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用C實現的一個基本COM接口IFoo(一)

編輯:關於C語言

把該文中實現的代碼整理匯總到一個項目中。目前只是實現到一個中間階段,重點在說明COM接口的實現原理,還沒有包含類廠的部分。以後還需陸續添加類廠等高級功能。

文件組成:

ifoo.h    COM接口IFoo,接口ID IID_IFoo 聲明文件。

outside.c   COM接口實現。這裡實現IFoo的是一個結構體COutside.

util.h    一些宏定義、全局函數、變量聲明文件。

main.c    筆者為實現項目添加的文件。提供main函數、內存管理函數Alloc,Free的實現(封裝C運行庫函數malloc和free.)、接口ID定義。

COM接口到底是什麼?

COM接口是一個指向虛函數表的指針。通過這個指針可以訪問內存中某處的各個功能塊,執行預定義的功能,完成用戶的任務。這些功能塊以函數的形式存在(想不出還有其他形式:))並被調用。它們有一個共同點:都包含一個指針參數,指向這些功能要操作的數據地址。在C++中,這個地址就是對象的首地址,也就是類成員函數中隱含的this指針。在C函數中並沒有這種現成的便利,因此代碼實現中在接口定義時仍使用了接口指針(HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **)),而在接口函數實現時根據結構體布局結構,從這個接口指針推算得到對象實例指針。

typedef struct IFoo
{
 struct IFooVtbl * lpVtbl;
} IFoo;
typedef struct IFooVtbl IFooVtbl;
struct IFooVtbl
{

 HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
 ULONG (__stdcall * AddRef)    (IFoo * This) ;
 ULONG (__stdcall * Release)   (IFoo * This) ;

 HRESULT (__stdcall * SetValue)         (IFoo * This,  int) ;
 HRESULT (__stdcall * GetValue)         (IFoo * This,  int *) ;
};

COM接口的要求:

每一個COM接口(指向的虛函數表)的頭三個函數必須是IUnknown接口的函數:QueryInterface,AddRef和Release.在C++中,稱為從IUnknown接口繼承。

對於調用QueryInterface響應查詢IID_IUnknwon得到的接口指針值,同一個對象實現的所有接口必須相同。這是判斷兩個COM對象是否是同一個對象的標准。

宏定義“#define IUNK_VTABLE_OF(x) ((IUnknownVtbl *)((x)->lpVtbl))”說明

在預處理輸出文件main.i中可以找到IUnknownVtbl和IFooVtbl的聲明:

typedef struct IUnknownVtbl
    {


        HRESULT ( __stdcall *QueryInterface )(
            IUnknown * This,
             const IID * const riid,
             void **ppvObject);

        ULONG ( __stdcall *AddRef )(
            IUnknown * This);

        ULONG ( __stdcall *Release )(
            IUnknown * This);


    } IUnknownVtbl;

    struct IUnknown
    {
         struct IUnknownVtbl *lpVtbl;
    };


struct IFooVtbl
{

 HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
 ULONG (__stdcall * AddRef)    (IFoo * This) ;
 ULONG (__stdcall * Release)   (IFoo * This) ;

 HRESULT (__stdcall * SetValue)         (IFoo * This,  int) ;
 HRESULT (__stdcall * GetValue)         (IFoo * This,  int *) ;
};

該宏定義的作用就是把IFoo接口中的IFooVtbl類型的指針拿出來((x)->lpVtbl)),並強制轉換((IUnknownVtbl *))成IUnknownVtbl.

“強制轉換”的結果是什麼呢?是怎麼做到的呢?

很明顯,結果就是得到的指針不再是IFooVtbl *類型,而是變成了IUnknownVtbl *類型。至於做法,系統應該記錄每一個變量、表達式的類型。當進行強制類型轉換時,就(臨時地)修改其類型為轉換到的類型。

同理,QueryInterface, AddRef, Release宏定義中的(IUnknown *)也是這種用法。

可以看到,宏“IUNK_VTABLE_OF”的作用是供宏QueryInterface,宏AddRef,宏Release引用,把IFooVtbl *類型轉換為IUnknownVtbl *類型,最終達到調用IUnknownVtbl中定義的三個QueryInterface,AddRef,Release函數。

那麼,這種大費周章的目的是什麼呢?為什麼不以IFooVtbl中三個函數的定義形式(不通過強制轉換來轉換成必須的類型),直接調用IFooVtbl中定義的函數呢?雖然強制轉換在參數值上並不會造成改變,最終調用的也是IFooVtbl定義的函數(FooQueryInterface,FooAddRef,FooRelease)。

為什麼一定要通過IUnknown接口指針調用這三個函數呢?修改QueryInterface宏定義如下:

#define QueryInterface(pif, iid, pintf) \

(((pif)->lpVtbl)->QueryInterface(pif, iid, (void **)(pintf)))

即通過IFoo接口指針來調用由IUnknown引入的函數,有什麼不對的地方嗎?

試驗表明,將QueryInterface宏定義如下也可以編譯通過,執行起來也沒有出現任何異常。

#define QueryInterface(pif, iid, pintf) \

(((pif)->lpVtbl)->QueryInterface(pif, iid, (void **)(pintf)))

對於IUnknown接口的三個函數,調用時傳遞的參數是IUnknown *類型(見QueryInterface, AddRef, Release宏定義),而函數定義中(FooQueryInterface, FooAddRef, FooRelease)聲明的參數是IFoo *類型,這種不一致的情況是怎麼出現的?這種不一致不會有問題嗎?

這種不一致的產生是由於從不同的角度看待引起的。如果從IUnknown接口來看,那麼接口函數中的第一個參數類型就是IUnknown *;如果從IFoo來看,那麼第一個參數的類型就是IFoo *.

這種不一致性只是針對於編譯器對於類型的編譯要求有意義的,在接口實現及使用時,傳遞給lpVtbl->QueryInterface, lpVtbl->AddRef,lpVtbl->Release的第一個參數在值上都是相同的,都是實現該接口的內存地址(在本例中是COutside對象的首地址)。

一些語法現象回顧

函數指針變量定義、賦值及調用。

HRESULT (__stdcall * pQI)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;

定義一個函數指針變量pQI,該變量指向“返回HRESULT,取3個參數分別為類型IFoo *,const IID * const, void **”的函數。

typedef HRESULT (__stdcall * QIType)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;

定義一個函數指針類型,該類型的指針指向“返回HRESULT,取3個參數分別為類型IFoo *,const IID * const, void **”的函數。

HRESULT __stdcall QueryInterface(IFoo * This,  const IID * const, void **) ;//函數聲明示例
pQI = 0; // 函數指針賦值,0表示不指向任何函數。
pQI = QueryInterface; // 函數指針賦值,pQI指向QueryInterface。
pQI = &QueryInterface; // 與上面等價。

QueryInterface(&this->ifoo, riid, ppv); // 使用函數名直接調用
pQI(&this->ifoo, riid, ppv); // 函數指針調用
(*pQI)(&this->ifoo, riid, ppv); // 第二種函數指針調用方式

宏定義、展開規則

對於宏,一直有一種霧裡看花的感覺,似乎很隨意,怎麼來都行,比如:

#define AddRef(pif) \

(IUNK_VTABLE_OF(pif)->AddRef((IUnknown *)(pif)))

宏定義應該是可以嵌套的,即宏定義的“內容”中還可以包含(嵌套)宏,如本例,“IUNK_VTABLE_OF”就是嵌套宏。在展開的時候,將嵌套的宏也一並展開(替換成定義的內容),直到不再有宏為止。

那麼就有兩個疑問:

1.如果被嵌套的宏包含(直接或間接)定義的宏,那麼展開就沒完沒了,死循環了。

2.如果定義的內容中有跟定義的宏同名的字符串(比如上面的例子IUNK_VTABLE_OF),那麼怎麼區分這同名的東東是嵌套的宏(需要展開),還是一般的字符串(不需要展開)?

函數調用規范約定、main函數調用規范。

一開始把幾個文件匯總到項目裡時,編譯通不過,錯誤提示大致意思是,不能把一種調用規范的函數指針轉換成另一種調用規范的函數指針。後來把調用規范改為   /Gz(__stdcall),編譯為(Compile As)改為/TC(Compile As C Code)就好了。

想來是對於。c文件,編譯器缺省使用的是__cdecl,而IFoo中的接口宏定義在win32下展開成了__stdcall,所以出現了矛盾。而使用/Gz強制未聲明調用規范的函數使用__stdcall,實現就與聲明一致了。

(size_t)&(((s *)0)->m)

c++程序員也許都知道,訪問地址“0”處的成員是一大忌,會造成GP.然而,取地址“0”處的成員的地址,卻是個合法的操作。雖然地址“0”處並沒有什麼內容,但是,如果在地址0處存放一個內容,那麼該內容中的成員也是有地址的。本例中正是巧妙地利用這種方法,從接口地址計算得出實現該接口的實例地址,進而訪問實例的內部變量。

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