分类： C/C++
2008-04-23 21:34:02
COM编程入门
第二部分——深入COM服务器
编译：赵湘宁
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本文为刚刚接触COM的程序员提供编程指南，解释COM服务器内幕以及如何用C 编写自己的接口。继上一篇COM编程入门之后，本文将讨论有关COM服务器的内容，解释编写自己的COM接口和COM服务器所需要的步骤和知识，以及详细讨论当COM库对COM服务器进行调用时，COM服务器运行的内部机制。
如果你读过上一篇文章。应该很熟悉COM客户端是怎么会事了。本文将讨论COM的另一端——COM服务器。内容包括如何用C 编写一个简单的不涉及类库的COM服务器。深入到创建COM服务器的内部过程，毫无遮掩地研究那些库代码是充分理解COM服务器内部机制的最好方法。
本文假设你精通C 并掌握了上一篇文章所讨论的概念和术语。在这一部分将包括如下内容：
本文我们将讨论最简单的一种COM服务器，进程内服务器（in-process）。“进程内”意思是服务器被加载到客户端程序的进程空间。进程内服务器都是DLLs，并且与客户端程序同在一台计算机上。进程内服务器在被COM库使用之前必须满足两个条件或标准：
这是进程内服务器运行的最小需求。在注册表的HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID 键值下必须创建一个键值，用服务器的GUID作为键名字，这个键值必须包含两个键值清单，一是服务器的位置，二是服务器的线程模型。
COM库对 DllGetClassObject() 函数进行调用是在CoCreateInstance() API中完成的。
还有三个函数通常也要输出：
另外，只输出正确的函数是不够的——还必须遵循COM规范，这样COM库和客户端程序才能使用服务器。
DLL服务器的一个与众不同的方面是控制它们被加载的时间。“标准的”DLLs被动的并且是在应用程序使用它们时被随机加载/或卸载。从技术上讲，DLL服务器也是被动的，因为不管怎样它们毕尽还是DLL，但COM库提供了一种机制，它允许某个服务器命令COM卸载它。这是通过输出函数DllCanUnloadNow()实现的。这个函数的原型如下：
HRESULT DllCanUnloadNow();
当客户应用程序调用COM API CoFreeUnusedLibraries()时，通常出于其空闲处理期间，COM库遍历这个客户端应用已加载所有的DLL服务器并通过调用它的DllCanUnloadNow()函数查询每一个服务器。另一方面，如果某个服务器确定它不再需要驻留内存，它可以返回S_OK让COM将它卸载。服务器通过简单的引用计数来确定它是否能被卸载。下面是DllCanUnloadNow()的实现：
extern UINT g_uDllRefCount; // 服务器的引用计数
HRESULT DllCanUnloadNow()
{
return (g_uDllRefCount > 0) ? S_FALSE : S_OK;
}
如何处理引用计数将在下一节涉及到具体代码时讨论。
有必要回想一下Iunknown派生的每一个接口。因为Iunknown包含了两个COM对象的基本特性——引用计数和接口查询。当你编写组件对象类时（coclass），还要写一个满足自己需要的Iunknown实现。以实现Iunknown接口的组件对象类为例——下面这个例子可能是你编写的最简单的一个组件对象类。我们将在一个叫做CUnknownImpl的C 类中实现Iunknown。下面是这个类的声明：
class CUnknownImpl : public Iunknown
{
public:
// 构造函数和析构器
CUnknownImpl();
virtual ~CUnknownImpl();
// Iunknown 方法
ULONG AddRef();
ULONG Release)();
HRESULT QueryInterface( REFIID riid, void** ppv );
protected:
UINT m_uRefCount; // 对象的引用计数
};
构造器和析构器管理服务器的引用计数：
CUnknownImpl::CUnknownImpl()
{
m_uRefCount = 0;
g_uDllRefCount ;
}
CUnknownImpl::~CUnknownImpl()
{
g_uDllRefCount--;
}
当创建新的COM对象时，构造器被调用，它增加服务器的引用计数以保持这个服务器驻留内存。同时它还将对象的引用计数初始化为零。当这个COM对象被摧毁时，它减少服务器的引用计数。
这两个方法控制 COM 对象的生命期。AddRef()很简单：
ULONG CUnknownImpl::AddRef()
{
return m_uRefCount;
}
AddRef()只增加对象的引用计数并返回更新的计数。
Release()更简单：
ULONG CUnknownImpl::Release()
{
ULONG uRet = --m_uRefCount;
if ( 0 == m_uRefCount ) // 是否释放了最后的引用?
Delete this;
return uRet;
}
除了减少对象的引用计数外，如果没有另外的明确引用，Release()将摧毁对象。Release()也返回更新的引用计数。注意Release()的实现假设COM对象在堆中创建。如果你在全局粘上创建某个对象，当对象试图删除自己时就会出问题。
QueryInterface()简称QI()，由客户端程序调用这个函数从COM对象请求不同的接口。我们在例子代码中因为只实现一个接口，QI()会很容易使用。QI()有两个参数：一个是所请求的接口IID，一个是指针的缓冲大小，如果查询成功，QI()将接口指针地址存储在这个缓冲指针中。
HRESULT CUnknownImpl::QueryInterface ( REFIID riid, void** ppv )
{
HRESULT hrRet = S_OK;
// 标准QI()初始化 – 置 *ppv 为 NULL.
*ppv = NULL;
// 如果客户端请求提供的接口，给 *ppv.赋值
if ( IsEqualIID ( riid, IID_Iunknown ))
{
*ppv = (Iunknown*) this;
}
else
{
// 不提供客户端请求的接口
hrRet = E_NOINTERFACE;
}
// 如果返回一个接口指针。 调用AddRef()增加引用计数.
If ( S_OK == hrRet )
{
((Iunknown*) *ppv)->AddRef();
}
return hrRet;
}
在QI()中做了三件不同的事情：[*ppv = NULL;]
[if ( IsEqualIID ( riid, IID_Iunknown ))]；
[((Iunknown*) *ppv)->AddRef();]
AddRef()调用很关键。
*ppv = (Iunknown*) this;
在本文的第一部分中，我们见过CoCreateInstance()API，其作用是当客户端请求对象时，用它来创建对象。从客户端的立场看，它是一个黑盒子。只要用正确的参数调用它即可得到一个COM对象。它并没有什么魔法，只是在一个定义良好的过程中加载COM服务器，创建请求的COM对象并返回所要的指针。就这些。
下面让我们来浏览一下这个过程。这里要涉及到几个不太熟悉的术语，但不用着急，后面会对它们作详细讨论。
COM 服务器必须在 Windows 注册表中正确注册以后才能正常工作。如果你看一下注册表中的 HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID 键，就会发现大把大把子键，它们就是在这个计算机上注册的COM服务器。当某个COM服务器注册后（通常是用DllRegisterServer()进行注册），就会以标准的注册表格式在CLSID键下创建一个键，它名字为服务器的GUID。下面是一个这样的例子：
{067DF822-EAB6-11cf-B56E-00A0244D5087}
大括弧和连字符是必不可少的，字母大小写均可。
回首看一看客户端的COM，它是如何以自己独立于语言的方式创建和销毁COM对象。客户端调用CoCreateInstance()创建新的COM对象。现在我们来看看它在服务器端是如何工作的。
你每次实现组件对象类的时候，都要写一个旁类负责创建第一个组件对象类的实例。这个旁类就叫这个组件对象类的类工厂（class factory），其唯一目的是创建COM对象。之所以要一个类工厂，是因为语言无关的缘故。COM本身并不创建对象，因为它不是独立于语言的也不是独立于实现的。
当某个客户端想要创建一个COM对象时，COM库就从COM服务器请求类工厂。然后类工厂创建COM对象并将它返回客户端。它们的通讯机制由函数DllGetClassObject()来提供。
术语 “类工厂”和“类对象”实际上是一回事。没有那个单词能精确描述类工厂的作用和义，但正是这个工厂创建了COM对象，而不是COM类所为。将“类工厂”理解成“对象工厂”可能会更有助于理解（实际上MFC就是这样理解的——它的类工厂实现就叫做COleObjectFactory）。但“类工厂”是正式术语，所以本文也这样用。
当COM库调用DllGetClassObject()时，它传递客户端请求的CLSID。服务器负责为所请求的CLSID创建者各类工厂并将它返回。类工厂本身就是一个组件对象类，并且实现IClassFactory接口。如果DllGetClassObject()调用成功，它返回一个IClassFactory指针给COM库，然后COM库用IClassFactory接口方法创建客户端所请求的COM对象实例。
一下是IClassFactory接口：
struct IClassFactory : public Iunknown
{
HRESULT CreateInstance( Iunknown* pUnkOuter, REFIID riid, void** ppvObject );
HRESULT LockServer( BOOL fLock );
};
其中，CreateInstance()是创建COM对象的方法。LockServer()在必要时让COM库增加或减少服务器的引用计数。
这个工程是一个能运行的DLL服务器例子，对象由类工厂创建，此DLL服务器在 CSimpleMsgBoxImpl组件对象类中实现了一个接口：ISimpleMsgBox。
接口定义
我们的新接口是ISimpleMsgBox。所有的接口多必须从Iunknown派生。这个接口只有一个方法：DoSimpleMsgBox()。注意它返回标准类型HRESULT。所有的方法都应该返回HRESULT类型，并且所有返回到调用者的其它数据都应该通过指针参数操作。
struct ISimpleMsgBox : public Iunknown
{
// Iunknown 方法
ULONG AddRef();
ULONG Release();
HRESULT QueryInterface( REFIID riid, void** ppv );
// ISimpleMsgBox方法
HRESULT DoSimpleMsgBox( HWND hwndParent, BSTR bsMessageText );
};
struct __declspec(uuid("{7D51904D-1645-4a8c-BDE0-0F4A44FC38C4}")) ISimpleMsgBox;
有__declspec的一行将一个GUID赋值给ISimpleMsgBox，并且以后可以用__uuidof操作符来获取GUID。这两个东西都是微软的C 的扩展。
DoSimpleMsgBox()的第二个参数是BSTR类型。意思是二进制串——即定长序列位的COM表示。BSTRs主要用于Visual Basic 和 Windows Scripting Host之类的脚本客户端。接下来这个接口由CSimpleMsgBoxImpl C 类来实现。其定义如下：
class CSimpleMsgBoxImpl : public ISimpleMsgBox
{
public:
CSimpleMsgBoxImpl();
virtual ~CSimpleMsgBoxImpl();
// Iunknown 方法
ULONG AddRef();
ULONG Release();
HRESULT QueryInterface( REFIID riid, void** ppv );
// ISimpleMsgBox 方法
HRESULT DoSimpleMsgBox( HWND hwndParent, BSTR bsMessageText );
protected:
ULONG m_uRefCount;
};
class __declspec(uuid("{7D51904E-1645-4a8c-BDE0-0F4A44FC38C4}")) CSimpleMsgBoxImpl;
当某一客户端想要创建一个SimpleMsgBox COM对象时，它应该用下面这样的代码：
ISimpleMsgBox* pIMsgBox;
HRESULT hr;
// 组件对象类的CLSID
hr = CoCreateInstance ( __uuidof(CSimpleMsgBoxImpl),
NULL, // 非聚合
CLSCTX_INPROC_SERVER, // 进程内服务器
__uuidof(ISimpleMsgBox), // 所请求接口的IID
(void**) &pIMsgBox ); // 返回的接口指针的地址
类工厂实现我们的类工厂SimpleMsgBox是在一个叫做CSimpleMsgBoxClassFactory的C 类中实现的：
class CSimpleMsgBoxClassFactory : public IClassFactory
{
public:
CSimpleMsgBoxClassFactory();
virtual ~CSimpleMsgBoxClassFactory();
// Iunknown方法
ULONG AddRef();
ULONG Release();
HRESULT QueryInterface( REFIID riid, void** ppv );
// IClassFactory方法
HRESULT CreateInstance( Iunknown* pUnkOuter, REFIID riid, void** ppv );
HRESULT LockServer( BOOL fLock );
protected:
ULONG m_uRefCount;
};
构造函数、析构函数和Iunknown方法都和前面例子中的一样，不同的只有IClassFactory的方法，LockServer()，看起来相当更简单：
HRESULT CSimpleMsgBoxClassFactory::LockServer ( BOOL fLock )
{
fLock ? G_uDllLockCount : g_uDllLockCount--;
return S_OK;
}
CreateInstance()是重点。我们说过这个方法负责创建新的CSimpleMsgBoxImpl对象。让我们进一步探讨一下它的原型和参数：
HRESULT CSimpleMsgBoxClassFactory::CreateInstance ( Iunknown* pUnkOuter,
REFIID riid,
void** ppv );
第一个参数pUnkOuter只用于聚合的新对象，指向“外部的”COM对象，也就是说，这个“外部”对象将包含此新对象。对象的聚合超出了本文的讨论范围，本文的例子对象也不支持聚合。Riid 和 ppv 与在 QueryInterface() 中的用法一样——它们是客户端所请求的接口IID和存储接口指针的指针缓冲。
HRESULT CSimpleMsgBoxClassFactory::CreateInstance ( Iunknown* pUnkOuter,
REFIID riid,
void** ppv )
{
// 因为不支持聚合，所以这个参数pUnkOuter必须为NULL.
If ( NULL != pUnkOuter )
return CLASS_E_NOAGGREGATION;
//检查指针ppv是不是void*类型
if ( IsBadWritePtr ( ppv, sizeof(void*) ))
return E_POINTER;
*ppv = NULL;
检查完参数的有效性后，就可以创建一个新的对象了。
CSimpleMsgBoxImpl* pMsgbox;
// 创建一个新的COM对象
pMsgbox = new CSimpleMsgBoxImpl;
if ( NULL == pMsgbox )
return E_OUTOFMEMORY;
最后，用QI()来查询客户端所请求的新对象的接口。如果QI()失败，则这个对象不可用，必须删除它。
HRESULT hrRet;
// 用QI查询客户端所请求的对象接口
hrRet = pMsgbox->QueryInterface ( riid, ppv );
// 如果QI失败，则删除这个COM对象，因为客户端不能使用它（客户端没有
//这个对象的任何接口）
if ( FAILED(hrRet) )
delete pMsgbox;
return hrRet;
}
深入DllGetClassObject()
现在让我们深入DllGetClassObject()内部。它的原型是：
HRESULT DllGetClassObject ( REFCLSID rclsid, REFIID riid, void** ppv );rclsid是客户端所请求的组件对象类的CLSID。这个函数必须返回指定组件对象类的类工厂。 这里的两个参数： riid 和 ppv 类似QI()的参数。不过在这个函数中，riid指的是COM库所请求的类工厂接口的IID。通常就是IID_IClassFactory。
HRESULT DllGetClassObject ( REFCLSID rclsid, REFIID riid, void** ppv )
{
// 检查客户端所要的CSimpleMsgBoxImpl类工厂
if ( !InlineIsEqualGUID ( rclsid, __uuidof(CSimpleMsgBoxImpl) ))
return CLASS_E_CLASSNOTAVAILABLE;
//检查指针ppv是不是void*类型
if ( IsBadWritePtr ( ppv, sizeof(void*) ))
return E_POINTER;
*ppv = NULL;
第一个if语句检查rclsid参数。我们的服务器只有一个组件对象类，所以rclsid必须是CSimpleMsgBoxImpl类的CLSID。__uuidof操作符获取先前在__declspec(uuid())声明中指定的CsimpleMsgBoxImpl类的GUID。
下一步是创建一个类工厂对象。
CSimpleMsgBoxClassFactory* pFactory;
// 构造一个新的类工厂对象
pFactory = new CSimpleMsgBoxClassFactory;
if ( NULL == pFactory )
return E_OUTOFMEMORY;
这里的处理与CreateInstance()中所做的有所不同。在CreateInstance()中是调用了QI()，并且如果调用失败，则删除COM对象。
我们可以把自己假设成一个所创建的COM对象的客户端，调用AddRef()进行一次引用计数（COUNT = 1）。然后调用QI()。如果QI()调用成功，它将再一次用AddRef()进行引用计数（COUNT = 2）。如果QI()调用失败。引用计数将保持为原来的值（COUNT = 1）。
在QI()调用之后，类工厂对象就使用完了，因此要调用Release()来释放它。如果QI()调用失败，这个对象将自我删除（因为引用计数将为零），所以最终结果是一样的。
// 调用AddRef()增加一个类工厂引用计数，因为我们正在使用它
pFactory->AddRef();
HRESULT hrRet;
// 调用QI()查询客户端所要的类工厂接口
hrRet = pFactory->QueryInterface ( riid, ppv );
// 使用完类工厂后调用Release()释放它
pFactory->Release();
return hrRet;
}
再谈QueryInterface()前面讨论过QI()的实现，但还是有必要再看一看类工厂的QI()，因为它是一个很现实的例子，其中COM对象实现的不光是Iunknown。首先进行的是对ppv缓冲的有效性检查以及初始化。
HRESULT CSimpleMsgBoxClassFactory::QueryInterface( REFIID riid, void** ppv )
{
HRESULT hrRet = S_OK;
//检查指针ppv是不是void*类型
if ( IsBadWritePtr ( ppv, sizeof(void*) ))
return E_POINTER;
//标准的QI初始化，将赋值为NULL.
*ppv = NULL;
接下来检查riid，看看它是不是类工厂实现的接口之一：Iunknown 或 IclassFactory。
// 如果客户端请求一个有效接口，则扶植给 *ppv.
If ( InlineIsEqualGUID ( riid, IID_Iunknown ))
{
*ppv = (Iunknown*) this;
}
else if ( InlineIsEqualGUID ( riid, IID_IClassFactory ))
{
*ppv = (IClassFactory*) this;
}
else
{
hrRet = E_NOINTERFACE;
}
最后，如果riid是有效接口，则调用接口的AddRef()，然后返回。
//如果返回有效接口指针，则调用AddRef()
if ( S_OK == hrRet )
{
((Iunknown*) *ppv)->AddRef();
}
return hrRet;
}
ISimpleMsgBox实现
最后的也是必不可少的一关是ISimpleMsgBox实现，我们的代码只实现ISimpleMsgBox的方法DoSimpleMsgBox()。首先用微软的扩展类_bstr_t将bsMessageText转换成TCHAR串。
HRESULT CSimpleMsgBoxImpl::DoSimpleMsgBox ( HWND hwndParent, BSTR bsMessageText )
{
_bstr_t bsMsg = bsMessageText;
LPCTSTR szMsg = (TCHAR*) bsMsg; // 如果需要的话，用_bstr_t将串转换为ANSI
做完转换的工作后，显示信息框，然后返回。
MessageBox ( hwndParent, szMsg, _T("Simple Message Box"), MB_OK );
return S_OK;
}
我们已经完成了一个超级棒的COM服务器，如何使用它呢? 我们的接口一个定制接口，也就是说它只能被C或C 客户端使用。（如果在组件对象类中同时实现Idispatch接口，那我们几乎就可以在任何客户端环境中——Visual Basic，Windows Scripting Host，Web页面，PerlScript等使用COM对象。有关这方面的内容我们留待另外的文章讨论）。本文提供了一个使用ISimpleMsgBox的例子程序。这个程序基于用Win32应用程序向导建立的Hello World例子。文件菜单包含两个测试服务器的命令： 如图所示：
Test MsgBox COM Server菜单命令创建CSimpleMsgBoxImpl对象并调用DoSimpleMsgBox()。因为这是个简单的方法，要写的代码不长。 我们先用CoCreateInstance()创建一个COM对象。
void DoMsgBoxTest(HWND hMainWnd)
{
ISimpleMsgBox* pIMsgBox;
HRESULT hr;
hr = CoCreateInstance ( __uuidof(CSimpleMsgBoxImpl), // 组件对象类的CLSID
NULL, // 非聚合
CLSCTX_INPROC_SERVER, // 只使用进程内服务器
__uuidof(ISimpleMsgBox), // 所请求接口的IID
(void**) &pIMsgBox ); // 容纳接口指针的缓冲
if ( FAILED(hr) )
return;
// 然后调用DoSimpleMsgBox()方法并释放接口。
pIMsgBox->DoSimpleMsgBox ( hMainWnd, _bstr_t("Hello COM!") );
pIMsgBox->Release();
}
就这么简单。代码中从头到尾都有TRACE语句，这样在调试器中运行测试程序就可以看到服务器的每一个方法
是如何被调用的。另外一个菜单命令是调用CoFreeUnusedLibraries()函数，
COM代码中有些宏隐藏了实现细节，并允许在C和C 客户端使用相同的声明。本文中没有使用宏，但在例子代 码中用到了这些宏，所以必须掌握它们的用法。下面是ISimpleMsgBox的声明：
struct ISimpleMsgBox : public Iunknown
{
// Iunknown 方法
STDMETHOD_(ULONG, AddRef)() PURE;
STDMETHOD_(ULONG, Release)() PURE;
STDMETHOD(QueryInterface)(REFIID riid, void** ppv) PURE;
// ISimpleMsgBox 方法
STDMETHOD(DoSimpleMsgBox)(HWND hwndParent, BSTR bsMessageText) PURE;
};
STDMETHOD()包含 virtual 关键字，返回类型和调用规范。STDMETHOD_() 也一样，除非你指定不
同的返回类型。PURE 扩展了C 的“=0”，使此函数成为一个纯虚拟函数。 STDMETHOD()和STDMETHOD_()有对应的宏用于方法实现——STDMETHODIMP和STDMETHODIMP_()。
例如DoSimpleMsgBox()的实现：
STDMETHODIMP CSimpleMsgBoxImpl::DoSimpleMsgBox ( HWND hwndParent, BSTR bsMessageText )
{
…
}
最后，标准的输出函数用STDAPI宏声明，如：
STDAPI DllRegisterServer()STDAPI包括返回类型和调用规范。要注意STDAPI不能和__declspec(dllexport)一起使用， 因为STDAPI的扩展。输出必须使用.DEF文件。
服务器注册以及反注册
前面讲过服务器实现了DllRegisterServer()和DllUnregisterServer()两个函数。它们的工作是创建和 删除关于COM服务器的注册表入口。其代码都是对注册表的处理，所以在此不必赘言，只是列出DllRegisterServer()创建的注册表入口： 键名 键值
HKEY_CLASSES_ROOT
CLSID
{7D51904E-1645-4a8c-BDE0-0F4A44FC38C4}
Default="SimpleMsgBox class"
InProcServer32
Default=[path to DLL]; ThreadingModel="Apartment"
关于例子代码的注释
本文的例子代码在一个WORKSPACE（工作间）文件中（SimpleComSvr.dsw）同时包含了服务器的源代码和测试服 务器所用的客户端源代码。在VC的IDE环境中可以同时加载它们进行处理。在工作间的同级层次有两个工程都要 用到的头文件，但每个工程都有自己的子目录。 同级的公共头文件是：
ISimpleMsgBox.h——定义ISimpleMsgBox的头文件。SimpleMsgBoxComDef.h——包含__declspec(uuid())的声明。这些声明都在单独的文件中，因为客户 端需要CSimpleMsgBoxImpl的GUID，不是它的定义。将GUID移到单独的文件中，使客户端在存取GUID时不依赖 CSimpleMsgBoxImpl的内部结构。它是接口，ISimpleMsgBox，对客户端很重要。
EXPORTS
DllRegisterServer PRIVATE
DllUnregisterServer PRIVATE
DllGetClassObject PRIVATE
DllCanUnloadNow PRIVATE
每一行都包含函数名和PRIVATE关键字。这个关键字的意思是：此函数是输出函数，但不包含在输入库（import lib）中。也就是说客户端不能直接从代码中调用这个函数，即使是链接了输入库也不行。这个关键字时必须要用的，否则链接器会出错。在服务器中设置断点链
如果你想在服务器代码中设置断点，有两种方法：第一种是将服务器工程(MsgBoxSvr)设置为活动工程，然后开始调试。MSVC将问你调试会话要运行的可执行程序。输入客户端测试程序的全路径，你必须事先建立好。第二种方法是将客户端工程(TestClient)设置为活动工程，配置工程的从属（dependencies）属性，以便服务器工程从属于客户端工程。这样如果你改变了服务器的代码，那么在编译客户端工程时会自动重新编译服务器工程代码。最后还要做的是当你开始调试客户端时必须告诉MSVC加载服务器符号（symbols）。 下面是设置工程属性的对话框：Project->Dependencies菜单
为了加载服务器符号，打开TestClient的工程设置（Project->Settings菜单），选择Debug标签，并在Category组合框中选择Additional DLLs。在列表框中单击New一个入口，然后输入服务器DLL的全路径名。如下图所示：
这样设置以后，根据实际源代码的所在位置，DLL的路径将会做自动调整。
（第二部分完）