探析C++类的动态组件化技术

发布时间：2022-10-05 21:43 热度：

　　摘要：COM标准建立在二进制可执行代码级的基础上，不论何种工具、语言开发的组件，只要符合COM规范，就可复用于VC、VB、Delphi、BC等各种开发环境中。COM的语言无关性将软件复用的层次从源代码级推进到了二进制级，复用更方便，也更安全。

　　关键词：COM组件,接口,生命周期,C++类,ATL组件类,C++基类,ATL模板基类,继承

　　1. 问题的提出

　　自从Microsoft公布了COM(Component Object Model，组件对象模型，简称COM)技术以后，Windows平台上的开发模式发生了巨大的变化，以COM为基础的一系列组件技术将Windows编程带入了组件化时代，传统的面向对象的软件开发方法已经逐渐被面向组件的方法所取代。

　　然而，COM技术带来全新的软件设计和开发模式的同时，也带来了新的问题。

　　许多软件公司在开发自己的软件产品过程中，都累积了大量C++类，这些代码设计精良，功能完备，以面向对象的标准来检验无可挑剔。然而，这些代码不支持COM，将无法在COM时代继续被复用。如果它们在软件组件化的趋势中被淘汰，那对软件公司和开发人员来说都是极大的损失。

　　COM专家Don Box曾说过，“COM is a super C++”。这给了我们一个启示，是否可以实现一种技术，能够动态的为普通C++类加上一层COM的封装呢?这样，既可以保持这些代码自身的完整和特性，使它们能继续应用于原来的系统，也可以在需要作为组件使用的时候，把它们动态转变成组件，复用于新系统。

　　一个自然而然的想法是，为每一个C++类开发一个只暴露一个接口的COM组件，将原C++类的每个public方法都对应于该接口的一个方法，接口方法的实现可以简单的调用相对应的C++类方法即可。这样，程序逻辑由原有的C++类控制，但COM层的封装则由组件提供。基本思路如下图所示：

　　本文就这一技术展开讨论，最终提供一套由普通C++类平滑过渡到COM组件的完整解决方案。我们选用ATL(Active Template Library，活动模板库，简称ATL)作为COM组件的开发工具，开发环境为Visual Studio 6.0。如没有特殊说明，下文中的“C++类”指没有组件特性C++类，“C++对象”指C++类的实例;“ATL组件类”指用于包装的ATL类，“ATL对象”指ATL组件类的实例。

　　2. 用ATL包装C++类

　　按上述思路将C++对象动态组件化后，所得的组件实际上由两部分组成：ATL组件对象和绑定的C++对象。两者的生命周期互相牵制，但要保持一致。生命周期的管理是C++类动态组件化的首要难点。

　　C++类分为两种，一种是简单的C++类，一种是集合型的C++类。集合型的C++对象管理一组C++对象，负责其创建和删除，维护它们的生命周期。下面，分别就简单C++类和集合型C++类的组件化技术进行说明，展示解决方案的核心技术。

　　2.1. 简单C++类的组件化

　　为使ATL组件类可以自由调用C++类的方法，需要：

　　l 为ATL组件类安插一个指针成员变量，指向C++类

　　l 提供ATL对象和C++对象的绑定机制

　　我们可以在ATL组件类初始化时创建一个C++类，用成员变量m_pCPPObj记录，在析构时删除，从而实现ATL组件类和C++类的天然绑定。但出于灵活性考虑，使得ATL组件对象可以绑定任意C++类的对象，我们为ATL组件类添加一个绑定函数Link2CPPObj(CImplement* pObj)。

　　在ATL组件类的构造函数内，创建一个C++对象，用m_pCPPObj记录。

　　如果调用了Link2CPPObj，则将m_pCPPObj指向的对象删除，改用传入的C++对象。

　　在ATL组件类的的析构函数内，删除其绑定的C++对象。由构造函数和Link2CPPObj函数的定义可知，m_pCPPObj指针总是有意义的。

　　2.2. 集合型C++类的组件化

　　集合型C++类的情况有所不同。

　　集合型C++类以数组(array)、列表(list)、映射表(map)的形式管理其它C++对象。集合对象和它管理的元素对象都被包装成组件后，集合型ATL对象可能调用一个“Destroy”方法，期望删除某一个元素ATL对象;这一操作的实质却是，集合型C++对象的“Destroy”方法被调用，将元素C++对象删除了，而元素ATL对象却不知道。这一操作的结果导致了元素的ATL对象存在，而其绑定的C++对象却被删除的情况，两者的生命周期出现了不一致。

　　为了解决这个问题，我们需要在C++对象被删除时，能将ATL对象同时删除;而在ATL对象的引用计数为0需要删除自身时，也能把C++对象删除。可行的解决方案是：

　　l 在C++类中保存一个接口指针，指向绑定在一起的ATL对象;为该接口指针赋值的最佳地点显然是提供绑定机制的Link2CPPObj函数内部，为此，还需要给Link2CPPObj添加一个IUnknown*参数

　　l 在C++类的析构函数中，判断该接口指针是否为空，如果不为空，则Release对接口的引用，引发ATL对象自身的析构

　　2.3. 内部创建的组件和外部创建的组件

　　集合型C++类组件化后仍然是集合型ATL组件，它可以创建、删除自己管理的组件。这样，组件的创建就可能有两种情况：

　　l 由客户调用集合型组件的接口方法间接创建

　　创建方式的不同导致了组件生命周期管理的复杂性。一般说来，组件的创建者负责维护组件的生命周期。上述两种情况下，分别由客户和集合型组件维护被创建组件的生命周期。然而，另有一种情况是，客户创建了一个组件，然后送交一个集合型组件管理，现在维护组件生命周期的责任就由客户转交给了集合型组件。

　　我们的解决方案必须提供这样的健壮性和灵活性，以维护各种情况下组件的生命周期。我们为ATL组件类添加一个BOO成员m_bInnerManage，作为组件的维护标识。内部维护意味着组件的生命周期由其它组件(集合型组件)维护;外部维护则是由客户维护。

　　缺省情况下，组件是外部创建并维护的，在组件的构造函数内设置外部维护标识。集合型组件创建元素时，需要为元素分别创建一个C++对象和一个ATL对象，然后调用ATL对象的Link2CPPObj函数将两者绑定在一起，在Link2CPPObj函数内修改维护标识。对于第三种情况，可以在外部创建组件由客户转交给集合型组件时，在集合型组件相应方法内重新设置维护标识。

　　2.4. C++基类

　　为了对现有C++类的改动最小，我们设计一个基类封装需要为C++类添加的功能。所有需要动态组件化的C++类都必须从这个基类派生，以保证动态组件化中C++对象与ATL对象生命周期的一致。如下图示：