用C實現的一個基本COM接口IFoo（來自COM Programmer's Cookbook）

把該文中實現的代碼整理匯總到一個項目中。目前只是實現到一個中間階段，重點在說明COM接口的實現原理，還沒有包含類廠的部分。以后還需陸續添加類廠等高級功能。

文件組成：
ifoo.h         COM接口IFoo,接口ID IID_IFoo 聲明文件。
outside.c      COM接口實現。這里實現IFoo的是一個結構體COutside.
util.h         一些宏定義、全局函數、變量聲明文件。
main.c         筆者為實現項目添加的文件。提供main函數、內存管理函數Alloc,Free的實現（封裝C運行庫函數malloc和free.）、接口ID定義。

COM接口到底是什么？
COM接口是一個指向虛函數表的指針。通過這個指針可以訪問內存中某處的各個功能塊，執行預定義的功能，完成用戶的任務。這些功能塊以函數的形式存在（想不出還有其他形式:)）并被調用。它們有一個共同點：都包含一個指針參數，指向這些功能要操作的數據地址。在C++中，這個地址就是對象的首地址，也就是類成員函數中隱含的this指針。在C函數中并沒有這種現成的便利，因此代碼實現中在接口定義時仍使用了接口指針（HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **)），而在接口函數實現時根據結構體布局結構，從這個接口指針推算得到對象實例指針。

typedef struct IFoo
{
 struct IFooVtbl * lpVtbl;
} IFoo;
typedef struct IFooVtbl IFooVtbl;
struct IFooVtbl
{
 
 HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
 ULONG (__stdcall * AddRef)    (IFoo * This) ;
 ULONG (__stdcall * Release)   (IFoo * This) ;

 HRESULT (__stdcall * SetValue)         (IFoo * This,  int) ;
 HRESULT (__stdcall * GetValue)         (IFoo * This,  int *) ;
};

COM接口的要求：

每一個COM接口（指向的虛函數表）的頭三個函數必須是IUnknown接口的函數：QueryInterface,AddRef和Release。在C++中，稱為從IUnknown接口繼承。
對于調用QueryInterface響應查詢IID_IUnknwon得到的接口指針值，同一個對象實現的所有接口必須相同。這是判斷兩個COM對象是否是同一個對象的標準。

宏定義“#define IUNK_VTABLE_OF(x) ((IUnknownVtbl *)((x)->lpVtbl))“說明

在預處理輸出文件main.i中可以找到IUnknownVtbl和IFooVtbl的聲明：
    typedef struct IUnknownVtbl
    {
       
       
        HRESULT ( __stdcall *QueryInterface )(
            IUnknown * This,
             const IID * const riid,
             void **ppvObject);
       
        ULONG ( __stdcall *AddRef )(
            IUnknown * This);
       
        ULONG ( __stdcall *Release )(
            IUnknown * This);
       
       
    } IUnknownVtbl;
   
    struct IUnknown
    {
         struct IUnknownVtbl *lpVtbl;
    };   
   

struct IFooVtbl
{
 
 HRESULT (__stdcall * QueryInterface)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
 ULONG (__stdcall * AddRef)    (IFoo * This) ;
 ULONG (__stdcall * Release)   (IFoo * This) ;

 HRESULT (__stdcall * SetValue)         (IFoo * This,  int) ;
 HRESULT (__stdcall * GetValue)         (IFoo * This,  int *) ;
};

該宏定義的作用就是把IFoo接口中的IFooVtbl類型的指針拿出來（(x)->lpVtbl)），并強制轉換（(IUnknownVtbl *)）成IUnknownVtbl。
“強制轉換”的結果是什么呢？是怎么做到的呢？
很明顯，結果就是得到的指針不再是IFooVtbl *類型，而是變成了IUnknownVtbl *類型。至于做法，系統應該記錄每一個變量、表達式的類型。當進行強制類型轉換時，就（臨時地）修改其類型為轉換到的類型。
同理，QueryInterface, AddRef, Release宏定義中的(IUnknown *)也是這種用法。

可以看到，宏“IUNK_VTABLE_OF“的作用是供宏QueryInterface,宏AddRef，宏Release引用，把IFooVtbl *類型轉換為IUnknownVtbl *類型，最終達到調用IUnknownVtbl中定義的三個QueryInterface,AddRef,Release函數。

那么，這種大費周章的目的是什么呢？為什么不以IFooVtbl中三個函數的定義形式（不通過強制轉換來轉換成必須的類型），直接調用IFooVtbl中定義的函數呢？雖然強制轉換在參數值上并不會造成改變，最終調用的也是IFooVtbl定義的函數（FooQueryInterface,FooAddRef,FooRelease）。

為什么一定要通過IUnknown接口指針調用這三個函數呢？修改QueryInterface宏定義如下：
#define QueryInterface(pif, iid, pintf) \
 (((pif)->lpVtbl)->QueryInterface(pif, iid, (void **)(pintf)))
即通過IFoo接口指針來調用由IUnknown引入的函數，有什么不對的地方嗎？

試驗表明，將QueryInterface宏定義如下也可以編譯通過，執行起來也沒有出現任何異常。
#define QueryInterface(pif, iid, pintf) \
 (((pif)->lpVtbl)->QueryInterface(pif, iid, (void **)(pintf)))

對于IUnknown接口的三個函數，調用時傳遞的參數是IUnknown *類型（見QueryInterface, AddRef, Release宏定義），而函數定義中（FooQueryInterface, FooAddRef, FooRelease）聲明的參數是IFoo *類型，這種不一致的情況是怎么出現的？這種不一致不會有問題嗎？

這種不一致的產生是由于從不同的角度看待引起的。如果從IUnknown接口來看，那么接口函數中的第一個參數類型就是IUnknown *;如果從IFoo來看，那么第一個參數的類型就是IFoo *。

這種不一致性只是針對于編譯器對于類型的編譯要求有意義的，在接口實現及使用時，傳遞給lpVtbl->QueryInterface, lpVtbl->AddRef,lpVtbl->Release的第一個參數在值上都是相同的，都是實現該接口的內存地址（在本例中是COutside對象的首地址）。

一些語法現象回顧

函數指針變量定義、賦值及調用。
HRESULT (__stdcall * pQI)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
定義一個函數指針變量pQI,該變量指向“返回HRESULT,取3個參數分別為類型IFoo *,const IID * const, void **”的函數。

typedef HRESULT (__stdcall * QIType)   (IFoo * This,  const IID * const, void **) ;
定義一個函數指針類型，該類型的指針指向“返回HRESULT,取3個參數分別為類型IFoo *,const IID * const, void **”的函數。

HRESULT __stdcall QueryInterface(IFoo * This,  const IID * const, void **) ;//函數聲明示例
pQI = 0;   // 函數指針賦值，0表示不指向任何函數。
pQI = QueryInterface;  // 函數指針賦值，pQI指向QueryInterface。
pQI = &QueryInterface; // 與上面等價。

QueryInterface(&this->ifoo, riid, ppv);  // 使用函數名直接調用
pQI(&this->ifoo, riid, ppv);             // 函數指針調用
(*pQI)(&this->ifoo, riid, ppv);          // 第二種函數指針調用方式

宏定義、展開規則
對于宏，一直有一種霧里看花的感覺，似乎很隨意，怎么來都行，比如：
#define AddRef(pif) \
 (IUNK_VTABLE_OF(pif)->AddRef((IUnknown *)(pif)))

宏定義應該是可以嵌套的，即宏定義的“內容“中還可以包含（嵌套）宏，如本例，“IUNK_VTABLE_OF”就是嵌套宏。在展開的時候，將嵌套的宏也一并展開（替換成定義的內容），直到不再有宏為止。
那么就有兩個疑問：
1。如果被嵌套的宏包含（直接或間接）定義的宏，那么展開就沒完沒了，死循環了。
2。如果定義的內容中有跟定義的宏同名的字符串（比如上面的例子IUNK_VTABLE_OF），那么怎么區分這同名的東東是嵌套的宏（需要展開），還是一般的字符串（不需要展開）？

函數調用規范約定、main函數調用規范。

一開始把幾個文件匯總到項目里時，編譯通不過，錯誤提示大致意思是，不能把一種調用規范的函數指針轉換成另一種調用規范的函數指針。后來把調用規范改為   /Gz(__stdcall),編譯為（Compile As）改為/TC(Compile As C Code)就好了。

想來是對于.c文件，編譯器缺省使用的是__cdecl，而IFoo中的接口宏定義在win32下展開成了__stdcall，所以出現了矛盾。而使用/Gz強制未聲明調用規范的函數使用__stdcall，實現就與聲明一致了。

(size_t)&(((s *)0)->m)

c++程序員也許都知道，訪問地址“0”處的成員是一大忌，會造成GP。然而，取地址“0”處的成員的地址，卻是個合法的操作。雖然地址“0”處并沒有什么內容，但是，如果在地址0處存放一個內容，那么該內容中的成員也是有地址的。本例中正是巧妙地利用這種方法，從接口地址計算得出實現該接口的實例地址，進而訪問實例的內部變量。

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2009年5月6日
附上源碼：/Files/gracelee/outside.zip

代碼執行結果：