COM原理及应用----COM对象和接口

1、COM对象的理解

   COM对象类似于C++语言中类的概念，类的每个实例代表一个COM对象，它也包括属性（即状态）和方法（即操作），状态反映对象的存在，方法就是接口。

 

2、COM对象的标识－CLSID

GUID是一个128位的随机数，重复概率极低。它的值来源于两部分：空间值（网卡地址或随机数）和时间值。

获得GUID值可以使用VC++提供的工具：GUIDGen.exe 和 UUIDGen.exe。或者使用COM库的API函数CoCreatGuid（）。

 

3、COM对象与C++对象的比较

COM对象将数据完全封装在对象的内部。C++对象的封装是在语义上的封装，通过不同的数据类型实现数据的封装。

COM对象的可重用性通过包容和聚合实现。C++对象的可重用性通过类的继承来实现。

COM对象的多态性通过其接口体现，C++对象的多态性通过其虚函数体现。

 

4、COM接口的作用和意义

COM规范的核心内容是关于接口的定义，虽然COM本身并不复杂，但是围绕COM接口有很多内容值得仔细探讨，包括接口的标识、接口函数的调用习惯、参数处理、接口与对象的关系以及接口与C/C++的关系、COM接口多具有的特性等。

COM定义了一套完整的接口规范，不仅可以弥补API作为组件接口的不足，还从分发挥了组件对象的优势，并实现了组件对象的多态性。

 

5、接口定义和标识

从技术上讲，接口是包含了一组函数的数据结构，通过这组数据结构，客户代码可以调用组件对象的功能。

客户程序用一个指向接口函数结构的指针来调用接口成员函数。实际上接口指针指向另一个指针pVtable。

接口函数表称为虚函数表（Virtual Function Table ，简称vtable），指向vtable的指针为pVtable。对于一个接口来说，它的虚函数表vtable是确定的。

 

6、接口设计的问题

在接口成员函数中，字符串变量必须用Unicode字符指针，这是COM规范的要求。

COM API函数使用大多数语言惯用的_stdcall调用习惯。

用C语言定义COM接口，需要有结构体struct定义其接口结构，接口成员函数必须有一个this指针。

用C++语言定义COM接口，因为由C++语言class的实现机理可以看出，COM接口结构中的vtable与class的vtable（类的虚函数表）完全一致，因此，用class描述COM接口是最方便的手段。此时，接口成员函数隐藏了this指针。

class 型接口的说明要比struct 型接口的说明简捷得多。

 

7、COM接口与对象的联系

接口类只是一种描述，并不提供具体的实现过程。如果COM对象要实现接口，则COM对象必须以某种方式把它自身与接口类联系起来，然后把接口类的指针暴露给客户程序，于是客户程序就可以调用对象的接口功能了。

用 class型接口通过把接口指针（this）与对象数据绑定在一起的方法实现对COM接口的支持比较直观、简捷易于理解。实际上，也可以采用其他的方法来实现接口，只要接口成员函数中this指针（即接口指针）与对象数据能建立确定的连接，在接口成员函数中可以访问到对象数据即可。例如，VC++的MFC 库和ATL（active template library ，活动模板库）模板库分别采用了不同的机制来提供对COM接口的支持。

 

8、接口描述语言IDL

COM 规范在采用OSF的DCE规范描述远程调用接口IDL（interface description language ，接口描述语言）的基础上，进行扩展形成了COM接口的描述语言。接口描述语言提供了一种不依赖于任何语言的接口描述方法，因此，它可以成为组件程序和客户程序之间的共同语言。

COM 规范使用的IDL接口描述语言不仅可用于定义COM接口，同时还定义了一些常用的数据类型，也可以描述自定义的数据结构，对于接口成员函数，我们可以制定每个参数的类型、输入输出特性，甚至支持可变长度的数组的描述。VC++提供了MIDL工具，可以把IDL接口描述文件编译成C/C++兼容的接口描述头文件（.h）。

 

9、接口的内存模型

COM对象往往有自己的属性数据，它们反映对象的状态，并用于区分不同的对象。对于有多个对象的客户，数据属性是不能公用的。

 

10、接口的特点

二进制特性

接口不变性

继承性（扩展性）：类似于C++中类的继承性，接口也可以继承发展，但方式不同。类继承不仅是说明继承，也是实现继承，即派生类可以继承基类的函数实现，而接口继承只是说明继承，即派生的接口只继承了基接口的成员函数说明，而没有继承基接口的实现。类继承允许多重继承，但接口继承只允许单继承。根据COM规范，所有接口都必须从IUnknown派生，可以直接派生，也可以间接派生。但大多数都是直接派生。OLE系统中，接口最后字母是“2”或“Ex”的，标煤它是一个继承接口。

多态性：COM对象具有多态性，其通过COM接口体现。

 

11、IUnknown接口提供了两个非常重要的特性：生存期控制（使用引用计数）和接口查询。

 

12、IUnknown接口引用计数的设置层级

引用计数在组件一级实现则计数分辨率太粗（选择全局变量），在对象一级实现恰好（使用C++类的成员变量），在接口一级实现则计数分辨率太细（使用类成员变量）。

 

13、使用引用计数的规则

根据不同场合使用或者传递接口指针标量进行分类，并给出相应的规则：

（1）函数的参数中使用接口指针变量。

输入参数：由于输入参数由调用函数控制，因此被调用函数执行过程中，接口指针一定保持有效，引用计数不需要改变。

输出参数：输出参数是指在被调用函数执行过程中进行赋值的参数，而且被调用函数并没有用到函数初始化传进来的值，输出参数相当于函数的一个返回值。在C/C++语言中，输出参数为一个指针变量（COM中不使用引用变量）。因为输出参数相当于在被调用函数中生成了一个新的接口指针变量，因此，在被调用函数返回之前，对输出参数应该调用AddRef使接口引用计数增1。这条规则也适用于函数返回值为接口指针变量的情况。

输入－输出参数：在参数被修改之前，对原来传进来的接口指针调用Release以使引用计数减1，在参数被修改之后，对新的接口指针变量调用AddRef，以标记对新的接口指针的引用。如果在函数执行过程中参数没有被修改，则不需要改变。

（2）局部接口指针变量：因为在局部函数块中，接口指针总是有效的，所以，一个局部接口指针变量被赋了值并调用了接口成员函数，引用计数不需要改变。

（3）全局接口指针变量：把全局接口指针变量作为输入参数传给某个函数之前，应该调用AddRef以保证在函数调用中可以使用给接口指针变量，因为它是全局变量，其他的函数有可能会调用Release函数。在函数返回之后应该调用Release函数。

（4）C++中类成员变量为接口指针变量：因为对于类的作用域来讲，成员变量相当于全局变量，因此适用于规则（3）。

（5）当以上情形都不适合时，使用以下一般的规则：

在顺序执行过程中，如果要对一个接口指针变量赋值，则对赋值后的接口指针变量调用AddRef，并且，如果赋值前的接口指针变量还没有结束，则赋值前必须对它调用Release以便先结束它的使用。

如果要结束使用一个接口指针变量，以后不再用到它了，则调用Release函数。

 

14、接口查询

使用QueryInterface函数查询接口，其返回值有S_OK、E_NOINTERFACE、E_UNEXPECTED。

 

15、COM对象的接口原则

（1）对于同一个对象的不同接口指针，查询得到的IUnknown接口必须完全相同。即每个对象的IUnknown接口指针是唯一的。

（2）接口对称性。即对一个接口查询其自身总应该成功。

（3）接口自反性。

（4）接口传递性。

（5）接口查询时间无关性。

 

16、多接口COM对象的实现方法

在C++语言中有两种实现方法：一是使用多重继承，把所支持的接口作为其基类，然后在对象类中实现接口成员函数；二是使用内嵌接口类成员。