COM組件設計與應用（二）
GUID 和 接口
作者：楊老師
一、前言
書接上回，話說在 doc(Word) 複合文件中，已經解決了保存 xls(Excel) 數據的問題了。那麼，接下來又要解決另一個問題：當 WORD 程序讀取複合文件，遇到了 xls 數據的時候，它該如何啓動 Excel 呢？啓動後，又如何讓 Excel 自己去讀入、解析、顯示 xls 數據呢？
二、CLSID 概念
有一個非常簡單的解決方案，那就是在對象數據的前面，保存有處理這個數據的程序名。
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”的計算機上，Excel 的路徑是："c:/office/Excel.exe"，如果把這個 doc 文件複製到“李四”的計算機上使用，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數據的處理程序路徑。CLSID 其實就是一個號碼，或者說是一個16字節的數。觀察註冊表（上圖），在HKCR/CLSID/{......}主鍵下，LocalServer32（DLL組件使用InprocServer32） 中保存着程序路徑名稱。CLSID 的結構定義如下：
由於前車之鑑，微軟這次設計 CLSID/IID 就使用了GUID概念的16個字節，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
- 如果使用開發環境編寫組件程序，則IDE會自動幫你產生 CLSID；
- 你可以手工寫 CLSID，但千萬不要和人家已經生成的 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”） ；
- 程序中，可以用函數 CoCreateGuid() 產生 CLSID；
- 使用工具產生 GUID（注2）；
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個字節，就是要從概率上保證重複是“不可能”的。但是，（世界上就怕“但是”二字）微軟爲了使用方便，也支持另一個字符串名稱方式，叫 ProgID(注3）。見上圖註冊表的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，所以我們在程序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 是一個字符串的名字，重複的可能性就太大了呀。趕明兒我也寫個程序，我打算這個程序的 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 的內存(注5) |
| CoCreateGuid() | 隨機生成一個 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樣式的字符串，注意釋放內存 |
五、接口（Interface）的來歷
到此，我們已經知道了 CLSID 或 ProgID 唯一地表示一個組件服務程序，那麼根據這些ID，就可以加載運行組件，併爲客戶端程序提供服務了。（啓動組件程序的方法，會陸續介紹）。接下來先討論如何調用組件提供的函數？-----接口。
作爲客戶端程序員，它希望或者說他要求：我的程序只寫一次，然後不做任何修改就可以調用任意一個組件。舉例來說：
-
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 裏面插入什麼東東；
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你可以在 HTML 文件中插入一個 ActiveX，也可以插入一個程序腳本Script，......你自己寫的插件也可以插入到 IE 環境中。爲了完成你的功能， 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：怎麼能讓我寫的程序C，可以調用其它人寫的程序S中的函數？(C表示客戶程序，S表示提供服務的程序)
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程序是幹什麼的？能幹什麼？我怎麼調用呀？
小B：哦......這個比較高級，但我現在不能告訴你，因爲我怕你印象不深。
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開發者，把他自己寫的某個功能的小程序放在VB的工具欄上，這樣就好象他擴展了 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。但你猜怎麼着？現在有成千上萬的 VB 程序愛好者把他們寫的各式各樣功能的 VBX 小程序，放到網上，讓大家共享那。
老O：哦~~~，那你們的這個 VBX 標準是什麼？
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、消息處理......，而至於它內部想幹什麼，我也管不着。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，仍然興奮地衝回辦公室，他開始了思考......
1、我的程序C，要能調用任何人寫的程序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，解釋器就能找到。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，因此我必須改進爲用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，因爲所有的函數地址都放在一個表中會不靈活、不好修改、不易擴展。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，完成從一個表查找到另一個表的功能：（除了QueryInterface()函數,順便也完成另外兩個函
六、接口（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生成這個表。這樣就實現了組件的“二進制特性”輕鬆實現了組件的跨語言要求。
2、假設有一個指針型變量保存着 VTAB 的首地址，則這個變量就叫“接口指針”(注6)， 變量命名的時候，習慣上加上"I"開頭。另外爲了區分不同的接口，每個接口 也都要有一個名字，該名字就和 CLSID 一樣，使用 GUID 方式，叫 IID。
3、接口一經發表，就不能再修改了。不然就會出現向前兼容的問題。這個性質叫“接口不變性”。
4、組件中必須有3個函數，QueryInterface、AddRef、Release，它們3個函數也組成一個接口，叫"IUnknown"。(注7)
5、任何接口，其實都包含了 IUnknown 接口。隨着你接觸到更多的接口就會了更體會解到接口的另一個性質“繼承性”。
6、在任何接口上，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接口指針。這個性質叫“接口的傳遞性”
7、C/C++語言中需要事先對函數聲明，那麼就 會要求組件也必須提供C語言的頭文件。不行！爲了能使COM具有跨語言的能力，決定不再爲任何語言提供對應的函數接口聲明，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生成自己語言需要的包裝。這個性質叫“接口聲明的獨立性”（注8）
七、客戶程序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模擬對話過程：
| 容器 協商部分 | 組件 應答部分 | |
| 1 | 根據CLSID啓動組件 。 CoCreateInstance() |
生成對象，執行構造函數，執行初始化動作。 |
| 2 | 你有IUnknown接口嗎？ | 有，給你！ |
| 3 | 恩，太好了，那麼你有IPersistStorage接口嗎？(注9) IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStorage...) |
沒有！ |
| 4 | 真差勁，連這個都沒有。那你有IPersistStreamInit接口嗎？(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！現在你讀數據去吧。 IPersistStreamInit::Load() |
讀完啦。我根據數據，已經在窗口中顯示出來了。 |
| 7 | 好，現在咱們各自處理用戶的鼠標、鍵盤消息吧...... | ...... |
| 8 | 哎呀！用戶要保存退出程序了。你的數據被用戶修改了嗎？ IPersistStreamInit::IsDirty() |
改了，用戶已經修改啦。 |
| 9 | 那好，那麼用戶修改後，你的數據需要多大的存儲空間呀？ 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() |
執行析構函數，刪除對象。 |
| 12 | 我自己也該退出了...... PostQuitMessage() |
容器（或者說客戶端）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 接口，那麼容器就會使用它，如果組件乙沒有提供 IA 接口，但是它提供了 IB 接口，那麼容器就會調用 IB 接口的函數......如此，容器程序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，組件的磁盤位置到底在哪裏，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示例程序相配合，可能讀者的理解還不太深入、不徹底。彆着急，我們馬上就要進入到組件程序設計階段了，到那個時候，你根據具體的程序代碼，再回過頭來再次閱讀本回文章，沒讀懂？哦......再讀！慢慢地您老人家就懂了:-)
留作業啦......
1、IDispatch 接口的 IID 是多少？（哎~~~ 笨笨，在源程序中，用鼠標右鍵執行Go to definition 呀）
2、IPicture 接口有幾個函數？功能是什麼？（別玩了！你多大了？想不想在程序中顯示 JPG 圖像呀，看 MSDN 去）
想知道爲什麼COM函數總是返回 HRESULT 嗎？想知道如何使用 BSTR、VARIANT 嗎？想知道 COM 中應該如何使用內存嗎？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寫入複合文件的函數：WriteClassStg()、IStorage::SetClass()。
注2：GUID 全局唯一標示符，CLSID/IID 其實是借用了GUID的概念。
注3：ProgID = Program ID，等價於 CLSID, 是用字符串表示的。
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。比如在我計算機上安裝的 Excel，它的 ProgID = "Excel.Application.9"，而 VersionIndependentProgID = "Excel.Application"。
注5：COM 組件的內存管理，見後續的文章。
注6：Interface = 接口，以前微軟不叫它接口，而叫協議Protocol。其實我 到認爲這個詞更貼切一些。
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是由一個描述接口的文件 IDL 經過編譯產生的。IDL 的說明，見後續的文章吧。
注9：IPersistStorage 是用複合文件的存儲(Storage)功能來保存/讀取數據用的一個接口。
注10：IPersistStreamInit 是用複合文件的流(Stream)功能來保存/讀取數據用的一個接口。
注11：拜拜了您那 = 英語北京話，再見。