadProcessMemory", FunctionDescriptor.of(
        // 如果该函数成功，则返回值为非零值。
        JAVA_INT,
        // HANDLE  hProcess 包含正在读取的内存的进程句柄。
        ADDRESS,
        // LPCVOID lpBaseAddress 指向从中读取的指定进程中基址的指针。
        ADDRESS,
        // LPVOID  lpBuffer 指向从指定进程的地址空间接收内容的缓冲区的指针。
        ADDRESS,
        // SIZE_T  nSize 要从指定进程读取的字节数。
        JAVA_LONG,
        // SIZE_T  *lpNumberOfBytesRead 指向变量的指针，该变量接收传输到指定缓冲区的字节数。 如果 lpNumberOfBytesRead 为 NULL，则忽略 参数。
        ADDRESS
));

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winuser/nf-winuser-postmessagew">PostMessageW 函数 (winuser.h)</a>
 * 将 (帖子) 与创建指定窗口的线程关联的消息队列中，并在不等待线程处理消息的情况下返回消息。
 */
MethodHandle postMessageW = find(user32, "PostMessageW", FunctionDescriptor.of(
        // 如果该函数成功，则返回值为非零值。
        JAVA_INT,
        // HWND hWnd 窗口的句柄，其窗口过程是接收消息。
        ADDRESS,
        // UINT Msg 要发布的消息。
        JAVA_INT,
        // WPARAM wParam 其他的消息特定信息。shift/ctrl 键信息
        JAVA_INT,
        // LPARAM lParam 其他的消息特定信息。高位屏幕 y 坐标, 低位屏幕 x 坐标
        JAVA_INT
));

MethodHandle find(SymbolLookup symbolLookup, String functionName, FunctionDescriptor functionDescriptor) {
    return Linker.nativeLinker()
            .downcallHandle(symbolLookup.find(functionName)
                    .orElseThrow(() -> new RuntimeException(STR."\{functionName} Not Found")), functionDescriptor
            );
}

MemorySegment winmineL(Arena arena) {
    // https://stackoverflow.com/questions/66072117/why-does-windows-use-utf-16le
    var bs = "扫雷\0".getBytes(StandardCharsets.UTF_16LE);
    var ms = arena.allocate(bs.length);
    MemorySegment.copy(bs, 0, ms, JAVA_BYTE, 0, bs.length);

    return ms;
}

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/procthread/process-security-and-access-rights">进程对象的所有可能的访问权限。</a>
 */
static final int PROCESS_ALL_ACCESS = 0x000F_0000 | 0x0010_0000 | 0xFFFF;
static final int BOOL_FALSE = 0;

/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/inputdev/wm-lbuttondown">按下鼠标左键</a>
 */
static final int WM_LBUTTONDOWN = 0x0201;
/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/inputdev/wm-lbuttonup">释放鼠标左键</a>
 */
static final int WM_LBUTTONUP = 0x0202;
/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/inputdev/wm-rbuttondown">按下鼠标右键</a>
 */
static final int WM_RBUTTONDOWN = 0x0204;
/**
 * <a href="https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/inputdev/wm-rbuttonup">释放鼠标右键</a>
 */
static final int WM_RBUTTONUP = 0x0205;

/**
 * 雷区高度基址
 */
static final MemorySegment MINE_HIGH_BASE = MemorySegment.ofAddress(0x1005338);
/**
 * 雷区宽度基址
 */
static final MemorySegment MINE_WIDTH_BASE = MemorySegment.ofAddress(0x1005334);
/**
 * 雷区雷数基址
 */
static final MemorySegment MINE_NUM_BASE = MemorySegment.ofAddress(0x01005330);
/**
 * 雷区第一个格子基址
 */
static final MemorySegment MINE_FIRST_BASE = MemorySegment.ofAddress(0x01005361);

/**
 * 雷区每行长度
 */
static final long LEN_PER_ROW = 32L;

/**
 * 雷值
 */
static final byte MINE_VALUE = (byte) 0x8F;

/**
 * 雷区地图 X 基础坐标
 */
static final int MINE_X_POS_BASE = 19;
/**
 * 雷区地图 Y 基础坐标
 */
static final int MINE_Y_POS_BASE = 62;
/**
 * 雷区格子宽度
 */
static final int MINE_GRID_WIDTH = 16;

static final int SHIFT = 16;
/**
 * 屏幕缩放比例
 */
static final double SCALE = 1;

void main() throws Throwable {
    try (var arena = Arena.ofConfined()) {
        var windowHandleMS = (MemorySegment) findWindowW_MH.invokeExact(NULL, winmineL(arena));
        if (NULL.equals(windowHandleMS)) {
            System.err.println("扫雷程序未启动，退出助手");
            System.exit(-1);
        }
        System.out.println("扫雷程序已启动");

        var pidMS = arena.allocate(JAVA_INT);
        var _ = (MemorySegment) getWindowThreadProcessId.invokeExact(windowHandleMS, pidMS);
        if (NULL.equals(pidMS)) {
            System.err.println("扫雷获取 pid 失败, 退出助手");
            System.exit(-2);
        }
        var pid = pidMS.getAtIndex(JAVA_INT, 0);

        final var mineHandleMS = (MemorySegment) openProcess.invokeExact(PROCESS_ALL_ACCESS, BOOL_FALSE, pid);
        if (NULL.equals(mineHandleMS)) {
            System.err.println("扫雷 HANDLE 获取失败, 退出助手");
            System.exit(-3);
        }

        var highMS = arena.allocate(JAVA_INT);
        var _ = (int) readProcessMemory.invokeExact(mineHandleMS, MINE_HIGH_BASE, highMS, JAVA_INT.byteSize(), NULL);
        var high = highMS.getAtIndex(JAVA_INT, 0);

        var widthMS = arena.allocate(JAVA_INT);
        var _ = (int) readProcessMemory.invokeExact(mineHandleMS, MINE_WIDTH_BASE, widthMS, JAVA_INT.byteSize(), NULL);
        var width = widthMS.getAtIndex(JAVA_INT, 0);

        var nMineMS = arena.allocate(JAVA_INT);
        var _ = (int) readProcessMemory.invokeExact(mineHandleMS, MINE_NUM_BASE, nMineMS, JAVA_INT.byteSize(), NULL);
        var nMine = nMineMS.getAtIndex(JAVA_INT, 0);
        System.out.println(STR."PID: \{pid}, 屏幕缩放比例：\{SCALE} 行数(高)：\{high}，列数(宽)：\{width}，雷数：\{nMine}");

        final var mapSize = LEN_PER_ROW * high;
        var mapMS = arena.allocate(mapSize);
        var _ = (int) readProcessMemory.invokeExact(mineHandleMS, MINE_FIRST_BASE, mapMS, mapSize, NULL);
        var map = mapMS.toArray(JAVA_BYTE);
        for (var h = 0; h < high; h++) {
            for (var w = 0; w < width; w++) {
                var value = map[(int) (h * LEN_PER_ROW + w)];
                System.out.print(MINE_VALUE == value ? 'X' : 'O');
            }
            System.out.println();
        }

        // 扫雷
        for (var h = 0; h < high; h++) {
            for (var w = 0; w < width; w++) {
                var xPos = (int) ((MINE_X_POS_BASE + w * MINE_GRID_WIDTH) * SCALE);
                var yPos = (int) ((MINE_Y_POS_BASE + h * MINE_GRID_WIDTH) * SCALE);
                var lParam = (yPos << SHIFT) + xPos;

                var value = map[(int) (h * LEN_PER_ROW + w)];
                if (MINE_VALUE == value) {
                    // 雷
                    var _ = (int) postMessageW.invokeExact(windowHandleMS, WM_RBUTTONDOWN, 0, lParam);
                    var _ = (int) postMessageW.invokeExact(windowHandleMS, WM_RBUTTONUP, 0, lParam);
                } else {
                    var _ = (int) postMessageW.invokeExact(windowHandleMS, WM_LBUTTONDOWN, 0, lParam);
                    var _ = (int) postMessageW.invokeExact(windowHandleMS, WM_LBUTTONUP, 0, lParam);
                }
            }
        }
    }
}

注意：上面代码使用了 JDK 21 的最新特性，需要开启 --enable-preview

扫雷常量

雷区数据常量需要通过Cheat Engine（CE）去进行获取。

高度/宽度/雷数

通过自定义雷区修改下面值然后在 CE 里去查找明确的值获取其基址。

CE 第一次初始化查找

CE 查找 9

在自定义雷区修改高度数据

CE 查找 24

发现这两个地址都可以使用，于是选择了第一个 0x1005338。
宽度和雷数通过同样的方法最后得到

地图基址

接下来，要找到下面几个地址

首先查找 A 基址：



不断重复上面操作，最终可以得到
A 的基址为：0x01005361

B 的基址为：0x01005362

C 的基址为：0x01005381
从初级切换到中级、高级，A/B/C的地址均未变化。
因此，得到每行数据长度为 32，每格基址间距为 1

屏幕坐标

接下来，需要获取屏幕坐标计算 PostMessageW 函数参数，这个可以通过 spy++ 获取。

设置要记录的消息类型


然后点击 “扫雷” 程序第一个方格中心会得到以下信息：

这样可以得到 xPos 和 yPos，以此为基准：

/**
 * 雷区地图 X 基础坐标
 */
static final int MINE_X_POS_BASE = 19;
/**
 * 雷区地图 Y 基础坐标
 */
static final int MINE_Y_POS_BASE = 62;
/**
 * 雷区格子宽度
 */
static final int MINE_GRID_WIDTH = 16;

效果

最终，执行代码：

资源

• winmine-helper
• Project Panama: Interconnecting JVM and native code
• ReadProcessMemory 函数 (memoryapi.h)
• FindWindowW 函数 (winuser.h)
• GetWindowThreadProcessId 函数 (winuser.h)
• openProcess 函数 (processthreadsapi.h)
• PostMessageW 函数 (winuser.h)
• Cheat Engine