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COM组件设计与应用(二)——GUID和接口

一、前言

书接上回,话说在 doc(Word) 复合文件中,已经解决了保存 xls(Excel) 数据的问题了。那么,接下来又要解决另一个问题:当 WORD 程序读取复合文件,遇到了 xls 数据的时候,它该如何启动 Excel 呢?启动后,又如何让 Excel 自己去读入、解析、显示 xls 数据呢?

二、CLSID 概念

有一个非常简单的解决方案,那就是在对象数据的前面,保存有处理这个数据的程序名。(见下图左上)

图一、CLSID 的概念

这的确是一个简单的方法,但同时问题也很严重。在“张三”的计算机上,Excel 的路径是:"c:\office\Excel.exe",如果把这个 doc 文件复制到“李四”的计算机上使用,而“李四”的 Excel 的路径是:

"d:\Program files\Microsoft Office\Office\Excel.exe",完蛋了:-(

于是,微软想出了一个解决方案,那就是不使用直接的路径表示方法,而使用一个叫 CLSID(注1)的方式间接描述这些对象数据的处理程序路径。CLSID 其实就是一个号码,或者说是一个16字节的数。观察注册表(上图),在HKCR\CLSID\{......}主键下,LocalServer32(DLL组件使用InprocServer32) 中保存着程序路径名称。CLSID 的结构定义如下:

typedef struct _GUID {
DWORD Data1;  // 随机数
WORD Data2;  // 和时间相关
WORD Data3;  // 和时间相关
BYTE Data4[8];  // 和网卡MAC相关
} GUID;
typedef GUID CLSID; // 组件ID
typedef GUID IID;  // 接口ID
#define REFCLSID const CLSID &
// 常见的声明和赋值方法
CLSID CLSID_Excel = {0x00024500,0x0000,0x0000,{0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x46}};
struct __declspec(uuid("00024500-0000-0000-C000-000000000046")) CLSID_Excel;
class DECLSPEC_UUID("00024500-0000-0000-C000-000000000046") CLSID_Excel;
// 注册表中的表示方法
{00024500-0000-0000-C000-000000000046}
  用一个号码间接表示程序名,的确是个 Good idea,实现了组件位置的透明性,并方便地扩展出 DCOM(远程组件)。但,但,但,但.....CLSID 有16个字节共128位二进制数,干吗用这么长的数字呀?遥想当年......我还在上幼儿园的时候,人们设计了 socket,用 TCP/IP 协议进行网络通讯。每个参与通讯的计算机都有一个4字节的 IP 表示编号地址,范围是 0,0,0,0 ~ 255,255,255,255 共42亿个地址。可是没想到啊,没想到,自从 Internet 选择了TCP/IP 协议后,42亿个地址就不够全世界的劳动人民分配啦。除了劳动人民,还有冰箱、彩电、电饭锅、手机、手提电脑......这些都需要连网呀。在办公室通过网络开启电饭锅给我焖饭,下班回家后就能吃现成的啦,多幸福呀?!(注:在我们家老婆是领导,所以是我做饭。咳......)

由于前车之鉴,微软这次设计 CLSID/IID 就使用了GUID概念的16个字节,这下好啦,全世界60亿人口,每个人每秒钟分配10亿个号码,那么需要分配1800亿年。反正等到地球没有了都不会使用完的:-)

三、产生 CLSID

  1. 如果使用开发环境编写组件程序,则IDE会自动帮你产生 CLSID;
  2. 你可以手工写 CLSID,但千万不要和人家已经生成的 CLSID 重复呀,所以严重地不推荐;(可是微软的CLSID都是手工写的,这叫“只许州官放火,不许百姓点灯”) ;
  3. 程序中,可以用函数 CoCreateGuid() 产生 CLSID;
  4. 使用工具产生 GUID(注2);

vc6.0版本运行:"vc目录\Common\Tools\GuidGen.exe"程序(你可以参照上回文章中介绍的方法,把这个工具程序加到开发环境中,方便调用)。vc.net版本,在菜单“工具\创建GUID”中,就可以执行了。

四、ProgID 概念

每一个COM组件都需要指定一个 CLSID,并且不能重名。它之所以使用16个字节,就是要从概率上保证重复是“不可能”的。但是,(世界上就怕“但是”二字)微软为了使用方便,也支持另一个字符串名称方式,叫 ProgID(注3)。见上图注册表的ProgID 子键内容(注4)。由于 CLSID 和 ProgID 其实是一个概念的两个不同的表示形式,所以我们在程序中可以随便使用任何一种。(有些人就是讨厌,说话不算数。明明 GUID 的目的就是禁止重复,但居然又允许使用 ProgID?!ProgID 是一个字符串的名字,重复的可能性就太大了呀。赶明儿我也写个程序,我打算这个程序的 ProgID 叫“Excel.Application”,嘿嘿)下面介绍一下 CLSID 和 ProgID 之间的转换方法和相关的函数:

函数 功能说明
CLSIDFromProgID()、CLSIDFromProgIDEx() 由 ProgID 得到 CLSID。没什么好说的,你自己都可以写,查注册表贝
ProgIDFromCLSID() 由 CLSID 得到 ProgID,调用者使用完成后要释放 ProgID 的内存(注5)
CoCreateGuid() 随机生成一个 GUID
IsEqualGUID()、IsEqualCLSID()、IsEqualIID() 比较2个ID是否相等
StringFromCLSID()、StringFromGUID2()、StringFromIID() 由 CLSID,IID 得到注册表中CLSID样式的字符串,注意释放内存

五、接口(Interface)的来历

到此,我们已经知道了 CLSID 或 ProgID 唯一地表示一个组件服务程序,那么根据这些ID,就可以加载运行组件,并为客户端程序提供服务了。(启动组件程序的方法,会陆续介绍)。接下来先讨论如何调用组件提供的函数?-----接口。

作为客户端程序员,它希望或者说他要求:我的程序只写一次,然后不做任何修改就可以调用任意一个组件。举例来说:

你可以在 Word 中嵌入 Excel,也可以嵌入 Picture,也可以嵌入任何第三方发表的 ActiveX 文档......也就是说,连 Word 自己都不知道使用它的人将会在 doc 里面插入什么东东;

你可以在 HTML 文件中插入一个 ActiveX,也可以插入一个程序脚本Script,......你自己写的插件也可以插入到 IE 环境中。为了完成你的功能, 你绝对也不会去让微软修改IE吧?!

这个要求实在有点难度,Office 开发停滞了。说来话巧,一天老O(Office 项目的总工程师)和小B(VB 项目的总工程师)一起喝酒,老O向小B倾诉了他的烦恼:

老O:怎么能让我写的程序C,可以调用其它人写的程序S中的函数?(C表示客户程序,S表示提供服务的程序)

小B:你是不是喝糊涂了?让S作成 DLL,你去 LoadLibrary()、GetProcAddress()、...FreeLibrary()?!

老O:废话!要是这么简单就好了。问题是,连我都不知道这个S程序是干什么的?能干什么?我怎么调用呀?

小B:哦......这个比较高级,但我现在不能告诉你,因为我怕你印象不深。

老O:~!·#¥%……—*......

小B:是这样的,在VB中,我们制定了一个标准,这个标准允许任何一个VB开发者,把他自己写的某个功能的小程序放在VB的工具栏上,这样就好象他扩展了 VB 的功能一样。

老O:哦?就是那个叫什么 VBX 的滥玩意儿?

小B:我呸......别看 VBX 这个东西不起眼儿,的确我也没看上它。但你猜怎么着?现在有成千上万的 VB 程序爱好者把他们写的各式各样功能的 VBX 小程序,放到网上,让大家共享那。

老O:哦~~~,那你们的这个 VBX 标准是什么?

小B:嘿嘿......其实特简单,就是在 VBX 中必须实现7个函数,这7个函数名称和功能必须是:初始化、释放、显示、消息处理......,而至于它内部想干什么,我也管不着。我只是在需要的时候调用我需要的这7个函数。

老O:哦~~~,这样呀......对了,我现有个急事,我先走了。88,你付帐吧......

小B:喂!喂喂...... 走这么急干什么,钱包都掉了:-)

老O虽然丢了钱包,仍然兴奋地冲回办公室,他开始了思考......

1、我的程序C,要能调用任何人写的程序B。那么B必须要按照我事先的要求,提供我需要的函数F1(),F2(),F3(),K1(),K2()。

2、BASIC 是解释执行,因此它的函数不用考虑书写顺序,只要给出函数名,解释器就能找到。但我使用的是 C++呀......

3、C++编译后的代码中没有函数名,只有函数地址,因此我必须改进为用VTAB(虚函数表)表示函数入口:

图二、VTAB 的结构

4、还不够好,需要改进一下,因为所有的函数地址都放在一个表中会不灵活、不好修改、不易扩展。恩,有了!按照函数功能的类型进行分类:

图三、多个 VTAB 的结构

5、问题又来了,现在有2个 VTAB 虚函数表,那么怎么能够从一个表找到另一个表那?恩又有办法了,我要求你必须要实现一个函数,并且这个函数地址必须放在所有表的开头(表中的第一个函数指针),这个函数就叫 QueryInterface()吧,完成从一个表查找到另一个表的功能:(除了QueryInterface()函数,顺便也完成另外两个函数,叫 AddRef() 和 Release()。这两个函数的功能以后再说)

图四、COM 接口结构

6、为了以后描述方便,不再使用上图(图四)的方法了,而使用图五这样简洁的样式:

图五、COM 接口结构的简洁图示

六、接口(Interface)概念

1、函数是通过 VTAB 虚函数表提供其地址, 从另一个角度来看,不管用什么语言开发,编译器产生的代码都能生成这个表。这样就实现了组件的“二进制特性”轻松实现了组件的跨语言要求。

2、假设有一个指针型变量保存着 VTAB 的首地址,则这个变量就叫“接口指针”(注6), 变量命名的时候,习惯上加上"I"开头。另外为了区分不同的接口,每个接口 也都要有一个名字,该名字就和 CLSID 一样,使用 GUID 方式,叫 IID。

3、接口一经发表,就不能再修改了。不然就会出现向前兼容的问题。这个性质叫“接口不变性”。

4、组件中必须有3个函数,QueryInterface、AddRef、Release,它们3个函数也组成一个接口,叫"IUnknown"。(注7)

5、任何接口,其实都包含了 IUnknown 接口。随着你接触到更多的接口就会了更体会解到接口的另一个性质“继承性”。

6、在任何接口上,调用表中的第一个函数,其实就是调用 QueryInterface()函数,就得到你想要的另外一个接口指针。这个性质叫“接口的传递性”

7、C/C++语言中需要事先对函数声明,那么就 会要求组件也必须提供C语言的头文件。不行!为了能使COM具有跨语言的能力,决定不再为任何语言提供对应的函数接口声明,而是独立地提供一个叫类型库(TLB)的声明。每个语言的IDE环境自己去根据TLB生成自己语言需要的包装。这个性质叫“接口声明的独立性”(注8)

七、客户程序与组件之间的协商调用

回到我们的上一个话题,Word中嵌入一个组件,那么Word是如何协商使用这个组件的那?下面是容器和组件之间的一个模拟对话过程:

  容器 协商部分 组件 应答部分
1 根据CLSID启动组件 。

CoCreateInstance()

生成对象,执行构造函数,执行初始化动作。
2 你有IUnknown接口吗? 有,给你!
3 恩,太好了,那么你有IPersistStorage接口吗?(注9)

IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStorage...)

没有!
4 真差劲,连这个都没有。那你有IPersistStreamInit接口吗?(注10)

IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStreamInit...)

哈,这个有,给!
5 好,好,这还差不多。你现在给我初始化吧。

IPersistStreamInit::InitNew()

OK,初始化完成了。
6 完成了?好!现在你读数据去吧。

IPersistStreamInit::Load()

读完啦。我根据数据,已经在窗口中显示出来了。
7 好,现在咱们各自处理用户的鼠标、键盘消息吧...... ......
8 哎呀!用户要保存退出程序了。你的数据被用户修改了吗?

IPersistStreamInit::IsDirty()

改了,用户已经修改啦。
9 那好,那么用户修改后,你的数据需要多大的存储空间呀?

IPersistStreamInit::GetSizeMax()

恩,我算算呀......好了,总共需要500KB。
10 晕,你这么个小玩意居然占用这么大空间?!......好了,你可以存了。

IPersistStreamInit::Save()

谢谢,我已经存好了。
11 恩。拜拜了您那。(注11)

IPersistStreamInit::Release();IUnknown::Release()

执行析构函数,删除对象。
12 我自己也该退出了......

PostQuitMessage()

 

容器(或者说客户端)就是这样和组件进行对话,协商调用的。如果组件甲实现了 IA 接口,那么容器就会使用它,如果组件乙没有提供 IA 接口,但是它提供了 IB 接口,那么容器就会调用 IB 接口的函数......如此,容器程序根本就不需要知道组件到底是干什么的,组件到底是用什么语言开发的,组件的磁盘位置到底在哪里,它都可以正常运行。太奇妙了!太精彩了!怎一个“爽”字了得!

八、小结

第二回中,介绍了两个非常重要的概念:CLSID 和 Interface。由于全篇都是概念描述而没有示例程序相配合,可能读者的理解还不太深入、不彻底。别着急,我们马上就要进入到组件程序设计阶段了,到那个时候,你根据具体的程序代码,再回过头来再次阅读本回文章,没读懂?哦......再读!慢慢地您老人家就懂了:-)

留作业啦......

1、IDispatch 接口的 IID 是多少?(哎~~~ 笨笨,在源程序中,用鼠标右键执行Go to definition 呀)

2、IPicture 接口有几个函数?功能是什么?(别玩了!你多大了?想不想在程序中显示 JPG 图像呀,看 MSDN 去)

想知道为什么COM函数总是返回 HRESULT 吗?想知道如何使用 BSTR、VARIANT 吗?想知道 COM 中应该如何使用内存吗?想知道如何使用 UNICODE 吗?......恩~~~,我现在不能告诉你,我现在告诉你,怕你印象不深!且听下回分解......

注1:CLSID = Class ID 上回书已经介绍了把CLSID写入复合文件的函数:WriteClassStg()、IStorage::SetClass()。

注2:GUID 全局唯一标示符,CLSID/IID 其实是借用了GUID的概念。

注3:ProgID = Program ID,等价于 CLSID, 是用字符串表示的。

注4:注册表子键 ProgID 和 VersionIndependentProgID 分别表示真正的 ProgID 和版本无关的 ProgID。比如在我计算机上安装的 Excel,它的 ProgID = "Excel.Application.9",而 VersionIndependentProgID = "Excel.Application"。

注5:COM 组件的内存管理,见后续的文章。

注6:Interface = 接口,以前微软不叫它接口,而叫协议Protocol。其实我 到认为这个词更贴切一些。

注7:IUnknown 这个名字起的好,居然叫“我不知道”:-),它的 IID 叫 IID_IUnknown,如果用注册表样式表示,那么它的值是{00000000-0000-0000-C000-000000000046}。

注8:TLB是由一个描述接口的文件 IDL 经过编译产生的。IDL 的说明,见后续的文章吧。

注9:IPersistStorage 是用复合文件的存储(Storage)功能来保存/读取数据用的一个接口。

注10:IPersistStreamInit 是用复合文件的流(Stream)功能来保存/读取数据用的一个接口。

注11:拜拜了您那 = 英语北京话,再见。


2011-07-01 16:29
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