Текст книги "Сущность технологии СОМ. Библиотека программиста"

Автор книги: Дональд Бокс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 33 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]

Реализация IUnknown

Имея описанные выше образцы клиентского использования, легко видеть, как реализовать методы IUnknown. Примем предложенную выше иерархию типов Dog/Cat. Чтобы определить С++-класс, который реализует интерфейсы IPug и ICat , нужно просто добавить к списку базовых классов самые последние в иерархии наследования версии интерфейсов:

class PugCat : public IPug, public ICat

При использовании наследования компилятор C++ обеспечивает совместимость двоичного представления производного класса с каждым базовым классом. Для класса PugCat это означает, что все объекты PugCat будут содержать указатель vptr, указывающий на таблицу vtbl, совместимую с IPug. Объекты PugCat также будут содержать указатель vptr, указывающий на вторую таблицу vtbl, совместимую с ICat. Рисунок 2.5 показывает, как интерфейсы в качестве базовых классов соотносятся с представлением объектов.

Поскольку все функции-члены в СОМ-определениях интерфейса являются чисто виртуальными, производный класс должен обеспечивать реализацию каждого метода, имеющегося в любом из его интерфейсов. Методы, общие для двух или более интерфейсов (например, QueryInterface, AddRef и т. д.) нужно реализовывать только один раз, так как компилятор и компоновщик инициализируют все таблицы vtbl так, чтобы они указывали на одну реализацию метода. Таков естественный побочный эффект от использования множественного наследования в языке C++.

Следующий код является определением класса, которое создает объекты, поддерживающие интерфейсы IPug и ICat:

class PugCat : public IPug, public ICat

{

LONG mcRef;

protected:

virtual ~PugCat(void);

public: PugCat(void);

// IUnknown methods

// методы IUnknown

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

STDMETHODIMP(ULONG) AddRef(void);

STDMETHODIMP(ULONG) Release(void);

// IAnimal methods

// методы IAnimal

STDMETHODIMP Eat(void);

// IDog methods

// методы IDog

STDMETHODIMP Bark(void);

// IPug methods

// методы IPug

STDMETHODIMP Snore(void);

// ICat methods

// методы ICat

STDMETHODIMP IgnoreMaster(void);

};

Отметим, что в классе должен быть реализован каждый метод, определенный в любом интерфейсе, от которого он наследует, так же, как и каждый метод, определенный в любых производных (implied) базовых интерфейсах (например, IDog, IAnimal ). Для создания стековых фреймов, совместимых с СОМ, необходимо использовать макросы STDMETHODIMP и STDMETHODIMP. При ориентации на платформы Win32, использующие компилятор Microsoft C++, заголовки SDK определяют эти два макроса следующим образом:

#define STDMETHODIMP HRESULT stdcall

#define STDMETHODIMP(type) type stdcall

Заголовочные файлы SDK также определяют макросы STDMETHOD и STDMETHOD , которые можно использовать при определении интерфейсов без IDL-компилятора. В серийно выпускаемом программировании на СОМ эти два макроса не нужны.

Реализация AddRef и Release чрезвычайно прозрачна. Элемент данных mcRef отслеживает, сколько неосвобожденных интерфейсных указателей удерживают объект. Конструктор класса приводит счетчик ссылок в нулевое состояние:

PugCat::PugCat(void) : mcRef(0)

// initialize reference count to zero

// устанавливаем счетчик ссылок в нуль

{ }

Реализация AddRef в классе фиксирует путем увеличения счетчика ссылок, что вызывающий объект продублировал указатель интерфейса. Измененное значение счетчика ссылок возвращается для целей диагностики:

STDMETHODIMP(ULONG) AddRef(void)

{ return ++mcRef; }

Реализация Release фиксирует уничтожение указателя интерфейса простым уменьшением счетчика ссылок, а также производит соответствующее действие, когда счетчик ссылок достигает нуля. Для объектов, находящихся в динамически распределяемой области памяти, это означает вызов оператора delete для уничтожения объекта:

STDMETHODIMP(ULONG) Release(void)

{

LONG res = -mcRef;

if (res == 0) delete this;

return res;

}

Для кэширования обновленного счетчика ссылок необходимо использовать временную переменную, так как нельзя обращаться к элементам данных объекта после того, как объект уже уничтожен.

Заметим, что показанные реализации Addref и Release используют собственные операторы инкремента и декремента (увеличения и уменьшения на единицу). Для простой реализации это весьма разумно, так как СОМ не допускает более одного потока для обращения к объекту до тех пор, пока конструктор не обеспечит явный многопоточный доступ (почему и как конструктор сделает это, подробно описано в главе 5). В случае объектов, доступных в многопоточной среде, для автоматического подсчета ссылок следует использовать подпрограммы Win32 InterlockedIncrement/InterlockedDecrement:

STDMETHODIMP(ULONG) AddRef(void)

{

return InterlockedIncrement(&mcRef);

}

STDMETHODIMP(ULONG) Release(void)

{

LONG res = InterlockedDecrement(&mcRef);

if (res == 0) delete this; return res;

}

Этот код несколько менее эффективен, чем версии, использующие собственные операторы C++. Но, вообще говоря, разумнее использовать менее эффективные варианты InterlockedIncrement / InterlockedDecrement, так как известно, что они надежны во всех ситуациях и освобождают разработчика от необходимости сохранять две версии практически одинакового кода.

Показанные выше реализации AddRef и Release предполагают, что объект может размещаться только в динамически распределяемой области памяти (в «куче») с использованием С++-оператора new. В определении класса деструктор сделан защищенной операцией для обеспечения того, чтобы ни один экземпляр класса не был определен никаким другим способом. Однако иногда желательно иметь объекты, не размещенные в «куче». Для этих объектов вызов delete в последнем вызове Release был бы гибельным. Так как единственной причиной для того, чтобы объект в первую очередь поддерживал счетчик ссылок, была необходимость вызова delete this, допустимо оптимизировать счетчик ссылок для объектов, не содержащихся в динамически распределяемой области памяти:

STDMETHODIMP(ULONG) GlobalVar::AddRef(void)

{

return 2;

// any non-zero value is legal

// допустима любая ненулевая величина

}

STDMETHODIMP(ULONG) GlobalVar::Release (void)

{

return 1;

// any non-zero value is legal

// допустима любая ненулевая величина

}

Эта реализация использует тот факт, что результаты AddRef и Release служат только для сведения и не обязаны быть точными.

При наличии реализации AddRef и Release единственным еще не реализованным методом из IUnknown остается QueryInterface. Его реализации должны отслеживать иерархию типов объекта и использовать статические приведения типов для возврата правильного типа указателя для всех поддерживаемых интерфейсов. Для определения класса PugCat, рассмотренного ранее, следующий код является корректной реализацией QueryInterface : STDMETHODIMP

PugCat::QueryInterface(REFIID riid, void **ppv)

{

assert(ppv != 0);

// or return EPOINTER in production

// или возвращаем EPOINTER в реальный продукт

if (riid == IIDIPug) *ppv = staticcast(this);

else if (riid == IIDIDog) *ppv = staticcast(this);

else if (riid == IIDIAnimal)

// cat or pug?

// кот или мопс?

*ppv == staticcast(this);

else if (riid == IIDIUnknown)

// cat or pug?

// кот или мопс?

*ppv = staticcast(this);

else if (riid == IIDICat) *ppv = staticcast(this);

else

{

// unsupported interface

// неподдерживаемый интерфейс

*ppv = 0;

return ENOINTERFACE;

}

// if we reach this point, *ppv is non-null

// and must be AddRef'ed (guideline A2)

// если мы дошли до этого места, то *ppv ненулевой

// и должен быть обработан AddRef'ом ( принцип A2)

reinterpretcast(*ppv)->AddRef();

return SOK;

}

Использование staticcast более предпочтительно, чем традиционные приведения типа в стиле С:

*ppv = (IPug*)this;

так как вариант staticcast вызовет ошибку этапа компиляции, если произведенное приведение типа не согласуется с существующим базовым классом.

Заметим, что в показанной здесь реализации QueryInterface при запросе на интерфейс, поддерживающийся более чем одним базовым интерфейсом (например, IUnknown, IAnimal) приведение типа должно явно выбрать более определенный базовый класс. Например, для класса PugCat такой вполне безобидно выглядящий код не откомпилируется:

if (riid == IIDIUnknown) *ppv = staticcast(this);

Этот код не пройдет компиляцию, поскольку такое приведение типа является неоднозначным и может соответствовать более чем одному базовому классу. Это было показано в случае FastString и IExtensibleObject из предыдущей главы. Вместо этого реализация должна более точно выбрать тип для приведения:

if (riid == IIDIUnknown) ppv = staticcast(this);

или if (riid == IIDIUnknown) ppv = staticcast(this);

Каждый из этих двух фрагментов кода допустим для реализации PugCat. Первый вариант предпочтительнее, так как многие компиляторы выдают несколько более эффективный код, когда использован крайний левый базовый класс[1]  1 Который в значительной мере инспирирован дискуссией между автором и Tye McQueen во время семинара по СОМ.


[Закрыть].

Использование указателей интерфейса СОМ

Программисты C++ должны использовать методы IUnknown явно, потому что перевод модели СОМ на язык C++ не предусматривает использования среды поддержки выполнения (runtime layer) между кодом клиента и кодом объекта. Поэтому IUnknown можно рассматривать просто как набор обещаний, которые все программисты СОМ дают друг другу. Это дает преимущество программистам C++, так как C++ может создавать код, который потенциально более эффективен, чем языки, которые требуют такого динамического слоя при работе с СОМ.

При работе на Visual Basic и Java, в отличие от C++, программисты никогда не видят QueryInterface, AddRef или Release. Для этих двух языков детали IUnknown надежно скрыты за поддерживающей эти языки виртуальной машиной. На Java QueryInterface просто отображается в приведение типа:

public void TryToSnoreAndIgnore(Object obj)

{

IPug pug;

try

{

pug = (IPug)obj;

// VM calls QueryInterface

// VM вызывает QueryInterface

pug.Snore();

}

catch (Throwable ex)

{

// ignore method or QI failures

// игнорируем сбой метода или QI

}

ICat cat;

try

{

cat = (ICat)obj;

// VM calls QueryInterface

// VM вызывает QueryInterface

cat.IgnoreMaster();

}

catch (Throwable ex)

{

// ignore method or QI failures

// игнорируется сбой метода или QI

}

}

Visual Basic не требует от клиентов приведения типов. Вместо этого, когда указатель интерфейса присваивается переменной неподходящего типа, виртуальная машина (VM) Visual Basic молча вызывает QueryInterface от имени клиента:

Sub TryToSnoreAndIgnore(obj as Object)

On Error Resume Next

' ignore errors

' игнорируем ошибки

Dim pug as IPug

Set pug = obj

' VM calls QueryInterface

' VM вызывает QueryInterface

If Not (pug is Nothing)

Then pug.Snore

End

if Dim cat as ICat

Set cat = obj

' VM calls QueryInterface

' VM вызывает QueryInterface

If Not (cat is Nothing)

Then cat.IgnoreMaster

End if End Sub

Обе виртуальные машины, как Java, так и Visual Basic, выбросят при сбое QueryInterface исключения. В обеих средах виртуальная машина автоматически преобразует языковую концепцию живучести переменной в явные вызовы AddRef и Release , избавляя клиента и от этой подробности.

Одна методика, потенциально способная упростить использование в СОМ интерфейсных указателей из C++, состоит в том, чтобы скрыть их в классе интеллектуальных указателей. Это устраняет необходимость необработанных (raw ) вызовов методов IUnknown. В идеале интеллектуальный указатель СОМ будет:

Корректно обрабатывать каждый вызов Add/Release во время присваивания.

Автоматически уничтожать интерфейс в деструкторе, что снижает возможность утечки ресурса и повышает безопасность (надежность) исключений.

Использует систему типов C++ для упрощения вызовов QueryInterface.

Прозрачным образом (незаметно для пользователя или программы) замещает необработанные интерфейсные указатели в существующем коде без компрометации правильности программы.

Последний пункт представляет собой чрезвычайно серьезную проблему. Интернет забит интеллектуальными СОМ-указателями, которые проделывают прозрачную замену обычных указателей, но при этом вводят столько же скрытых ошибок, сколько претендуют устранить. Visual C++ 5.0, например, фактически действует с тремя такими указателями (один на MSC, другой на ATL, а третий для поддержки Direct-to-COM), которые очень просто использовать как правильно, так и неправильно. В сентябрьском 1995 года и в февральском 1996 года выпусках "C++ Report " опубликованы две статьи, где на примерах показаны различные подводные камни при использовании интеллектуальных указателей[1]  1 Эти статьи можно найти на сайтах http:/www.develop.com/dbox/cxx/InterfacePtr.htm и http://www.develop.com/dbox/cxx/SmartPtr.htm.


[Закрыть]. Исходный код, который приводится в данной книге, содержит интеллектуальный СОМ-указатель, созданный в процессе написания этих двух статей. В нем делается попытка учесть общие ошибки, случающиеся как в простых, так и в интеллектуальных указателях СОМ. Класс интеллектуальных указателей, SmartInterface , имеет два шаблонных (template) параметра: тип интерфейса в C++ и указатель на соответствующий IID . Все обращения к методам IUnknown скрыты путем перегрузки операторов:

#include «smartif.h»

void TryToSnoreAndIgnore(/* [in] */ IUnknown *pUnk)

{

// copy constructor calls QueryInterface

// конструктор копирования вызывает QueryInterface

SmartInterface pPug = pUnk;

if (pPug)

// typecast operator returns null-ness

// оператор приведения типа возвращает нуль pPug->Snore();

// operator-> returns safe raw ptr

// оператор -> возвращает прямой указатель

// copy constructor calls QueryInterface

// конструктор копирования вызывает QueryInterface

SmartInterface pCat = pUnk;

if (pCat)

// typecast operator returns null-ness

// оператор приведения типа возвращает нуль pCat->IgnoreMaster();

// operator-> returns safe raw ptr

// оператор -> возвращает прямой указатель

// destructors release held pointers on leaving scope

// деструкторы освобождают удерживаемые указатели при

// выходе из области действия

}

Интеллектуальные указатели выглядят очень привлекательными на первый взгляд, но могут оказаться очень опасными, так как погружают программиста в дремотное состояние; будто бы ничего страшного, относящегося к СОМ, произойти не может. Интеллектуальные указатели действительно решают реальные проблемы, особенно связанные с исключениями; однако при неосторожном употреблении они могут внести столько же дефектов, сколько они предотвращают. Например, многие интеллектуальные указатели позволяют вызывать любой метод интерфейса через оператор интеллектуального указателя –>. К сожалению, это позволяет клиенту вызывать Release с помощью этого оператора-стрелки без сообщения базовому интеллектуальному указателю о том, что его автоматический вызов Release в его деструкторе теперь является излишним и недопустимым.

Оптимизация QueryInterface

Фактически реализация QueryInterface, показанная ранее в этой главе, очень проста и легко может поддерживаться любым программистом, имеющим хоть некоторое представление о СОМ и C++. Тем не менее, многие среды и каркасы приложений поддерживают реализацию, управляемую данными. Это помогает достичь большей расширяемости и эффективности благодаря уменьшению размера кода. Такие реализации предполагают, что каждый совместимый с СОМ класс предусматривает таблицу, которая отображает каждый поддерживаемый IID на какой-нибудь аспект объекта, используя фиксированные смещения или какие-то другие способы. В сущности, реализация QueryInterface , приведенная ранее в этой главе, строит таблицу, основанную на скомпилированном машинном коде для каждого из последовательных операторов if, а фиксированные смещения вычисляются с использованием оператора staticcast (staticcast просто добавляет смещение базового класса, чтобы найти совместимый с типом указатель vptr).

Чтобы реализовать управляемый таблицей QueryInterface, необходимо сначала определить, что эта таблица будет содержать. Как минимум, каждый элемент таблицы должен содержать указатель на IID и некое дополнительное состояние, которое позволит реализации найти указатель vptr объекта для запрошенного интерфейса. Хранение указателя функции в каждом элементе таблицы придаст этому способу максимальную гибкость, так как это даст возможность добавлять новые методики поиска интерфейсов к обычному вычислению смещения, которое используется для приведения к базовому классу. Исходный код в приложении к данной книге содержит заголовочный файл inttable.h , который определяет элементы таблицы интерфейсов следующим образом:

// inttable.h (book-specific header file)

// inttable.h (заголовочный файл, специфический для этой книги)

// typedef for extensibility function

// typedef для функции расширяемости

typedef HRESULT (*INTERFACEFINDER) (void *pThis, DWORD dwData, REFIID riid, void **ppv);

// pseudo-function to indicate entry is just offset

// псевдофункция для индикации того, что запись просто

// является смещением

#define ENTRYISOFFSET INTERFACEFINDER(-1)

// basic table layout // представление базовой таблицы

typedef struct INTERFACEENTRY

{

const IID * pIID;

// the IID to match

// соответствующий IID

INTERFACEFINDER pfnFinder;

// функция finder DWORD dwData;

// offset/aux data

// данные по offset/aux

} INTERFACEENTRY;

Заголовочный файл также содержит следующие макросы для создания интерфейсных таблиц внутри определения класса:

// Inttable.h (book-specific header file)

// Inttable.h (заголовочный файл, специфический для данной книги)

#define BASEOFFSET(ClassName, BaseName) (DWORD(staticcast(reinterpretcast (0x10000000))) – 0х10000000)

#define BEGININTERFACETABLE(ClassName) typedef ClassName ITCls; const INTERFACEENTRY *GetInterfaceTable(void) { static const INTERFACEENTRY table [] = {

#define IMPLEMENTSINTERFACE(Itf) {&IID##Itf,ENTRYISOFFSET,BASEOFFSET(ITCls,Itf)},

#define IMPLEMENTSINTERFACEAS(req, Itf) {&IID##req,ENTRYISOFFSET, BASEOFFSET(ITCls, Itf)},

#define ENDINTERFACETABLE() { 0, 0, 0 } }; return table; }

Все, что требуется, – это стандартная функция, которая может анализировать интерфейсную таблицу в ответ на запрос QueryInterface. Такая функция содержится в файле Inttable.h:

// inttable.cpp (book-specific source file)

// inttable.h (заголовочный файл, специфический для данной книги)

HRESULT InterfaceTableQueryInterface(void *pThis, const INTERFACEENTRY *pTable, REFIID riid, void **ppv)

{

if (InlineIsEqualGUID(riid, IIDIUnknown))

{

// first entry must be an offset

// первый элемент должен быть смещением

*ppv = (char*)pThis + pTable->dwData;

((Unknown*) (*ppv))->AddRef () ;

// A2

return SOK;

} else

{

HRESULT hr = ENOINTERFACE;

while (pTable->pfnFinder)

{

// null fn ptr == EOT

if (!pTable->pIID || InlineIsEqualGUID(riid,*pTable->pIID))

{

if (pTable->pfnFinder == ENTRYISOFFSET)

{

*ppv = (char*)pThis + pTable->dwData;

((IUnknown*)(*ppv))->AddRef();

// A2

hr = SOK;

break;

} else

{

hr = pTable->pfnFinder(pThis, pTable->dwData, riid, ppv);

if (hr == SOK) break;

}

}

pTable++;

}

if (hr!= SOK)

*ppv = 0;

return hr;

}

}

Получив указатель на запрошенный объект, InterfaceTableQueryInterface сканирует таблицу в поисках элемента, соответствующего запрошенному IID, и либо добавляет соответствующее смещение, либо вызывает соответствующую функцию. Приведенный выше код использует усовершенствованную версию IsEqualGUID, которая генерирует несколько больший код, но результаты по скорости примерно на 20-30 процентов превышают данные по существующей реализации, которая не управляется таблицей. Поскольку код для InterfaceTableQueryInterface появится в исполняемой программе только один раз, это весьма неплохой компромисс.

Очень легко автоматизировать поддержку СОМ для любого класса C++, основанную на таком табличном управлении, простым использованием С-препроцессора. Следующий фрагмент из заголовочного файла impunk.h определяет QueryInterface, AddRef и Release для объекта, использующего интерфейсные таблицы и расположенного в динамически распределяемой области памяти:

// impunk.h (book-specific header file)

// impunk.h (заголовочный файл, специфический для данной книги)

// AUTOLONG is just a long that constructs to zero

// AUTOLONG – это просто long, с конструктором,

// устанавливающим значение в О

struct AUTOLONG

{

LONG value;

AUTOLONG (void) : value (0) {}

};

#define IMPLEMENTUNKNOWN(ClassName)

AUTOLONG mcRef;

STDMETHODIMP QueryInterface(REFIID riid, void **ppv){

return InterfaceTableQueryInterface(this,

GetInterfaceTable(), riid, ppv);

}

STDMETHODIMP(ULONG) AddRef(void) {

return InterlockedIncrement(&mcRef.value);

}

STDMETHODIMP(ULONG) Release(void) {

ULONG res = InterlockedDecrement(&mcRef.value) ;

if (res == 0)

delete this;

return res;

}

Настоящий заголовочный файл содержит дополнительные макросы для поддержки объектов, не находящихся в динамически распределяемой области памяти.

Для реализации примера PugCat, уже встречавшегося в этой главе, необходимо всего лишь удалить текущие реализации QueryInterface, AddRef и Release и добавить соответствующие макросы:

class PugCat : public IPug, public ICat

{

protected:

virtual ~PugCat(void);

public: PugCat(void);

// IUnknown methods

// методы IUnknown

IMPLEMENTUNKNOWN (PugCat)

BEGININTERFACETABLE(PugCat)

IMPLEMENTSINTERFACE(IPug)

IMPLEMENTSINTERFACE(IDog)

IMPLEMENTSINTERFACEAS(IAnimal,IDog)

IMPLEMENTSINTERFACE(ICat)

ENDINTERFACETABLE()

// IAnimal methods

// методы IAnimal

STDMETHODIMP Eat(void);

// IDog methods

// методы IDog

STDMETHODIMP Bark(void);

// IPug methods

// методы IPug

STDMETHODIMP Snore(void);

// ICat methods

// методы ICat

STDMETHODIMP IgnoreMaster(void);

};

Когда используются эти макросы препроцессора, для поддержки IUnknown не требуется никакого дополнительного кода. Все, что осталось сделать, это реализовать текущие методы интерфейса, которые делают этот класс уникальным.