06 COM基础：接口与实现.pptx

第1页：构件对象模型 COM

构件对象模型：COM（Component Object Model）

第2页：COM 章节内容

内容：

• 基础部分：综述、接口、实现
• 高级部分：包含与聚合、COM与VC、自动化、DCOM

第3页：COM 的起源

（1）COM的起源：源于 OLE（Object Link and Embedding）。OLE1 采用 DDE（Dynamic Data Exchange）在不同的程序之间进行通信；DDE 缺点：效率低、稳定性不好、使用不方便。COM 是为克服上述不足而出现的，OLE2 以 COM 为基础，但 OLE 未能体现 COM 优点。

第4页：什么是 COM

（2）什么是COM：构件对象模型（Component Object Model）是客户与构件为了能够互操作而遵循的标准。COM标准包括规范与实现两部分：

• 规范部分：定义了构件之间的通信机制，这些规范不依赖于任何特定的语言和操作系统
• 实现部分：即COM库，为COM规范的具体实现提供一些核心服务

第5页：COM 构件

（3）COM构件：

• 以DLL或EXE形式发布的代码，与语言无关
• 以二进制形式发布
• 可以在不妨碍客户的形式下被升级
• 可以透明地在网络上被重新分配

构件与类：一个构件可以由多个类实现；接口与类：一个类可以实现多个接口。

第6页：COM 库

（4）COM库（COM Library），功能：

1. 实现客户方与服务器方COM应用的创建过程
2. COM通过注册表查找本地服务器（即EXE程序）以及程序名与CLSID的转换
3. 提供标准的内存控制方法

DCOM的实现提供了分布式环境下的通信机制，在操作系统层次以DLL文件的形式存在。

第7页：COM 特性

（5）COM特性：

• 语言无关性：为跨语言合作开发提供了统一标准，并得到不同集成开发环境的支持
• 进程透明性：进程内服务程序（DLL）、本地服务程序（EXE）、远地服务程序（DLL或EXE）。实现进程透明性的关键是COM库，它负责服务体的定位、管理对象的创建及对象与客户之间的通信
• 复用性：包含方式、聚合方式

第8页：COM 发展趋势

（6）COM发展趋势：

• 操作系统：成为系统的基本软件模型
• 数据库：OLE DB/ADO 以COM的方式为数据访问提供一致的接口
• Internet：ActiveX 包含了所有基于COM的Internet相关技术
• COM+：增加 MTS 等服务

第9页：COM 接口

2 COM接口：COM接口是COM规范的核心内容。一个接口包含了一组函数；在C++中，可以用抽象基类来定义COM接口。接口的实现：vtbl 指针、虚拟函数表。

第10页：接口的内存结构

接口的内存结构：pIX 指向虚拟函数表，表中依次存放 Fx1、Fx2、Fx3、Fx4 的函数指针。

本页以内存结构示意图为主，建议对照原图查看。

第11页：Vtbl 的作用

Vtbl的作用：提高接口实现的灵活性。例子：一个实现接口IX的类CA，CA包含2个数据（Data1、Data2）；pA 指向实例，实例中的 vtbl 指针指向虚拟函数表（Fx1~Fx4）。

本页以内存布局示意图为主，建议对照原图查看。

第12页：实例共享虚拟函数表

两个实例共享同一Vtbl：pA1 与 pA2 分别指向各自的 Data1、Data2，但通过各自的 vtbl 指针指向同一份虚拟函数表（Fx1~Fx4）。

本页以内存布局示意图为主，建议对照原图查看。

第13页：接口特点

接口特点：

• 实现级：二进制，独立于编程语言
• 稳定性：客户与服务器依赖于接口
• 继承性：便于扩展接口，不提倡继承（所有接口皆继承 IUnknown）
• 多态性

第14页：IUnknown 接口

（1）功能提供：生存期控制、接口查询。IUnknown的定义（IDL）：

interface IUnkown { virtual HRESULT QueryInterface(const IID&, void **ppv) = 0; virtual ULONG AddRef() = 0; virtual ULONG Release() = 0; }

第15页：所有接口都继承 IUnknown

所有接口都必须继承 IUnknown：接口IX的虚拟函数表最前面是 QueryInterface、AddRef、Release，其后才是 Fx 等接口自身的函数。

本页以虚拟函数表结构示意图为主，建议对照原图查看。

第16页：IUnknown 指针的获取

IUnknown指针的获取：创建构件时，客户可以使用 CreateInstance，而不是 new。

IUnknown * CreateInstance() { IUnknown * pI = static_cast<IX *> (new foo); pI-> AddRef(); return pI; }

第17页：引用计数

（2）引用计数：AddRef 与 Release 控制构件的生命期，解决内存管理问题，使构件能够自己将自己删除。

使用规则：

• 返回接口指针之前调用 AddRef
• 使用完接口之后调用 Release
• 赋值之后调用 AddRef

第18页：引用计数的实现层次

引用计数的实现方式：可以在不同层次上进行计数——构件（构件引用记数）、对象（对象引用记数）、接口（接口引用记数）。

本页以三种计数层次的对比示意图为主：构件级为整个构件共享一个计数，接口级则为每个接口维护独立计数，建议对照原图查看。

第19页：接口查询 QueryInterface

（3）接口查询：一个COM对象（构件）可以实现多个接口，使用 QueryInterface 查询某个构件是否支持某个特定的接口。

void foo(Iunknown * pI) { IX * pIX = NULL; HRESULT hr = pI->QueryInterface(IID_IX, (void **)&pIX); if (SUCCEEDED(hr)) { pIX->Fx(); } }

第20页：QueryInterface 的实现

QueryInterface的实现（假定存在类CA，继承接口IX与IY）：

HRESULT __stdcall CA::QueryInterface(const IID& iid, void ** ppv) { if (iid == IID_IUnknown) { *ppv = static_cast<IX *>(this); } else if (iid == IID_IX) { *ppv = static_cast<IX *>(this); } else if (iid == IID_IY) { *ppv = static_cast<IY *>(this); } else { *ppv = NULL; return E_NOINTERFACE; } static_cast<Iunknown *>(*ppv)->AddRef(); return S_OK; }

第21页：QueryInterface 的实现规则

QueryInterface的实现规则：

• QueryInterface 返回的总是同一个 IUnknown 指针
• 若客户曾经获取过某个接口，那么它将总能获取此接口
• 客户可以再次获取已经拥有的接口
• 客户可以返回到起始接口
• 若能够从某个接口获取某特定接口，则可以从（该构件的）任意接口获取此接口

第22页：新版本构件的处理

新版本构件的处理：COM接口永远不会变化——一个IID就是一个接口，通过发行新版本构件解决兼容性。当下列条件中的任何一个变化时应给新接口指定新IID：

• 接口中函数数目
• 接口中函数顺序
• 某个函数的参数
• 某个函数参数的顺序
• 某个函数参数的类型
• 函数可能的返回值
• 函数返回值的类型等

不同版本接口的命名：在老名称后加一个数字。

第23页：DLL 与 HRESULT

3 COM实现（1）预备知识：DLL

• DLL是一个构件服务器，EXE也可以是构件服务器
• 使用户在应用程序的运行过程中替换构件
• 构件是DLL中实现的接口集
• DLL共享它们所链入的应用程序地址空间

HRESULT：向用户报告构件运行结果状况（“Here is the RESULT”），在 WINERROR.H 中进行定义，用户可以定义自己的代码。

第24页：GUID 与 CLSID

GUID：Globally Unique IDentifier，用于标识构件（CLSID）与接口（IID），128位（长整数）；由于空间足够大，接口标识冲突较小，可以用编程的方法生成具有唯一性的GUID（VC：UUIDGEN.EXE、GUIDGEN.EXE）。它借鉴了OSF的UUID（DCE中的RPC使用），对GUID值的传递通常通过引用进行。

CLSID：CLaSs IDentifier。

第25页：Windows 注册表

Windows注册表：Windows操作系统的共享系统数据库，包括硬件、软件配置及用户等各种信息，由 REGEDIT.EXE（95/98）、REGEDIT32.EXE（NT）启动，可以使用 REGSVR32.EXE 来注册某个构件。

注册表是一个由许多元素构成的层次结构，每一个元素均被称作是一个关键字，每一个关键字可以包含一系列子关键字等。例如：HKEY_CLASSES_ROOT、CLSID、ProgID 等。

第26页：注册表结构示意图

本页为Windows注册表结构示意图，源文件仅提取到页面标签“COM基础”，建议对照原图查看。

第27页：构件与注册表关系示意图

本页为COM构件与注册表关系示意图，源文件仅提取到页面标签“COM基础”，建议对照原图查看。

第28页：COM 库概述

（2）COM库：COM构件与客户皆需要完成的相同操作由 OLE32.DLL、OLE32.LIB 实现。COM库中常用的函数：

• 初始化函数
• 与GUID相关的函数
• 对象创建函数
• 内存管理函数

第29页：COM 库的初始化函数

在使用COM库中的其他函数（除 CoBuildVersion）之前，进程必须先调用：

HRESULT CoInitialize(void * reserved)

在退出之前调用：void CoUninitialize(void * reserved)。其它：CoBuildVersion、CoFreeUnusedLibraries；OleInitialize 建立在 CoInitialize 基础之上，DCOM 使用 CoInitializeEx 初始化。

第30页：与 GUID 相关的函数

与GUID（CLSID）相关的函数：例如将GUID转换为一个字符串：

wchar_t szCLSID[39]; int r = ::StringFromGUID2(CLSID_Component1, szCLSID, 39);

其它：StringFromCLSID、StringFromIID、CLSIDFromString、IIDFromString、IsEqualGUID、IsEqualIID、IsEqualCLSID、CLSIDFromProgID。

第31页：对象创建与内存管理函数

COM库常用函数：

第32页：类厂（Class Factory）

（3）类厂（Class Factory）：能够创建其他构件的构件（构件厂），其本身也是一个COM对象，支持一个特殊的接口 IClassFactory。每一个COM对象类应该有一个相应的类厂对象。

第33页：CoCreateInstance

CoCreateInstance（COM库函数之一）：

HRESULT __stdcall CoCreateInstance( const CLSID& clsid, IUnknown * pIUnknownOuter, DWORD dwClsContext, const IID& iid, void ** ppv);

• clsid：待创建构件的标识
• pIUnknownOuter：用于聚合
• dwClsContext：限定所创建构件的上下文
• iid：构件上待使用接口的标识
• ppv：所返回接口的指针

第34页：CoCreateInstance示例

一个使用例子：

IX * pIX = NULL; HRESULT hr = ::CoCreateInstance(CLSID_Component1, NULL, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IX, (void **) &pIX); if (SUCCEEDED(hr)) { pIX->FX(); pIX->Release(); }

第35页：类厂在对象创建中的作用

类厂：CoCreateInstance 实际上未直接创建COM构件，而是创建了一个被称为类厂的构件；类厂构件的唯一功能是创建其他构件，客户可以通过类厂所支持的接口来对类厂创建构件的过程加以控制。

CoCreateInstance 调用 CoGetClassObject 创建构件，创建构件的标准接口是 IClassFactory。

第36页：CoGetClassObject

CoGetClassObject（创建类厂）：

HRESULT __stdcall CoGetClassObject( const CLSID& clsid, DWORD dwClsContext, COSERVERINFO * pServerInfo, const IID& iid, void ** ppv);

第37页：IClassFactory 接口

IClassFactory：用于创建构件的标准接口

Interface IClassFactory : IUnknown { HRESULT __stdcall CreateInstance(IUnknown * pUnknownOuter, const IID & iid, void ** ppv); HRESULT __stdcall LockServer(BOOL block); }

未接收 CLSID：只能创建同某个CLSID相应的构件（扩展见 IClassFactory2）。

第38页：CoCreateInstance 的实现

CoCreateInstance与CoGetClassObject的关系：CoCreateInstance 通过 CoGetClassObject 实现。

HRESULT CoCreateInstance(const CLSID& clsid, IUnknown * pUnknownOuter, DWORD dwClsContext, const IID& iid, void ** ppv) { * ppv = NULL; IClassFactory * pIFactory = NULL; HRESULT hr = CoGetClassObject(clsid, dwClsContext, NULL, IID_IClassFactory, (void **) &pIFactory); if (SUCCEEDED(hr)) { hr = pIFactory->CreateInstance(pUnknownOuter, iid, ppv); pIFactory->Release(); } return hr; }

第39页：何时用CoGetClassObject

在下列情况下应直接使用 CoGetClassObject 而不使用 CoCreateInstance：

1. 如果希望用不同于 IClassFactory 的某个创建接口来创建构件，例如 IClassFactory2
2. 如果希望创建同一构件的多个实例

第40页：类厂的实现

（4）类厂的实现：CoGetClassObject 需要DLL中的一个特定的函数来创建构件的类厂：

STDAPI DllGetClassObject(const CLSID& clsid, const IID& iid, void ** ppv);

第41页：创建与调用构件的全过程

创建、调用构件的过程：客户调用 COM库 的 CoGetClassObject → COM库调用 DLL 的 DllGetClassObject 创建类厂 → 返回 IClassFactory 指针 → 客户调用 IClassFactory::CreateInstance 创建构件 → 返回 IX 接口指针 → 调用 IX::Fx。

第42页：客户方代码示例

（5）例子——客户方代码：

#include <iostream.h> #include <objbase.h> #include "Iface.h" int main() { CoInitialize(NULL); IX* pIX = NULL; HRESULT hr = ::CoCreateInstance(CLSID_Component1, NULL, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IX, (void**)&pIX); if (SUCCEEDED(hr)) { pIX->Fx(); IY* pIY = NULL; hr = pIX->QueryInterface(IID_IY, (void**)&pIY); if (SUCCEEDED(hr)) { pIY->Fy(); pIY->Release(); }

第43页：客户方代码示例（续）

 IZ* pIZ = NULL; hr = pIX->QueryInterface(IID_IZ, (void**)&pIZ); if (SUCCEEDED(hr)) { pIZ->Fz(); pIZ->Release(); } pIX->Release(); } else { cout << "Client:\t\tCould not create component. hr = " << hex << hr << endl; } CoUninitialize(); return 0; }

第44页：服务器方代码：全局定义

服务器方代码：

#include <iostream.h> #include <objbase.h> #include "Iface.h"#include "Registry.h"static HMODULE g_hModule = NULL;static long g_cComponents = 0;static long g_cServerLocks = 0;// Friendly name of component const char g_szFriendlyName[] = "Inside COM, Ch 7 Example";const char g_szVerIndProgID[] = "InsideCOM.Chap07";

第45页：构件类 CA 的定义

class CA : public IX, public IY { public: virtual HRESULT __stdcall QueryInterface(const IID& iid, void** ppv); virtual ULONG __stdcall AddRef(); virtual ULONG __stdcall Release(); virtual void __stdcall Fx() { cout << "Fx" << endl; } virtual void __stdcall Fy() { cout << "Fy" << endl; } CA(); ~CA(); private: long m_cRef; };

第46页：CA::QueryInterface实现

HRESULT __stdcall CA::QueryInterface(const IID& iid, void** ppv) { if (iid == IID_IUnknown) { *ppv = static_cast<IX*>(this); } else if (iid == IID_IX) { *ppv = static_cast<IX*>(this); } else if (iid == IID_IY) { *ppv = static_cast<IY*>(this); } else { *ppv = NULL; return E_NOINTERFACE; } reinterpret_cast<IUnknown*>(*ppv)->AddRef(); return S_OK; }

第47页：类厂类 CFactory 的定义

class CFactory : public IClassFactory { public: virtual HRESULT __stdcall QueryInterface(const IID& iid, void** ppv); virtual ULONG __stdcall AddRef(); virtual ULONG __stdcall Release(); virtual HRESULT __stdcall CreateInstance(IUnknown* pUnknownOuter, const IID& iid, void** ppv); virtual HRESULT __stdcall LockServer(BOOL bLock); CFactory() : m_cRef(1) {} ~CFactory() {} private: long m_cRef; };

第48页：CFactory的IUnknown实现

HRESULT __stdcall CFactory::QueryInterface(const IID& iid, void** ppv) { if ((iid == IID_IUnknown) || (iid == IID_IClassFactory)) { *ppv = static_cast<IClassFactory*>(this); } else { *ppv = NULL; return E_NOINTERFACE; } reinterpret_cast<IUnknown*>(*ppv)->AddRef(); return S_OK; } ULONG __stdcall CFactory::AddRef() { return InterlockedIncrement(&m_cRef); } ULONG __stdcall CFactory::Release() { if (InterlockedDecrement(&m_cRef) == 0) { delete this; return 0; } return m_cRef; }

第49页：类厂创建实例的实现

// IClassFactory implementation HRESULT __stdcall CFactory::CreateInstance(IUnknown* pUnknownOuter, const IID& iid, void** ppv) { if (pUnknownOuter != NULL) { return CLASS_E_NOAGGREGATION; } CA* pA = new CA; if (pA == NULL) { return E_OUTOFMEMORY; } HRESULT hr = pA->QueryInterface(iid, ppv); pA->Release(); return hr; }

第50页：LockServer与卸载判定

// LockServer HRESULT __stdcall CFactory::LockServer(BOOL bLock) { if (bLock) { InterlockedIncrement(&g_cServerLocks); } else { InterlockedDecrement(&g_cServerLocks); } return S_OK; } STDAPI DllCanUnloadNow() { if ((g_cComponents == 0) && (g_cServerLocks == 0)) { return S_OK; } else { return S_FALSE; } }

第51页：DllGetClassObject 实现

STDAPI DllGetClassObject(const CLSID& clsid, const IID& iid, void** ppv) { if (clsid != CLSID_Component1) return CLASS_E_CLASSNOTAVAILABLE; CFactory* pFactory = new CFactory; if (pFactory == NULL) { return E_OUTOFMEMORY; } HRESULT hr = pFactory->QueryInterface(iid, ppv); pFactory->Release(); return hr; }

第52页：构件的注册与注销

STDAPI DllRegisterServer() { return RegisterServer(g_hModule, CLSID_Component1, g_szFriendlyName, g_szVerIndProgID, g_szProgID); } STDAPI DllUnregisterServer() { return UnregisterServer(CLSID_Component1, g_szVerIndProgID, g_szProgID); }

第53页：DllMain

BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD dwReason, void* lpReserved) { if (dwReason == DLL_PROCESS_ATTACH) { g_hModule = hModule; } return TRUE; }

第54页：构件创建与调用时序图

创建与调用构件的时序：client → COM Lib 的 CoGetClassObject → DLL 的 DllGetClassObject → New CFactory → 返回 IClassFactory → IClassFactory::CreateInstance(IID_IX) → New CA → pIX->Fx() → IClassFactory::Release。

本页以时序图为主，文字版为图中的调用顺序，建议对照原图查看。