COM組件設計與應用（二）–GUID 和 介面

 

一、前言

　　書接上回，
話說在 doc(Word) 複合檔案中，已經解決了儲存 xls(Excel) 資料的問題了。那麼，接下來又要解決另一個問題：當 WORD
程式讀取複合檔案，遇到了 xls 資料的時候，它該如何啟動 Excel 呢？啟動後，又如何讓 Excel 自己去讀入、解析、顯示 xls
資料呢？

二、CLSID 概念

　　有一個非常簡單的解決方案，那就是在對象資料的前面，儲存有處理這個資料的程式名。（見左上）

圖一、CLSID 的概念

　　這的確是一個簡單的方法，但同時問題也很嚴重。在“張三”的電腦上，Excel 的路徑是："c:/office/Excel.exe"，如果把這個 doc 檔案複製到“李四”的電腦上使用，而“李四”的 Excel 的路徑是：
"d:/Program files/Microsoft Office/Office/Excel.exe"，完蛋了:-(
　
　於是，微軟想出了一個解決方案，那就是不使用直接的路徑表示方法，而使用一個叫
CLSID（注1）的方式間接描述這些對象資料的處理常式路徑。CLSID
其實就是一個號碼，或者說是一個16位元組的數。觀察註冊表（），在HKCR/CLSID/{......}主鍵
下，LocalServer32（DLL組件使用InprocServer32） 中儲存著程式路徑名稱。CLSID 的結構定義如下：

typedef struct _GUID {
DWORD Data1;// 隨機數
WORD Data2;// 和時間相關
WORD Data3;// 和時間相關
BYTE Data4[8];// 和網卡MAC相關
} GUID;

typedef GUID CLSID;  // 組件ID
typedef GUID IID;    // 介面ID
#define REFCLSID const CLSID &

// 常見的聲明和賦值方法
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;
// 註冊表中的表示方法
{00024500-0000-0000-C000-000000000046}

　　用一個號碼間接表示程式名，的確是個 Good idea，實現了組件位置的透明性，並方便地擴充出
DCOM（遠程組件）。但，但，但，但.....CLSID
有16個位元組共128位位元，幹嗎用這麼長的數字呀？遙想當年......我還在上幼兒園的時候，人們設計了 socket，用 TCP/IP
協議進行網路通訊。每個參與通訊的電腦都有一個4位元組的 IP 表示編號地址，範圍是 0,0,0,0 ~ 255,255,255,255
共42億個地址。可是沒想到啊，沒想到，自從 Internet 選擇了TCP/IP
協議後，42億個地址就不夠全世界的勞動人民分配啦。除了勞動人民，還有冰箱、彩電、電飯鍋、手機、手提電腦......這些都需要連網呀。在辦公室通過
網路開啟電飯鍋給我燜飯，下班回家後就能吃現成的啦，多幸福呀？！（註：在我們家老婆是領導，所以是我做飯。咳......）
由於前車之鑒，微軟這次設計 CLSID/IID 就使用了GUID概念的16個位元組，這下好啦，全世界60億人口，每個人每秒鐘分配10億個號碼，那麼需要分配1800億年。反正等到地球沒有了都不會使用完的:-)

三、產生 CLSID

1. 如果使用開發環境編寫組件程式，則IDE會自動幫你產生 CLSID；
2. 你可以手工寫 CLSID，但千萬不要和人家已經產生的 CLSID 重複呀，所以嚴重地不推薦；（可是微軟的CLSID都是手工寫的，這叫“只許州官放火，不許百姓點燈”） ；
3. 程式中，可以用函數 CoCreateGuid() 產生 CLSID；
4. 使用工具產生 GUID（注2）；

vc6.0版本運行："vc目錄/Common/Tools/GuidGen.exe"程式（你可以參照上迴文章中介紹的方法，把這個工具程式加到開發環境中，方便調用）。vc.net版本，在菜單“工具/建立GUID”中，就可以執行了。

四、ProgID 概念

　　每一個COM組件都需要指定一個
CLSID，並且不能重名。它之所以使用16個位元組，就是要從機率上保證重複是“不可能”的。但是，（世界上就怕“但是”二字）微軟為了使用方便，也支援
另一個字串名稱方式，叫 ProgID(注3）。見註冊表的ProgID 子鍵內容（注4）。由於 CLSID 和 ProgID
其實是一個概念的兩個不同的表示形式，所以我們在程式中可以隨便使用任何一種。（有些人就是討厭，說話不算數。明明 GUID
的目的就是禁止重複，但居然又允許使用 ProgID？！ProgID
是一個字串的名字，重複的可能性就太大了呀。趕明兒我也寫個程式，我打算這個程式的 ProgID
叫“Excel.Application”,嘿嘿）下面介紹一下 CLSID 和 ProgID 之間的轉換方法和相關的函數：

函數	功能說明
CLSIDFromProgID()、CLSIDFromProgIDEx()	由 ProgID 得到 CLSID。沒什麼好說的，你自己都可以寫，查註冊表貝
ProgIDFromCLSID()	由 CLSID 得到 ProgID，調用者使用完成後要釋放 ProgID 的記憶體(注5)
CoCreateGuid()	隨機產生一個 GUID
IsEqualGUID()、IsEqualCLSID()、IsEqualIID()	比較2個ID是否相等
StringFromCLSID()、StringFromGUID2()、StringFromIID()	由 CLSID,IID 得到註冊表中CLSID樣式的字串，注意釋放記憶體

五、介面（Interface）的來曆

　　到此，我們已經知道了 CLSID 或 ProgID 唯一地表示一個元件服務程式，那麼根據這些ID，就可以載入運行組件，並為用戶端程式提供服務了。（啟動組件程式的方法，會陸續介紹）。接下來先討論如何調用組件提供的函數？-----介面。
　　作為用戶端程式員，它希望或者說他要求：我的程式唯寫一次，然後不做任何修改就可以調用任意一個組件。舉例來說：

1. 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發表的 ActiveX 文檔......也就是說，連 Word 自己都不知道使用它的人將會在 doc 裡面插入什麼東東；

2. 你可以在 HTML 檔案中插入一個 ActiveX，也可以插入一個程式指令碼Script，......你自己寫的外掛程式也可以插入到 IE 環境中。為了完成你的功能， 你絕對也不會去讓微軟修改IE吧？！

　　這個要求實在有點難度，Office 開發停滯了。說來話巧，一天老O(Office 項目的總工程師)和小B(VB 項目的總工程師)一起喝酒，老O向小B傾訴了他的煩惱：
老O：怎麼能讓我寫的程式C，可以調用其它人寫的程式S中的函數？(C表示客戶程式，S表示提供服務的程式)
小B：你是不是喝糊塗了？讓S作成 DLL，你去 LoadLibrary()、GetProcAddress()、...FreeLibrary()？！
老O：廢話！要是這麼簡單就好了。問題是，連我都不知道這個S程式是幹什麼的？能幹什嗎？我怎麼調用呀？
小B：哦......這個比較進階，但我現在不能告訴你，因為我怕你印象不深。
老O：~！·#￥%……—*......
小B：是這樣的，在VB中，我們制定了一個標準，這個標準允許任何一個VB開發人員，把他自己寫的某個功能的小程式放在VB的工具列上，這樣就好象他擴充了 VB 的功能一樣。
老O：哦？就是那個叫什麼 VBX 的濫玩意兒？
小B：我呸......別看 VBX 這個東西不起眼兒，的確我也沒看上它。但你猜怎麼著？現在有成千上萬的 VB 程式愛好者把他們寫的各式各樣功能的 VBX 小程式，放到網上，讓大家共用那。
老O：哦~~~，那你們的這個 VBX 標準是什嗎？
小B：嘿嘿......其實特簡單，就是在 VBX 中必須實現7個函數，這7個函數名稱和功能必須是：初始化、釋放、顯示、訊息處理......，而至於它內部想幹什麼，我也管不著。我只是在需要的時候調用我需要的這7個函數。
老O：哦~~~，這樣呀......對了，我現有個急事，我先走了。88，你付帳吧......
小B：喂！喂喂...... 走這麼急幹什麼，錢包都掉了:-)
　　老O雖然丟了錢包，仍然興奮地沖回辦公室，他開始了思考......

1、我的程式C，要能調用任何人寫的程式B。那麼B必須要按照我事先的要求，提供我需要的函數F1(),F2(),F3(),K1(),K2()。
2、BASIC 是解釋執行，因此它的函數不用考慮書寫順序，只要給出函數名，解譯器就能找到。但我使用的是 C++呀......
3、C++編譯後的代碼中沒有函數名，只有函數地址，因此我必須改進為用VTAB（虛函數表）表示函數入口：

圖二、VTAB 的結構

4、還不夠好，需要改進一下，因為所有的函數地址都放在一個表中會不靈活、不好修改、不易擴充。恩，有了！按照函數功能的類型進行分類：

圖三、多個 VTAB 的結構

5、
問題又來了，現在有2個 VTAB
虛函數表，那麼怎麼能夠從一個表找到另一個表那？恩又有辦法了，我要求你必須要實現一個函數，並且這個函數地址必須放在所有表的開頭（表中的第一個函數指
針），這個函數就叫
QueryInterface()吧，完成從一個表尋找到另一個表的功能：（除了QueryInterface()函數,順便也完成另外兩個函數，叫
AddRef() 和 Release()。這兩個函數的功能以後再說）

圖四、COM 介面結構

6、為了以後描述方便，不再使用（圖四）的方法了，而使用圖五這樣簡潔的樣式：

圖五、COM 介面結構的簡潔圖示

六、介面（Interface）概念

1、函數是通過 VTAB 虛函數表提供其地址， 從另一個角度來看，不管用什麼語言開發，編譯器產生的代碼都能產生這個表。這樣就實現了組件的“二進位特性”輕鬆實現了組件的跨語言要求。
2、假設有一個指標型變數儲存著 VTAB 的首地址，則這個變數就叫“介面指標”(注6)， 變數命名的時候，習慣上加上"I"開頭。另外為了區分不同的介面，每個介面 也都要有一個名字，該名字就和 CLSID 一樣，使用 GUID 方式，叫 IID。
3、介面一經發表，就不能再修改了。不然就會出現向前相容的問題。這個性質叫“介面不變性”。
4、組件中必須有3個函數，QueryInterface、AddRef、Release，它們3個函數也組成一個介面，叫"IUnknown"。(注7)
5、任何介面，其實都包含了 IUnknown 介面。隨著你接觸到更多的介面就會了更體會解到介面的另一個性質“繼承性”。
6、在任何介面上，調用表中的第一個函數,其實就是調用 QueryInterface()函數，就得到你想要的另外一個介面指標。這個性質叫“介面的傳遞性”
7、
C/C++語言中需要事先對函式宣告，那麼就
會要求組件也必須提供C語言的標頭檔。不行！為了能使COM具有跨語言的能力，決定不再為任何語言提供對應的函數介面聲明，而是獨立地提供一個叫類型庫
（TLB）的聲明。每個語言的IDE環境自己去根據TLB產生自己語言需要的封裝。這個性質叫“介面聲明的獨立性”（注8）

七、客戶程式與組件之間的協商調用

　　回到我們的上一個話題，Word中嵌入一個組件，那麼Word是如何協商使用這個組件的那？下面是容器和組件之間的一個類比對話過程：
　

	容器 協商部分	組件 應答部分
1	根據CLSID啟動組件 。 CoCreateInstance()	產生對象，執行建構函式，執行初始化動作。
2	你有IUnknown介面嗎？	有，給你！
3	恩，太好了，那麼你有IPersistStorage介面嗎？(注9) IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStorage...)	沒有！
4	真差勁，連這個都沒有。那你有IPersistStreamInit介面嗎？(注10) IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStreamInit...)	哈，這個有，給！
5	好，好，這還差不多。你現在給我初始化吧。 IPersistStreamInit::InitNew()	OK，初始化完成了。
6	完成了？好！現在你讀資料去吧。 IPersistStreamInit::Load()	讀完啦。我根據資料，已經在視窗中顯示出來了。
7	好，現在咱們各自處理使用者的滑鼠、鍵盤訊息吧......	......
8	哎呀！使用者要儲存退出程式了。你的資料被使用者修改了嗎？ IPersistStreamInit::IsDirty()	改了，使用者已經修改啦。
9	那好，那麼使用者修改後，你的資料需要多大的儲存空間呀？ IPersistStreamInit::GetSizeMax()	恩，我算算呀......好了，總共需要500KB。
10	暈，你這麼個小玩意居然佔用這麼大空間？！......好了，你可以存了。 IPersistStreamInit::Save()	謝謝，我已經存好了。
11	恩。拜拜了您那。(注11) IPersistStreamInit::Release()；IUnknown::Release()	執行解構函式，刪除對象。
12	我自己也該退出了...... PostQuitMessage()

　　容器（或者說用戶端）就是這樣和組件進行對話，協商調用的。如果組件甲實現了 IA 介面，那麼容器就會使用它，如果組件乙沒有提供
IA 介面，但是它提供了 IB 介面，那麼容器就會調用 IB
介面的函數......如此，容器程式根本就不需要知道組件到底是幹什麼的，組件到底是用什麼語言開發的，組件的磁碟位置到底在哪裡，它都可以正常運行。
太奇妙了！太精彩了！怎一個“爽”字了得！

八、小結

　　第二回中，介紹了兩個非常重要的概念：CLSID
和
Interface。由於全篇都是概念描述而沒有樣本程式相配合，可能讀者的理解還不太深入、不徹底。別著急，我們馬上就要進入到組件程式設計階段了，到
那個時候，你根據具體的程式碼，再回過頭來再次閱讀本迴文章，沒讀懂？哦......再讀！慢慢地您老人家就懂了:-)

留作業啦......
1、IDispatch 介面的 IID 是多少？（哎~~~ 笨笨，在來源程式中，用滑鼠右鍵執行Go to definition 呀）
2、IPicture 介面有幾個函數？功能是什嗎？（別玩了！你多大了？想不想在程式中顯示 JPG 映像呀，看 MSDN 去）
　
　想知道為什麼COM函數總是返回 HRESULT 嗎？想知道如何使用 BSTR、VARIANT 嗎？想知道 COM
中應該如何使用記憶體嗎？想知道如何使用 UNICODE
嗎？......恩~~~，我現在不能告訴你，我現在告訴你，怕你印象不深！且聽下回分解......

注1：CLSID = Class ID 上回書已經介紹了把CLSID寫入複合檔案的函數：WriteClassStg()、IStorage::SetClass()。
注2：GUID 全域唯一標示符，CLSID/IID 其實是借用了GUID的概念。
注3：ProgID = Program ID，等價於 CLSID, 是用字串表示的。
注
4：註冊表子鍵 ProgID 和 VersionIndependentProgID 分別表示真正的 ProgID 和版本無關的
ProgID。比如在我電腦上安裝的 Excel，它的 ProgID = "Excel.Application.9"，而
VersionIndependentProgID = "Excel.Application"。
注5：COM 組件的記憶體管理，見後續的文章。
注6：Interface = 介面，以前微軟不叫它介面，而叫協議Protocol。其實我 到認為這個詞更貼切一些。
注7：IUnknown 這個名字起的好，居然叫“我不知道”:-)，它的 IID 叫 IID_IUnknown，如果用註冊表樣式表示，那麼它的值是{00000000-0000-0000-C000-000000000046}。
注8：TLB是由一個描述介面的檔案 IDL 經過編譯產生的。IDL 的說明，見後續的文章吧。
注9：IPersistStorage 是用複合檔案的儲存(Storage)功能來儲存/讀取資料用的一個介面。
注10：IPersistStreamInit 是用複合檔案的流(Stream)功能來儲存/讀取資料用的一個介面。
注11：拜拜了您那 = 英語北京話，再見。