COM学习（一）——COM基础思想

概述

学习微软技术COM是绕不开的一道坎，最近做项目的时候发现有许多功能需要用到COM中的内容，虽然只是简单的使用COM中封装好的内容，但是许多代码仍然只知其然，不知其所以然，所以我决定从头开始好好学习一下COM基础的内容，因此在这记录下自己学习的内容，以便日后参考，也给其他朋友提供一点学习思路。
COM的全称是Component Object Module，组件对象模型。组件就我自己的理解就是将各个功能部分编写成可重用的模块，程序就好像搭积木一样由这些可重用模块构成，这样将各个模块的耦合降到最低，以后升级修改功能只需要修改某一个模块，这样就大大降低了维护程序的难度和成本，提高程序的可扩展性。COM是微软公司提出的组件标准，同时微软也定义了组件程序之间进行交互的标准，提供了组件程序运行所需的环境。
COM是基于组件化编程的思想，在COM中每一个组件成为一个模块，它可以是动态链接库或者可执行文件，一个组件程序可以包含一个或者多个组件对象，COM对象不同于OOP(面向对象)中的对象，COM对象是定义在二进制机器代码基础之上，是跨语言的。而OOP中的对象是建立在语言之上的。脱离了语言对象也就不复存在.COM是独立在编程语言之上的，是语言无关的。COM的这一特性使得不同语言开发的组件之间的互相交互成为可能。

COM对象和接口

COM中的对象类似于C++中的对象，对象是某个类中的实例。而类则是一组相关的数据和功能组合在一起的一个定义。使用对象的应用(或另一个对象)称为客户，有时也称为对象的用户。
接口是一组逻辑相关的函数的集合，比如一组处理URL的接口，处理HTTP请求的接口等等。在习惯上接口通常是以”I”开头。对象通过接口成员函数为客户提供各种形式的服务。一个对象可以拥有多个不同的接口，以表现不同的功能集合。 在C++语言中，一个接口就是一个虚基类，而对象就是该接口的实现类，派生自该接口并实现接口的功能。

class IBook
{
public:
    virtual void NextPage() = 0;
    virtual void ForwardPage() = 0; 
}

class IAppliances
{
public:
    virtual void charge() = 0;
    virtual void shutdown() = 0;
}

class CKindle: public IBook, IAppliances
{
public:
    virtual void NextPage();
    virtual void ForwardPage(); 
    virtual void charge();
    virtual void shutdown();
}

就像上面的例子，上面的例子中提供了一个书本的接口，书本可以翻到上一页，下一页，而电器有充电和关机的接口，最后我们利用kindle这个类来实现这两个接口。所以在使用上我们可以利用下面的伪代码来使用

pInterface = CreateInterface(ID_IBOOK, ID_KINDLE);
pInterface->NextPage();
if(Late())
{
    pInter2 = pInterface->QueryInterface(ID_APPLIANCES);
    pInter2->shutdown();
}

在平时我们使用kindle的翻页功能来看书，因为翻页功能在接口IBook，所以首先调用一个创建接口的函数，传入对应接口以及接口实现类的标识，用来生成相应的接口，其实在内部也就是根据类ID来创建一个对应的实现类的实例。然后根据需要转化为对应基类的指针。在看书看累的时候，将接口转化为电子产品的接口，调用对应的关机功能，关闭电子书。在之后比如说kindle进行了升级，也就是重写了实现这些接口的代码，但是接口原型不变，这样使用接口的代码不用改变，也就是说即使kindle对内部进行了升级，优化某些功能，用户在使用上仍然是那样在用，不必改变使用习惯。再比如kindle出了一个新款，提供了背光功能，这个时候可能提供一个新接口：

class IAppliances2 : public IAppliances
{
public:
    virtual void Light() = 0;
}

然后只需要稍微更新一下CKindle这个实现类，新增一个Light接口的实现，在使用上如果不用背光功能原来的代码就够用了，如果要使用背光功能，只需要将原来的接口类型改为IAppliances2 ，并且添加调用背光功能的函数，而其余的功能也不变，这与实际生活相似，某个产品提供新功能时，一般保持原始功能的使用方法不变，新功能会有新的按钮或者其他方法进行打开。
再比如说我不想用kindle了改用其他的电子阅读器，只要接口不变，我的使用方法基本不变，唯一改变的可能是我以前拿着kindle，现在拿着其他品牌的阅读器，也就是说可能要改变传入CreateInterface函数中的类标识。

COM基本接口

COM中所有接口都派生自该接口：

struct IUnknown
{
    virtual HRESULT QueryInterface(REFIID riid,void **ppvObject) = 0;
    virtual ULONG AddRef( void) = 0;
    virtual ULONG Release( void) = 0;
};

所有类都应该实现上述三个方法，AddRef主要将接口的引用计数+1， 而Release则是将引用计数 -1，当对象的引用计数为0，则会调用析构函数，释放对象的存储空间。每一次接口的创建和转化都会增加引用计数，而每次不再使用调用Release，都会把引用计数 -1，当引用计数为0时会释放对象的空间。
QueryInterface主要用来进行接口转化，将对象的指针转化为另外一个接口的指针，就好像上面例子中pInter2 = pInterface->QueryInterface(ID_APPLIANCES);这句代码将之前的Ibook接口转化为电子产品的接口。在C++中也就是做了一次强制类型转化。

对象和接口的唯一标识

在COM中，对象本身对于客户来说是不可见的，客户请求服务时，只能通过接口进行。每一个接口都由一个128位的全局唯一标识符(GUID，Global Unique Identifier)来标识。客户通过GUID来获得接口的指针，再通过接口指针，客户就可以调用其相应的成员函数。与接口类似，每个组件也用一个 128 位 GUID 来标识，称为 CLSID(class identifer，类标识符或类 ID)，用 CLSID 标识对象可以保证(概率意义上)在全球范围内的唯一性。
实际上，客户成功地创建对象后，它得到的是一个指向对象某个接口的指针，因为 COM 对象至少实现一个接口(没有接口的 COM 对象是没有意义的)，所以客户就可以调用该接口提供的所有服务。根据 COM 规范，一个 COM 对象如果实现了多个接口，则可以从某个接口得到该对象的任意其他接口。
由此可看出，客户与 COM 对象只通过接口打交道，对象对于客户来说只是一组接口。
在COM中GUID的定义如下：

typedef struct _GUID {
    unsigned long  Data1;
    unsigned short Data2;
    unsigned short Data3;
    unsigned char  Data4[ 8 ];
} GUID;

一般我们在程序中只是作为一个标志来使用，并不对它进行特别的操作。生成它一般是使用VS自带的GUID生成工具。
而CLSID的定义如下：

typedef GUID CLSID;

其实在COM中一般涉及到ID的都是GUID，只是利用typedef另外定义了一个名称而已
另外COM也提供了一组函数用来对GUID进行操作：

函数	功能
IsEqualGUID	判断GUID是否相等
IsEqualCLSID	判断CLSID是否相等
IsEqualIID	判断IID是否相等
CLSIDFromProgID	把字符串形式的CLSID转化为CLSID结构形式（类似于将字符串的234转化为数字，也是把字面上的CLSID转化为计算机能识别的CLSID）
StringFromCLSID	把CLSID转化为字符串形式
IIDFromString	把字符串形式的IID转化为IID接口形式
StringFromIID	把IID结构转化为字符串
StringFromGUID2	把GUID形式转化为字符串形式

COM接口的一般使用步骤

一般使用COM中的时候首先使用CoInitialize初始化COM环境，不用的时候使用CoUninitialize卸载COM环境，在使用接口中一般需要进行下面的步骤
1. 调用CoCreateInstance函数传入对应的CLSID和对应的IID，生成对应对象并传入相应的接口指针。
2. 使用该指针进行相关操作
3. 调用接口的QueryInterface函数，转化为其他形式的接口
4. 在最后分别调用各个接口的Release函数，释放接口
下面提供一个小例子，以供参考，也方便更好的理解COM

//组件部分
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall ComCreateObject(GUID clsID, GUID interfaceID, void** pObj);
void __stdcall ComCreateObject(GUID clsID, GUID interfaceID, void** pObj)
{
    if (clsID == CLSID_COMSTRING)
    {
        CComString *pComObject = new CComString;
        *pObj = pComObject->QueryInterface(interfaceID);
    }
}

class IComBase
{
public:
    virtual void* QueryInterface(GUID gInterfaceId) = 0;
    virtual void AddRef() = 0;
    virtual void Release() = 0;
};

static const GUID IID_ICOMSTRING = { 0xb2fcd22c, 0x63fa, 0x4f61, { 0xbf, 0x12, 0xd3, 0xd2, 0x5a, 0x99, 0x59, 0x24 } };
class IComString : public IComBase
{
public:
    virtual void Init(LPCTSTR pStr) = 0;
    virtual int Find(LPCTSTR lpSubStr) = 0;
    virtual int GetLength() = 0;
};

static const GUID CLSID_COMSTRING = { 0xf57f3489, 0xff2d, 0x4c97, { 0xb1, 0xf6, 0xc, 0x60, 0x7e, 0xf7, 0xae, 0xfc } };

class CComString : public IComString
{
public:
    virtual void* QueryInterface(GUID gInterfaceId);
    virtual void AddRef();
    virtual void Release();

    virtual void Init(LPCTSTR pStr);
    virtual int Find(LPCTSTR lpSubStr);
    virtual int GetLength();

protected:
    int m_nCnt = 0;
    CString m_csString;
};

//cpp
void* CComString::QueryInterface(GUID gInterfaceId)
{
    if (gInterfaceId == IID_ICOMSTRING)
    {
        //该接口的引用计数+1
        AddRef();
        return dynamic_cast<IComString*>(this);
    }
    //如果它还实现了其他接口，可以再写判断，生成其他类型的接口 
    return NULL;
}

void CComString::AddRef()
{
    m_nCnt++;
}

void CComString::Release()
{
    m_nCnt--;
    //引用计数为0，此时没有该类的接口被使用，应该释放该类
    if (m_nCnt == 0)
    {
        delete this;
    }
}

void CComString::Init(LPCTSTR pStr)
{
    m_csString = pStr;
}

int CComString::Find(LPCTSTR lpSubStr)
{
    return m_csString.Find(lpSubStr);
}

int CComString::GetLength()
{
    return m_csString.GetLength();
}

这些代码被封装在一个dll中，dll中导出一个函数ComCreateObject，外部在使用时调用该函数传入对应的ID，以便生成对应的接口。
在这个dll里面提供一个接口的基类IComBase，这个是仿照了COM种的IUnknow基类，另外定义了一个IComString字符串的接口，同时定义了它的实现类CComString，为了简单，它的功能方法我直接使用了一个CString类实现。
在函数ComCreateObject，会根据传入对应的类ID，来生成对应的类实例，然后调用实例的QueryInterface，转化成对应的接口，在实现类中实现了这个方法，实现类中的QueryInterface方法主要完成了类型转化并将引用计数+1。
而Release函数在每次-1的时候会进行判断，当引用计数为0时销毁该类的实例
由于类是new出来创建在堆上的，所以每次用完一定要记得调用Release释放，否则会造成内存泄露
注意：在使用这里使用的是dynamic_cast进行类型转化，在进行类的强制类型转化时，特别是在有多重继承的情况下，最好使用dynamic_cast方式进行转化，当一个类拥有多个基类时，类中有多个虚函数表，为了能正常找到对应的虚函数表，就需要进行对应的偏移量的计算，C中的强制类型转化是直接将对象的首地址进行转化，这样在寻址虚函数表时可能会出错。而dynamic_cast会进行对应的计算。详细情形请参考这里
在使用上

void ComInitialize();
void ComUninitialize();
typedef void(__stdcall *pfnCreateInstance)(GUID, GUID, void**);

pfnCreateInstance CreateInstance;
HMODULE hComDll = NULL;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    ComInitialize();
    IComString *pIString = NULL;
    CreateInstance(CLSID_COMSTRING, IID_ICOMSTRING, (void**)&pIString);
    pIString->Init(_T("Hello World"));
    IComString* pIString2 = (IComString*)(pIString->QueryInterface(IID_ICOMSTRING));
    int nLength = pIString2->GetLength();
    int iPos = pIString2->Find(_T("World"));

    printf("%d, %d
", nLength, iPos);
    pIString->Release();
    pIString2->Release();
    return 0;
}

void ComInitialize()
{
    hComDll = LoadLibrary(_T("ComInterface.dll"));
    if (NULL != hComDll)
    {
        CreateInstance = (pfnCreateInstance)GetProcAddress(hComDll, "ComCreateObject");
    }
}

void ComUninitialize()
{
    FreeLibrary(hComDll);
}

给使用者使用时只需要提供对应类和接口的GUID，然后将函数ComCreateObject原型提供给调用者，以便生成对应的接口。
这里为了模仿COM的使用定义了ComInitialize和ComUninitialize这两个函数，真实的初始化函数怎么写的，我也不知道，在这里只是为了模仿COM的使用。
至此相信各位小伙伴应该对COM有了一个初步的了解