本文不会对Com进行非常详细的分析 因为这个技术分析起来难度还是非常大的 要想真正弄懂还是非常困难的我只会针对d3d中使用到的com技术和comptr技术进行说明所以看完本文后可以熟练使用d3d中使用到的相应技术

comptr类似于c++11中的智能指针,用于管理com对象的生命周期,所以我们先会讲解com对象的知识,然后才会讲解comptr的相关内容

为什么微软要推出COM技术?

一言以蔽之为了彻底解决二进制兼容的问题(即生成的dll文件可以被不同语言和不同编译器生成的可执行文件所加载和调用,并且可以随便升级dll文件而不会影响到原来的老代码) 但是为了解决这个问题实在是有太多技术难点要克服。

所以导致com技术的实现原理现在异常复杂那么问题就来到了所谓的二进制兼容问题到底是什么?

假设我们现在使用c++代码编写了一个类并且生成了dll文件提供给别人使用

我们的头文件mydll.h如下:

class __declspec(dllexport)  MyClass
{
public:MyClass(int i);int TestFunc();private:int member_age_;
};

mydll.cpp源文件如下:

#include"mydll.h"MyClass::MyClass(int i)
{member_age_ = i;
}int MyClass::TestFunc()
{member_age_++;return member_age_;
}

我们生成为dll后给别人使用在别人的代码里会像这种方式来使用我们的代码:

#include"mydll.h"
int main()
{MyClass* temp=new MyClass(1);//做一些事情delete temp;return 0;
}

这段代码看似没有任何问题, 但是当我们更新了我们的dll文件过后如在MyClass类中添加了新的成员变量,这段代码将直接导致问题,因为new的时候是先调用底层的malloc分配内存而老版本的dll中只有一个int变量,新的则不是所以malloc分配的内存大小就会出问题.直接就会导致你的内存访问越界

所以!如果我们想让用户能够不重新编译出新的exe 直接替换dll文件就能使用我们新的dll 那么我们就不能够让用户写的代码中来为我们写好的类分配内存,应该让我们自己来分配

所以现在我们改造了我们的头文件,导出了创造对象的函数,让用户的代码中不再能够直接new我们的类

mydll.h


class __declspec(dllexport)  MyClass
{
public:MyClass(int i);int TestFunc();private:int member_age_;
};
__declspec(dllexport) MyClass*  create();

mydll.cpp

#include"mydll.h"MyClass::MyClass(int i)
{member_age_ = i;
}int MyClass::TestFunc()
{member_age_++;return member_age_;
}MyClass* create()
{return new MyClass(1);
}

现在用户使用我们的类的方式如下:

#include"mydll.h"
int main()
{MyClass* i = create();i->TestFunc();
}

这样即使我们更新了我们的dll,用户exe文件也不需要重新编译,可以无缝直接使用

但是现在我们又面临一个问题,我们该如何让用户来释放这个由create函数申请的内存呢?

很多小伙伴可能直接就会把代码写成如下的样子

#include"mydll.h"
int main()
{MyClass* i = create();i->TestFunc();delete i;
}

但是这样是没法去真正释放内存的!为什么呢?因为每一家编译器厂商对于malloc的底层实现都不一样所以delete会导致内存释放错误!delete是先调用析构函数,然后再调用free,问题就在于这个free,如果比较了解malloc的小伙伴就会知道,内存管理是一个比较麻烦的过程,会有很多额外的内存空间来记录当前内存块的状态,大小等东西一块简化的由malloc申请的内存块如下所示

问题就在于什么呢?不同的c标准库对于该实现不是统一的!也就是说,可能msvc和gcc分配的内存块中他们的内存布局不一致,如果你的dll是使用msvc编译器编译的而用户的编译器是gcc那么调用free将会直接导致内存释放错误!

基于以上原因,我们现在也不能让用户手动的调用delete释放我们的内存了,我们继续改写我们的头文件如下


class __declspec(dllexport)  MyClass
{
public:MyClass(int i);int TestFunc();private:int member_age_;
};
__declspec(dllexport) MyClass*  create();
__declspec(dllexport) void release(MyClass* temp);

我们的源文件如下

#include"mydll.h"MyClass::MyClass(int i)
{member_age_ = i;
}int MyClass::TestFunc()
{member_age_++;return member_age_;
}MyClass* create()
{return new MyClass(1);
}void release(MyClass* temp)
{delete temp;
}

用户的使用方式如下:

#include"mydll.h"
int main()
{MyClass* i = create();i->TestFunc();release(i);
}

现在似乎一切都安好了,用户不能直接使用new和delete 我们的dll可以无缝更新了,更新之后exe并不会收到影响,但是我们现在又有一个问题了,如何让用户的不同类中共享多份相同的实例呢?你可能会说,那不是很简单嘛?指针都是共享的,直接复制指针不就在不同类中共享多份实例了嘛?

但是问题就在于,你什么时候应该释放该资源呢?比如我A类有一个实例,B类也有一个实例,A类的析构函数会调用release释放内存,B类的也会,那么如果我们不加上控制,是不是直接就重复释放了呢?

基于这种情况我们就应该给我们的实例加上引用计数

关于引用计数,详情可参考我的这篇博客,对于引用计数有详细解释,这里就不过多叙述了

本质和智能指针中的引用计数是一样的

是时候来点现代c++了 c++11之超级重要之smart pointer详细解析_std::shared_ptr<std::string> (new std::string());_杀神李的博客-CSDN博客

所以我们应该再在头文件加上如下的接口


class __declspec(dllexport)  MyClass
{
public:MyClass(int i);int TestFunc();private:int member_age_;
};
__declspec(dllexport) MyClass*  create();
__declspec(dllexport) void release(MyClass* temp);
__declspec(dllexport) bool addref(MyClass* temp);

当我们想共享实例的时候我们调用addref增加引用计数,我们想释放的时候用release减少引用计数,当引用计数为0,释放资源

目前为止,我们仿佛已经真正的解决二进制兼容的问题了,可以随意更新我们的dll文件

所以我们dll中所有的类是不是都应该有这三个接口呢?是的微软也是这么觉得的所以微软做了一个最底层的基类所有的基于com技术的类都应该继承这个类名字叫做IUnknown(interface unknown)意思就是接口未确定的这个类是个纯虚类,只规定了所有类都应该有的方法 IUnknown类一共有三个接口

AddRef():增加引用计数

Release():减少引用计数

QueryInterface():用来检查是否可以做向下转型的,因为让用户直接使用强转是很危险的,所以向下转型应该由dll内部来判断

那么问题来了,微软如何判断是否能够安全的向下转型呢?

微软引用了三个ID,guid,iid,clsid来判断

从上来看，所有的COM类其实都继承了IUnknown。但是，我拿个IUnknown接口有毛用啊，我还是需要把它转为我的具体类才行。假设有汽车类Car，它继承于ICar，像这样：

IUnknown* pUnk = NULL;

CreateCar(&pUnk);//这个函数就是我们上文提到的头文件里的create函数

在d3d中该create函数就为D3D12CreateDevice等函数

ICar* pCar = (ICar*)pUnk;

这样，我们拿到ICar指针才有意义。

但是微软认为，直接由用户来转型是不安全的，比如，你怎么知道pUnk一定可以转成ICar*呢。除此之外，ICar这个类不具有唯一性，我们需要唯一的一个标识符来确定一个类，那么这个标识符就是GUID。类ID就叫作CLSID，接口ID就叫作IID。我们需要一个转型的函数叫QueryInterface。

QueryInterface作为IUnknown中的一个纯虚函数，做的事情其实很简单，判断自己能不能转成某个GUID所指向的类而已。如果不可以，则返回E_NOTIMPL.可以的话返回S_OK，并将转换后的指针作为参数返回，代码类似如下，可以体会一下:
public class Car : IUnknown, ICar
{
HRESULT QueryInterface(REFIID riid, void **ppvObject)
{
if (ISEQUAL_IID(riid, IID_ICar)) //riid和ICar的IID相同，说明可以转换成ICar
{
*ppvObject = static_cast<ICar*>(this);
return S_OK;
}
else if (ISEQUAL_IID(riid, IID_IUnknown))
{
*ppvObject = static_cast<IUnknown*>(this);
return S_OK;
}
return E_NOTIMPL;
}
}
一个真正的QueryInterface要做的事情还要多一点，如增加引用计数等，这里就不多说了。

外部是这样调用：

ICar* pCar = NULL;

pUnk->QueryInterface(IID_ICar, (void**)&pCar);

这样，我们就从pUnk得到了个ICar*。

基于这种情况微软又做了封装,既然我每个类都有对应的ID了那么我的create函数是否可以统一化呢?

所以微软常见的create函数就被封装为了下面这种形式:
HRESULT CoCreateInstance([in]  REFCLSID  rclsid,[in]  LPUNKNOWN pUnkOuter,[in]  DWORD     dwClsContext,[in]  REFIID    riid,[out] LPVOID    *ppv
);
第一个参数：待创建组件的CLSID。

第二个参数：用于聚合组件。在d3d中用不上,不用了解,本文不再讨论

第三个参数：dwClsContext的作用是限定所创建的组件的执行上下文。在d3d中用不上,不用了解,本文不再讨论

第四个参数：iid为组件上待使用的接口的iid。

CoCreateInstance 将在最后一个参数中返回此接口的指针。通过将一个IID传给CoCreateInstance，客户将无需在创建组件之后去调用其QueryInterface函数。

第一个参数就是指定了,你所需要的类的clsid,第四个参数指定了你所需要的接口的iid,但是这时候又有问题了?我怎么知道我需要的clsid和iid是多少啊? chatgpt回答如下,因为本文只涉及到d3d中的com技术,而d3d中的com技术创建接口本身并不需要clsid,仅需要iid,而iid是可以通过msvc关键字__uuidof来获取的

但是! 注意! 对于d3d中的com技术均有特殊create函数使用,而不是依赖最普通最通用的CoCreateInstance函数,比如D3D12CreateDevice函数,所以我们并不需要去查询clsid,直接使用uuid去获取接口id即可!

到现在我们真正的搞懂了com技术现在来让我们看看com技术是如何在d3d中运用的吧,看一个小例子:

IUnknown* pDevice;
D3D12CreateDevice(nullptr, D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, __uuidof(ID3D12Device), (void**)&pDevice);
ID3D12Device* pDevice1;
pDevice->QueryInterface(__uuidof(ID3D12Device), (void**)&pDevice1);

现在我们就可以拿到pDevice1真正的子类指针去操作了!

恭喜你现在彻底搞懂了d3d中使用到的com技术!

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