GUID 和 接口

（二）GUID 和 接口

作者：杨老师

一、前言

　　书接上回，话说在 doc(Word) 复合文件中，已经解决了保存 xls(Excel) 数据的问题了。那么，接下来又要解决另一个问题：当 WORD 程序读取复合文件，遇到了 xls 数据的时候，它该如何启动 Excel 呢？启动后，又如何让 Excel 自己去读入、解析、显示 xls 数据呢？

二、CLSID 概念

　　有一个非常简单的解决方案，那就是在对象数据的前面，保存有处理这个数据的程序名。（见下图左上）

图一、CLSID 的概念

　　这的确是一个简单的方法，但同时问题也很严重。在“张三”的计算机上，Excel 的路径是："c:\office\Excel.exe"，如果把这个 doc 文件复制到“李四”的计算机上使用，而“李四”的 Excel 的路径是：
"d:\Program files\Microsoft Office\Office\Excel.exe"，完蛋了:-(
　　于是，微软想出了一个解决方案，那就是不使用直接的路径表示方法，而使用一个叫 CLSID（注1）的方式间接描述这些对象数据的处理程序路径。CLSID 其实就是一个号码，或者说是一个16字节的数。观察注册表（上图），在HKCR\CLSID\{......}主键下，LocalServer32（DLL组件使用InprocServer32） 中保存着程序路径名称。CLSID 的结构定义如下：

typedef struct _GUID {

         DWORD Data1;     // 随机数

         WORD Data2;      // 和时间相关

         WORD Data3;      // 和时间相关

         BYTE Data4[8];   // 和网卡MAC相关

} GUID;

 

typedef GUID CLSID;  // 组件ID

typedef GUID IID;    // 接口ID

#define REFCLSID const CLSID &

 

// 常见的声明和赋值方法

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;

// 注册表中的表示方法

{00024500-0000-0000-C000-000000000046}

　　用一个号码间接表示程序名，的确是个 Good idea，实现了组件位置的透明性，并方便地扩展出 DCOM（远程组件）。但，但，但，但.....CLSID 有16个字节共128位二进制数，干吗用这么长的数字呀？遥想当年......我还在上幼儿园的时候，人们设计了 socket，用 TCP/IP 协议进行网络通讯。每个参与通讯的计算机都有一个4字节的 IP 表示编号地址，范围是 0,0,0,0 ~ 255,255,255,255 共42亿个地址。可是没想到啊，没想到，自从 Internet 选择了TCP/IP 协议后，42亿个地址就不够全世界的劳动人民分配啦。除了劳动人民，还有冰箱、彩电、电饭锅、手机、手提电脑......这些都需要连网呀。在办公室通过网络开启电饭锅给我焖饭，下班回家后就能吃现成的啦，多幸福呀？！（注：在我们家老婆是领导，所以是我做饭。咳......）
由于前车之鉴，微软这次设计 CLSID/IID 就使用了GUID概念的16个字节，这下好啦，全世界60亿人口，每个人每秒钟分配10亿个号码，那么需要分配1800亿年。反正等到地球没有了都不会使用完的:-)

三、产生 CLSID
　 

1.    如果使用开发环境编写组件程序，则IDE会自动帮你产生 CLSID； 

2.    你可以手工写 CLSID，但千万不要和人家已经生成的 CLSID 重复呀，所以严重地不推荐；（可是微软的CLSID都是手工写的，这叫“只许州官放火，不许百姓点灯”） ； 

3.    程序中，可以用函数 CoCreateGuid() 产生 CLSID； 

4.    使用工具产生 GUID（注2）； 

vc6.0版本运行："vc目录\Common\Tools\GuidGen.exe"程序（你可以参照上回文章中介绍的方法，把这个工具程序加到开发环境中，方便调用）。vc.net版本，在菜单“工具\创建GUID”中，就可以执行了。 

四、ProgID 概念

　　每一个COM组件都需要指定一个 CLSID，并且不能重名。它之所以使用16个字节，就是要从概率上保证重复是“不可能”的。但是，（世界上就怕“但是”二字）微软为了使用方便，也支持另一个字符串名称方式，叫 ProgID(注3）。见上图注册表的ProgID 子键内容（注4）。由于 CLSID 和 ProgID 其实是一个概念的两个不同的表示形式，所以我们在程序中可以随便使用任何一种。（有些人就是讨厌，说话不算数。明明 GUID 的目的就是禁止重复，但居然又允许使用 ProgID？！ProgID 是一个字符串的名字，重复的可能性就太大了呀。赶明儿我也写个程序，我打算这个程序的 ProgID 叫“Excel.Application”,嘿嘿）下面介绍一下 CLSID 和 ProgID 之间的转换方法和相关的函数：

函数	功能说明
CLSIDFromProgID()、CLSIDFromProgIDEx()	由 ProgID 得到 CLSID。没什么好说的，你自己都可以写，查注册表贝
ProgIDFromCLSID()	由 CLSID 得到 ProgID，调用者使用完成后要释放 ProgID 的内存(注5)
CoCreateGuid()	随机生成一个 GUID
IsEqualGUID()、IsEqualCLSID()、IsEqualIID()	比较2个ID是否相等
StringFromCLSID()、StringFromGUID2()、StringFromIID()	由 CLSID,IID 得到注册表中CLSID样式的字符串，注意释放内存

五、接口（Interface）的来历

　　到此，我们已经知道了 CLSID 或 ProgID 唯一地表示一个组件服务程序，那么根据这些ID，就可以加载运行组件，并为客户端程序提供服务了。（启动组件程序的方法，会陆续介绍）。接下来先讨论如何调用组件提供的函数？-----接口。
　　作为客户端程序员，它希望或者说他要求：我的程序只写一次，然后不做任何修改就可以调用任意一个组件。举例来说： 

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发表的 ActiveX 文档......也就是说，连 Word 自己都不知道使用它的人将会在 doc 里面插入什么东东； 

2.    你可以在 HTML 文件中插入一个 ActiveX，也可以插入一个程序脚本Script，......你自己写的插件也可以插入到 IE 环境中。为了完成你的功能， 你绝对也不会去让微软修改IE吧？！ 

　　这个要求实在有点难度，Office 开发停滞了。说来话巧，一天老O(Office 项目的总工程师)和小B(VB 项目的总工程师)一起喝酒，老O向小B倾诉了他的烦恼：
老O：怎么能让我写的程序C，可以调用其它人写的程序S中的函数？(C表示客户程序，S表示提供服务的程序)
小B：你是不是喝糊涂了？让S作成 DLL，你去 LoadLibrary()、GetProcAddress()、...FreeLibrary()？！
老O：废话！要是这么简单就好了。问题是，连我都不知道这个S程序是干什么的？能干什么？我怎么调用呀？
小B：哦......这个比较高级，但我现在不能告诉你，因为我怕你印象不深。
老O：~！·#￥%……—*......
小B：是这样的，在VB中，我们制定了一个标准，这个标准允许任何一个VB开发者，把他自己写的某个功能的小程序放在VB的工具栏上，这样就好象他扩展了 VB 的功能一样。
老O：哦？就是那个叫什么 VBX 的滥玩意儿？
小B：我呸......别看 VBX 这个东西不起眼儿，的确我也没看上它。但你猜怎么着？现在有成千上万的 VB 程序爱好者把他们写的各式各样功能的 VBX 小程序，放到网上，让大家共享那。
老O：哦~~~，那你们的这个 VBX 标准是什么？
小B：嘿嘿......其实特简单，就是在 VBX 中必须实现7个函数，这7个函数名称和功能必须是：初始化、释放、显示、消息处理......，而至于它内部想干什么，我也管不着。我只是在需要的时候调用我需要的这7个函数。
老O：哦~~~，这样呀......对了，我现有个急事，我先走了。88，你付帐吧......
小B：喂！喂喂...... 走这么急干什么，钱包都掉了:-)
　　老O虽然丢了钱包，仍然兴奋地冲回办公室，他开始了思考...... 

1、我的程序C，要能调用任何人写的程序B。那么B必须要按照我事先的要求，提供我需要的函数F1(),F2(),F3(),K1(),K2()。
2、BASIC 是解释执行，因此它的函数不用考虑书写顺序，只要给出函数名，解释器就能找到。但我使用的是 C++呀......
3、C++编译后的代码中没有函数名，只有函数地址，因此我必须改进为用VTAB（虚函数表）表示函数入口：

图二、VTAB 的结构

4、还不够好，需要改进一下，因为所有的函数地址都放在一个表中会不灵活、不好修改、不易扩展。恩，有了！按照函数功能的类型进行分类：

图三、多个 VTAB 的结构

5、问题又来了，现在有2个 VTAB 虚函数表，那么怎么能够从一个表找到另一个表那？恩又有办法了，我要求你必须要实现一个函数，并且这个函数地址必须放在所有表的开头（表中的第一个函数指针），这个函数就叫 QueryInterface()吧，完成从一个表查找到另一个表的功能：（除了QueryInterface()函数,顺便也完成另外两个函数，叫 AddRef() 和 Release()。这两个函数的功能以后再说）

图四、COM 接口结构

6、为了以后描述方便，不再使用上图（图四）的方法了，而使用图五这样简洁的样式：

图五、COM 接口结构的简洁图示


六、接口（Interface）概念

1、函数是通过 VTAB 虚函数表提供其地址， 从另一个角度来看，不管用什么语言开发，编译器产生的代码都能生成这个表。这样就实现了组件的“二进制特性”轻松实现了组件的跨语言要求。
2、假设有一个指针型变量保存着 VTAB 的首地址，则这个变量就叫“接口指针”(注6)， 变量命名的时候，习惯上加上"I"开头。另外为了区分不同的接口，每个接口 也都要有一个名字，该名字就和 CLSID 一样，使用 GUID 方式，叫 IID。
3、接口一经发表，就不能再修改了。不然就会出现向前兼容的问题。这个性质叫“接口不变性”。
4、组件中必须有3个函数，QueryInterface、AddRef、Release，它们3个函数也组成一个接口，叫"IUnknown"。(注7)
5、任何接口，其实都包含了 IUnknown 接口。随着你接触到更多的接口就会了更体会解到接口的另一个性质“继承性”。
6、在任何接口上，调用表中的第一个函数,其实就是调用 QueryInterface()函数，就得到你想要的另外一个接口指针。这个性质叫“接口的传递性”
7、C/C++语言中需要事先对函数声明，那么就 会要求组件也必须提供C语言的头文件。不行！为了能使COM具有跨语言的能力，决定不再为任何语言提供对应的函数接口声明，而是独立地提供一个叫类型库（TLB）的声明。每个语言的IDE环境自己去根据TLB生成自己语言需要的包装。这个性质叫“接口声明的独立性”（注8）

七、客户程序与组件之间的协商调用

　　回到我们的上一个话题，Word中嵌入一个组件，那么Word是如何协商使用这个组件的那？下面是容器和组件之间的一个模拟对话过程：
　 

	容器 协商部分	组件 应答部分
1	根据CLSID启动组件 。 CoCreateInstance()	生成对象，执行构造函数，执行初始化动作。
2	你有IUnknown接口吗？	有，给你！
3	恩，太好了，那么你有IPersistStorage接口吗？(注9) IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStorage...)	没有！
4	真差劲，连这个都没有。那你有IPersistStreamInit接口吗？(注10) IUnknown::QueryInterface(IID_IPersistStreamInit...)	哈，这个有，给！
5	好，好，这还差不多。你现在给我初始化吧。 IPersistStreamInit::InitNew()	OK，初始化完成了。
6	完成了？好！现在你读数据去吧。 IPersistStreamInit::Load()	读完啦。我根据数据，已经在窗口中显示出来了。
7	好，现在咱们各自处理用户的鼠标、键盘消息吧......	......
8	哎呀！用户要保存退出程序了。你的数据被用户修改了吗？ IPersistStreamInit::IsDirty()	改了，用户已经修改啦。
9	那好，那么用户修改后，你的数据需要多大的存储空间呀？ IPersistStreamInit::GetSizeMax()	恩，我算算呀......好了，总共需要500KB。
10	晕，你这么个小玩意居然占用这么大空间？！......好了，你可以存了。 IPersistStreamInit::Save()	谢谢，我已经存好了。
11	恩。拜拜了您那。(注11) IPersistStreamInit::Release()；IUnknown::Release()	执行析构函数，删除对象。
12	我自己也该退出了...... PostQuitMessage()

　　容器（或者说客户端）就是这样和组件进行对话，协商调用的。如果组件甲实现了 IA 接口，那么容器就会使用它，如果组件乙没有提供 IA 接口，但是它提供了 IB 接口，那么容器就会调用 IB 接口的函数......如此，容器程序根本就不需要知道组件到底是干什么的，组件到底是用什么语言开发的，组件的磁盘位置到底在哪里，它都可以正常运行。太奇妙了！太精彩了！怎一个“爽”字了得！

八、小结

　　第二回中，介绍了两个非常重要的概念：CLSID 和 Interface。由于全篇都是概念描述而没有示例程序相配合，可能读者的理解还不太深入、不彻底。别着急，我们马上就要进入到组件程序设计阶段了，到那个时候，你根据具体的程序代码，再回过头来再次阅读本回文章，没读懂？哦......再读！慢慢地您老人家就懂了:-)

留作业啦......
1、IDispatch 接口的 IID 是多少？（哎~~~ 笨笨，在源程序中，用鼠标右键执行Go to definition 呀）
2、IPicture 接口有几个函数？功能是什么？（别玩了！你多大了？想不想在程序中显示 JPG 图像呀，看 MSDN 去）
　　想知道为什么COM函数总是返回 HRESULT 吗？想知道如何使用 BSTR、VARIANT 吗？想知道 COM 中应该如何使用内存吗？想知道如何使用 UNICODE 吗？......恩~~~，我现在不能告诉你，我现在告诉你，怕你印象不深！且听下回分解......

注1：CLSID = Class ID 上回书已经介绍了把CLSID写入复合文件的函数：WriteClassStg()、IStorage::SetClass()。
注2：GUID 全局唯一标示符，CLSID/IID 其实是借用了GUID的概念。
注3：ProgID = Program ID，等价于 CLSID, 是用字符串表示的。
注4：注册表子键 ProgID 和 VersionIndependentProgID 分别表示真正的 ProgID 和版本无关的 ProgID。比如在我计算机上安装的 Excel，它的 ProgID = "Excel.Application.9"，而 VersionIndependentProgID = "Excel.Application"。
注5：COM 组件的内存管理，见后续的文章。
注6：Interface = 接口，以前微软不叫它接口，而叫协议Protocol。其实我到认为这个词更贴切一些。
注7：IUnknown 这个名字起的好，居然叫“我不知道”:-)，它的 IID 叫 IID_IUnknown，如果用注册表样式表示，那么它的值是{00000000-0000-0000-C000-000000000046}。
注8：TLB是由一个描述接口的文件 IDL 经过编译产生的。IDL 的说明，见后续的文章吧。
注9：IPersistStorage 是用复合文件的存储(Storage)功能来保存/读取数据用的一个接口。
注10：IPersistStreamInit 是用复合文件的流(Stream)功能来保存/读取数据用的一个接口。