了解COM[笔记]

   组件对象模型（Component Object Model，COM）是为开发和支持程序组件对象准备的微软框架。它的目标是提供与公用对象请求代理[调度]程序体系结构（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）中所定义的框架的相似功能，CORBA是一个在计算机工业中被其它主要公司支持的网络分布式对象整合框架。然而微软的对象连接和嵌入提供了用户在他们显示器上能够看到的复合文档服务，COM提供接口通讯潜在服务、生命周期管理（检查决定何时一个组件可以从系统中移除）、许可和事件服务（当另外一个组件发生事件时，将一个组件放入服务）。而目前广义的COM技术指代的范围扩展到包括COM+、分布式组件对象模型（Distributed Component Object Model，DCOM）和ActiveX接口，以及编程工具等的集合。
    组件对象模型(COM)是针对软件构件在 1993 年引入的一个微软平台，大量地取代了进程间通信机制 DDE ，被 OLE 的最初版本使用。它用于是进程间通信和动态对象创建能够在任何支持这种技术的程序设计语言中。术语 COM 常被用于在软件发展世界作为一个包含 OLE, OLE 自动操作, ActiveX, COM+ 和 DCOM 技术的庇护术语。COM 提供执行对象的一种语言中立方式，这样它们能够被用在不同于它们被创建环境的环境中，甚至越过了机器的界线。对良好创作的构件，COM 允许对象的再使用而不知道它们的内部执行因为它强迫构件执行者来提供与执行分离的良好定义的界面。这是微软为了解决代码重用的一个重要机制。重用代码的最简单办法是源代码重用，把写好的函数和类加到自己当前的代码中,编译即可。简单是简单，敝病却显然的多。另一个常用的方法是单独做成模块，以DLL的形式分发，DLL导出函数或者类，客户程序用动态/静态链接的方法将其加载，这显然比前一种源代码的方法 好一些，难度也不大，最为常用。但DLL也有一些不足，最根本的，它不是二进制兼容，DLL版本升级一次就需要与客户程序代码重链接一次，有些时候这几乎是不可能的任务。为了更好地让编程像“搭积木”一样简单，让模块可以完美地配合，完美地替换，COM产生了。COM不是类库，不是代码，不是操作系统的服务，而是一套编程模型，理论上来说，它与语言无关，与操作系统无关，unix下同样可以做COM。COM是一种程序结构模型标准，你做的DLL或EXE在 结构上满足这么一个标准，那这个DLL或EXE就是一个组件，它将在该平台上成为二进制兼容。COM主要利用了注册表来登记本模块的信息。客户程序调用时 首先查注册表，找到所需组件的位置（这实现了位置透明），然后就用Loadlibrary把它加载进来，这和普通调用没有本质区别，区别在于由于组件特殊 的实现方法使得整个过程中用户程序都不知道组件的位置，组件的类的实例化过程，如何销毁，不能直接访问组件的任何实现细节，用户只与组件的几个 public接口打交道。这将实现真正的模块之间的独立。对用户程序而言，对于目标组件的认识，除了接口，一无所知。在接口不变的情况下，组件可任 意替 换而客户程序不作任何改动，无需编译，仅这一点，在中大型程序的模块集成的过程中就将节约相当多的时间。

COM是一个更好的C++

 

2、从 C++ 到 DLL 再到 COM

2.1 C++

如某一软件厂商发布一个类库(CMath四则运算)，此时类库的可执行代码将成为客户应用中不可分割的一部分。假设此类库的所产生的机器码在目标可执行文件中占有4MB的空间。当三个应用程序都使用CMath库时，那么每个可执行文件都包含4MB的类库代码(见图1.1)。当三个应用程序共同运行时，他们将会占用12MB的虚拟内存。问题还远不于此。一旦类库厂商发现CMath类库有一个缺陷后，发布一个新的类库，此时需要要求所有运用此类库的应用程序。此外别无他法了。



图1.1 CMath 的三个客户

2.2 DLL

解决上面问题的一个技术是将CMath类做成动态链接库(DLL ，Dynamic Link Library)的形式封装起来。
在使用这项技术的时候，CMath的所有方法都将被加到 CMath dll 的引出表(export list)中，而且链接器将会产生一个引入库(import library)。这个库暴露了CMath的方法成员的符号。当客户链接引入库时，有一些存根会被引入到可执行文件中，它在运行时通知装载器动态装载 CMath Dll。
当 CMath 位于dll中时，他的运行模型见图1.2


图1.2 CMath引入库

2.3 COM

"简单地把C++类定义从dll中引出来"这种方案并不能提供合理的二进制组件结构。因为C++类那既是接口也是实现。这里需要把接口从实现中分离出来才能提供二进制组件结构。此时需要有二个C++类，一个作为接口类另一个作为实现类。让我们开始COM之旅吧。

二、COM基础

1、 COM基本知识

1.1 返回值HRESULT

COM要求所有的方法都会返回一个HRESULT类型的错误号。HRESULT 其实就一个类型定义：

    typedef LONG HRESULT;

有关HRESULT的定义见 winerror.h 文件

// Values are 32 bit values layed out as follows:

//

// 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

// 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

// +-+----+-------------------------+---------------------------------+

// |S| Res|     Facility            |     Code                        |

// +-+----+-------------------------+---------------------------------+

//

// where

//

//      S - is the severity code

//

//          0 - Success

//          1 - Error

//

//      Res- is a reserved bit

//

//      Facility - is the facility code

//

//      Code - is the facility''s status code

我们一般下面的宏来判断方法是否成功：

#define SUCCEEDED(hr)(long(hr)>=0)

#define FAILED(hr)(long(hr)<0)

1.2 初识 IDL

每个标准的COM组件都需要一个接口定义文件，文件的扩展名为IDL。让我们看IUnknow接口的定义文件是怎样的。

[

 local,

 object,

 uuid(00000000-0000-0000-C000-000000000046),

 pointer_default(unique)

]

interface IUnknown

{

    typedef [unique] IUnknown *LPUNKNOWN;

cpp_quote("//////////////////////////////////////////////////////////////////")

cpp_quote("// IID_IUnknown and all other system IIDs are provided in UUID.LIB")

cpp_quote("// Link that library in with your proxies, clients and servers")

cpp_quote("//////////////////////////////////////////////////////////////////")

    HRESULT QueryInterface(

        [in] REFIID riid,

        [out, iid_is(riid)] void **ppvObject);

    ULONG AddRef();

    ULONG Release();

}

[local]属性禁止产生网络代码。

[object]属性是表明定义的是一个COM接口，而不是DEC风格的接口。

[uuid]属性给接口一个GUID。

[unique]属性表明null(空)指针为一个合法的参数值。

[pointer_defaul]属性所有的内嵌指针指定一个默认指针属性

typedef [unique] IUnknown *LPUNKNOWN;这是一个类型定义

cpp_quote这个比较有趣，这是一个在idl文件写注解的方法。这些注解将保存到***.h和***_i.c文件中

[in]表示这个参数是入参

[out]表示这个参数是出参

[iid_is(riid)]表示这个参数需要前一个的riid 参数。

注意：所有具有out属性的参数都需要是指针类型。

1.3 IUnkown接口

在整个例子除了IUnkown这个东西，其他应该不会感到陌生吧！COM要求(最基本的要求)所有的接口都需要从IUnknown接口直接或间接继承，所以IUnknown接口有"万恶之源"之称。
IUnkown接口定义了三个方法。

HRESULT QueryInterface([in] REFIID riid,[out] void **ppv);

ULONG AddRef();

ULONG Release();   

其中 AddReft()和Release()负责对象引用计数用的，而 QueryInterface()方法是用于查询所实现接口用的。每当COM组件被引用一次就应调用一次AddRef()方法。而当客户端在释放COM组件的某个接口时就需要调用Release()方法。
这里所讲的请在下面的例子仔细体会。

2、一个比较简单的COM

此例子共有四个文件组成：
　

文件名	说明
Interface.h	接口类定义文件
Math.h和Math.cpp	实现类文件
Simple.cpp 主函数文件	这里用来当作COM的客户端

2.1 interface.h 文件

#ifndef INTERFACE_H

#define INTERFACE_H

#include <unknwn.h>

//{7C8027EA-A4ED-467c-B17E-1B51CE74AF57}

static const GUID IID_ISimpleMath =

{ 0x7c8027ea, 0xa4ed, 0x467c, { 0xb1, 0x7e, 0x1b, 0x51, 0xce, 0x74, 0xaf, 0x57 } };

//{CA3B37EA-E44A-49b8-9729-6E9222CAE84F}

static const GUID IID_IAdvancedMath =

{ 0xca3b37ea, 0xe44a, 0x49b8, { 0x97, 0x29, 0x6e, 0x92, 0x22, 0xca, 0xe8, 0x4f } };

interface ISimpleMath : public IUnknown

{

public:

       virtual int Add(int nOp1, int nOp2) = 0;       

       virtual int Subtract(int nOp1, int nOp2) = 0;

       virtual int Multiply(int nOp1, int nOp2) = 0;

       virtual int Divide(int nOp1, int nOp2) = 0;

};

interface IAdvancedMath : public IUnknown

{

public:

       virtual int Factorial(int nOp1) = 0;

       virtual int Fabonacci(int nOp1) = 0;

};

#endif   

此文件首先 #include <unknwn.h> 将 IUnknown 接口定义文件包括进来。
接下来定义了两个接口，GUID（Globally Unique Identifier全局唯一标识符）它能保证时间及空间上的唯一。
ISmipleMath接口里定义了四个方法，而IAdvancedMath接口里定义了二个方法。这些方法都是虚函数，而整个 ISmipleMath 与 IAdvancedMath 抽象类就作为二进制的接口。

2.2 math.h文件

#include "interface.h"

class CMath : public ISimpleMath,

                     public IAdvancedMath

{

private:

       ULONG m_cRef;

private:

       int calcFactorial(int nOp);

       int calcFabonacci(int nOp);

public:

       //IUnknown Method

       STDMETHOD(QueryInterface)(REFIID riid, void **ppv);

       STDMETHOD_(ULONG, AddRef)();

       STDMETHOD_(ULONG, Release)();

       //     ISimpleMath Method

       int Add(int nOp1, int nOp2);

       int Subtract(int nOp1, int nOp2);

       int Multiply(int nOp1, int nOp2);

       int Divide(int nOp1, int nOp2);

       //     IAdvancedMath Method

       int Factorial(int nOp);

       int Fabonacci(int nOp);

};   

此类为实现类，他实现了ISmipleMath和IAdvancedMath两个接口类(当然也可以只实现一个接口类)。
请注意：m_cRef 是用来对象计数用的。当 m_cRef 为0组件对象应该自动删除。

2.3 math.cpp文件

#include "interface.h"

#include "math.h"

STDMETHODIMP CMath::QueryInterface(REFIID riid, void **ppv)

{//    这里这是实现dynamic_cast的功能，但由于dynamic_cast与编译器相关。

       if(riid == IID_ISimpleMath)

              *ppv = static_cast(this);

       else if(riid == IID_IAdvancedMath)

              *ppv = static_cast(this);

       else if(riid == IID_IUnknown)

              *ppv = static_cast(this);

       else {

              *ppv = 0;

              return E_NOINTERFACE;

       }

       reinterpret_cast(*ppv)->AddRef();//这里要这样是因为引用计数是针对组件的

       return S_OK;

}

STDMETHODIMP_(ULONG) CMath::AddRef()

{

       return ++m_cRef;

}

STDMETHODIMP_(ULONG) CMath::Release()

{

       ULONG res = --m_cRef;      // 使用临时变量把修改后的引用计数值缓存起来

       if(res == 0)        // 因为在对象已经销毁后再引用这个对象的数据将是非法的

              delete this;

       return res;

}

int CMath::Add(int nOp1, int nOp2)

{

       return nOp1+nOp2;

}

int CMath::Subtract(int nOp1, int nOp2)

{

       return nOp1 - nOp2;

}

int CMath::Multiply(int nOp1, int nOp2)

{

       return nOp1 * nOp2;

}

int CMath::Divide(int nOp1, int nOp2)

{

       return nOp1 / nOp2;

}

int CMath::calcFactorial(int nOp)

{

       if(nOp <= 1)

              return 1;

       return nOp * calcFactorial(nOp - 1);

}

int CMath::Factorial(int nOp)

{

       return calcFactorial(nOp);

}

int CMath::calcFabonacci(int nOp)

{

       if(nOp <= 1)

              return 1;

       return calcFabonacci(nOp - 1) + calcFabonacci(nOp - 2);

}

int CMath::Fabonacci(int nOp)

{

       return calcFabonacci(nOp);

}

 CMath::CMath()

{

       m_cRef=0;

}  

此文件是CMath类定义文件。

2.4 simple.cpp文件

#include "math.h"

#include <iostream>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])

{

       ISimpleMath *pSimpleMath = NULL;//声明接口指针

       IAdvancedMath *pAdvMath = NULL;

       //创建对象实例，我们暂时这样创建对象实例，COM有创建对象实例的机制

       CMath *pMath = new CMath; 

       //查询对象实现的接口ISimpleMath

       pMath->QueryInterface(IID_ISimpleMath, (void **)&pSimpleMath);     

       if(pSimpleMath)

              cout << "10 + 4 = " << pSimpleMath->Add(10, 4) << endl;

       //查询对象实现的接口IAdvancedMath

       pSimpleMath->QueryInterface(IID_IAdvancedMath, (void **)&pAdvMath);

       if(pAdvMath)

              cout << "10 Fabonacci is " << pAdvMath->Fabonacci(10) << endl;     

       pAdvMath->Release();

       pSimpleMath->Release();

       return 0;

}

此文件相当于客户端的代码，首先创建一个CMath对象,再根据此对象去查询所需要的接口，如果正确得到所需接口指针，再调用接口的方法，最后再将接口的释放掉。

2.5 Math组件的二进制结构图



                              图1.3 Math组件二进制结构图

2.6 小结

此例子从严格意义上来并不是真正的COM组件(他不是dll)，但他已符合COM的最小要求(实现IUnknown接口)。