COM接口聚合实现解惑C++虚表

本文转自http://blog.csdn.net/nobugtodebug/archive/2009/10/12/4659351.aspx

最近看潘爱民的《COM原理与应用》，看到接口的聚合实现时，产生一个疑惑。COM的这个特性的背后隐藏着一个关于C++虚表的知识点。如果对C++的虚表没有一定的认识就会被绕进去，被搞得稀里糊涂。经过和朋友的一番探讨总算搞清楚。特整理成此文

我们知道支持被聚合使用的CA接口要实现一组和IUnknown接口一致的非委托Unknown接口，这一组接口完成实际的QueryInterface,AddRef 和 Release的工作。而真正的IUnknow接口的工作就仅仅是判断该对象是否是被聚合使用（通过一个指向IUnknown的指针成员m_pUnknownOuter），如果该对象被聚合使用（m_pUnknownOuter不等于Null）则将调用转向m_pUnknownOuter所指的外部对象CB.

CB在初始化时，聚合使用了CA。如下：

HRESULT CB::Init()
{
IUnknown *pUnknownOuter = (IUnknown *)this;
HRESULT result = ::CoCreateInstance(CLSID_CompA,pUnknownOuter,
CLSCTX_INPROC_SERVER,
IID_IUnknown,(void **)& m_pUnknownInner) ;
if (FAILED(result))
return E_FAIL;

result = m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_SomeInterface,(void **)&m_pCAInterface);
if (FAILED(result))
{
m_pUnknownInner->Release();
return E_FAIL;
}

pUnknownOuter->Release();
return S_OK;
}

1) CB调用CoCreateInstance聚合使用CA时，CB的m_pUnknownInner指向了CA对象，而CA对象的m_pUnknownOuter成员也指向了CB对象。

2) CB调用m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_CAInterface,(void **)&m_pCAInterface); 来请求CA的接口，CA的QueryInterface如下：

HRESULT CA::QueryInterface(const IID& iid,void **ppv)
{
if ( m_pUnknownOuter != NULL )
{
return m_pUnknownOuter->QueryInterface(iid,ppv);
}
else
{
return NondelegationQueryInterface(iid,ppv);
}
}

由于CA对象的m_pUnknownOuter不等于Null,调用将被转到CB （return m_pUnknownOuter->QueryInterface(iid,ppv);）
那么来看看CB的QueryInterface：

HRESULT CB::QueryInterface(const IID& iid,void **ppv)
{
if ( iid == IID_IUnknown )
{
*ppv = (IUnknown *) this ;
((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
} else if ( iid == IID_OtherInterface )
{
*ppv = (IOtherInterface *) this ;
((IOtherInterface *)(*ppv))->AddRef() ;
}else if ( iid == IID_SomeInterface)
{
return m_pUnknownInner->QueryInterface(iid,ppv) ;
}else
{
*ppv = NULL;
return E_NOINTERFACE ;
}
return S_OK;
}

CB又将调用转给了CA,CA又再转给CB，，， 死循环！！

不过，实际上，例子程序运行正常，并没有产生死循环。这当中发生了一些我们不知道的事情。这就是C++的虚表在作怪！下来，我们来分析为什么程序运行时没有进入死循环。

先给出CA的定义：

class INondelegatingUnknown
{
public:
virtual HRESULT __stdcall NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv) = 0 ;
virtual ULONG __stdcall NondelegatingAddRef() = 0;
virtual ULONG __stdcall NondelegationRelease() = 0;
};

class CA : public ISomeInterface,public INondelegatingUnknown
{
protected:
ULONG m_Ref;

public:
CA(IUnknown *pUnknownOuter);
~CA();

public :
// Delegating IUnknown
virtual HRESULT __stdcall QueryInterface(const IID& iid,void **ppv) ;
virtual ULONG __stdcall AddRef() ;
virtual ULONG __stdcall Release() ;

// Nondelegating IUnknown
virtual HRESULT __stdcall NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv);
virtual ULONG __stdcall NondelegatingAddRef();
virtual ULONG __stdcall NondelegationRelease();

virtual HRESULT __stdcall SomeFunction( ) ;

private :
IUnknown *m_pUnknownOuter; // pointer to outer IUnknown
};

仔细读《COM原理与应用》第105页，第4行。“(2) CoCreateInstance函数返回之后，得到了m_pUnknownInner指针，指向对象Ａ的非委托IUnknown。”
在CB的Init中，虽然m_pUnknownInner是一个IUnknow*指针，但得到的是Nondelegating IUnknown接口，而不是IUnknown接口。
所以在后面的第二步result = m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_SomeInterface,(void **)&m_pCAInterface);时实际被调用的是NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv);

请仔细看CA的Nondelegating IUnknown接口实现：

HRESULT CA::NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv)
{
if ( iid == IID_IUnknown )
{
*ppv = (INondelegatingUnknown *) this ;
((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
} else if ( iid == IID_SomeInterface )
{
*ppv = (ISomeInterface *) this ;
((ISomeInterface *)(*ppv))->AddRef() ;
}
else
{
*ppv = NULL;
return E_NOINTERFACE ;
}
return S_OK;
}

那么这究竟是怎么做到的呢？！毕竟m_pUnknownInner是一个IUnknow*指针，而且在CB中，我们是这样调用的m_pUnknownInner->QueryInterface，用得是QueryInterface！而不是NondelegationQueryInterface！怎么会调用到NondelegationQueryInterface呢？
在讲出为什么之前，请大家试用改一下例子程序，把NondelegationQueryInterface的次序小小地调整一下。如下：

class INondelegatingUnknown
{
public:
virtual HRESULT __stdcall NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv) = 0 ;
virtual ULONG __stdcall NondelegatingAddRef() = 0;
virtual ULONG __stdcall NondelegationRelease() = 0;
};
变成：
class INondelegatingUnknown
{
public:
virtual ULONG __stdcall NondelegatingAddRef() = 0;
virtual HRESULT __stdcall NondelegationQueryInterface(const IID& iid,void **ppv) = 0 ;
virtual ULONG __stdcall NondelegationRelease() = 0;
};

然后再运行代码，相信你一定会运行时出错的。这是因为我们在CB中调用m_pUnknownInner->QueryInterface这一句时，并不仅仅是根据函数名QueryInterface来调用函数的，因为CA是一个有虚函数的对象，所以在CA对象中存在一个虚表，当调用函数时，首先是根据函数名来计算函数在虚表中的索引值，然后再用这个索引到虚表中去调用实现的函数。因为QueryInterface在IUnknown中是第一个被定义的，所以它在虚表中的索引是0，当调用m_pUnknownInner->QueryInterface时，会去调用虚表中的第一个函数，由于我们改变了INondelegatingUnknown定义的顺序，INondelegatingUnknown的虚表中的第一个函数是NondelegatingAddRef，它是没有参数的。所以当发生带着两个参数的调用时，产生了运行时的错误！

讲到这里，问题好像清楚了，又好像有哪里没说明白。到底是哪个虚表？哪个对象的虚表？

其实，在我们的讨论中只有两个对象，一个CB,一个CA其他的什么IUnknown,INondelegatingUnknown,ISomeInterface只不过是接口而已。很显然CB我们不用关心，主要是CA。

基本上，CA的对象应该是这副德性：

我们注意CA::NondelegationQueryInterface的实现中

if ( iid == IID_IUnknown )
{
*ppv = (INondelegatingUnknown *) this ;
((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
}

这里对this做了一次强制转换，(INondelegatingUnknown *) this 表达式的结果就仅仅是INondelegatingUnknown虚表的指针。而*ppv需要的正好仅仅是这个虚表的指针。所以在在CB中调用m_pUnknownInner->QueryInterface，程序去找虚表中的第一项。所以实际被调用的就是CA::NondelegationQueryInterface。