Лекция 12. основы компонентной объектной модели

Компонентная объектная модель (СОМ) — фундамент компонентно-ориентированных средств для всего семейства операционных систем Windows. Рассмотрение этой модели является иллюстрацией комплексного подхода к созданию и использованию компонентного программного обеспечения [5].

СОМ определяет стандартный механизм, с помощью которого одна часть программного обеспечения предоставляет свои услуги другой части. Общая архитектура предоставления услуг в библиотеках, приложениях, системном и сетевом программном обеспечении позволяет СОМ изменить подход к созданию программ.

СОМ устанавливает понятия и правила, необходимые для определения объектов и интерфейсов; кроме того, в ее состав входят программы, реализующие ключевые функции.

В СОМ любая часть ПО реализует свои услуги с помощью объектов СОМ. Каждый объект СОМ поддерживает несколько интерфейсов. Клиенты могут получить доступ к услугам объекта СОМ только через вызовы операций его интерфейсов — у них нет непосредственного доступа к данным объекта.

Представим объект СОМ с интерфейсом РаботаСФайлами. Пусть в этот интерфейс входят операции ОткрытьФайл, ЗаписатьФайл и ЗакрытьФайл. Если разработчик захочет ввести в объект СОМ поддержку преобразования форматов, то объекту потребуется еще один интерфейс ПреобразованиеФорматов, возможно, сединственной операцией ПреобразоватьФормат. Операции каждого из интерфейсов сообща предоставляют связанные друг с другом услуги: либо работу с файлами, либо преобразование их форматов.

Как показано на рис. 13.14, объект СОМ всегда реализуется внутри некоторого сервера. Сервер может быть либо динамически подключаемой библиотекой (DLL), подгружаемой во время работы приложения, либо отдельным самостоятельным процессом (ЕХЕ). Отметим, что здесь мы не будем применять графику языка UML, а воспользуемся принятыми в СОМ обозначениями.

Рис. 13.14.Организация объекта СОМ

Для вызова операции интерфейса клиент объекта СОМ должен получить указатель на его интерфейс. Клиенту требуется отдельный указатель для каждого интерфейса, операции которого он намерен вызывать. Например, как показано на рис. 13.15, клиенту нашего объекта СОМ нужен один указатель интерфейса для вызова операций интерфейса РаботаСФайлами, а другой — для вызова операций интерфейса ПреобразованиеФорматов.

Рис. 13.15.Доступ клиента к интерфейсам объекта СОМ

Получив указатель на нужный интерфейс, клиент может использовать услуги объекта, вызывая операции этого интерфейса. С точки зрения программиста, вызов операции аналогичен вызову локальной процедуры или функции. Но на самом деле исполняемый при этом код может быть частью или библиотеки, или отдельного процесса, или операционной системы (он даже может располагаться на другом компьютере).

Благодаря СОМ клиентам нет нужды учитывать эти отличия — доступ ко всему осуществляется единообразно. Другими словами, в СОМ для доступа к услугам, предоставляемым любыми типами ПО, используется одна общая модель.

Организация интерфейса СОМ

Каждый интерфейс объекта СОМ — контракт между этим объектом и его клиентами. Они обязуются: объект — поддерживать операции интерфейса в точном соответствии с его определениями, а клиент — корректно вызывать операции. Для обеспечения контракта надо задать:

q идентификацию каждого интерфейса;

q описание операций интерфейса;

q реализацию интерфейса.

Идентификация интерфейса

У каждого интерфейса СОМ два имени. Простое, символьное имя предназначено для людей, оно не уникально (допускается, чтобы это имя было одинаковым у двух интерфейсов). Другое, сложное имя предназначено для использования программами. Программное имя уникально, это позволяет точно идентифицировать интерфейс.

Принято, чтобы символьные имена СОМ-интерфейсов начинались с буквы I (от Interface). Например, упомянутый нами интерфейс для работы с файлами должен называться IРаботаСФайлами, а интерфейс преобразования их форматов — IПреобразованиеФорматов.

Программное имя любого интерфейса образуется с помощью глобально уникального идентификатора (globally unique identifier — GUID). GUID интерфейса считается идентификатором интерфейса (interface identifier — IID). GUID — это 16-байтовая величина (128-битовое число), генерируемая автоматически.

Уникальность во времени достигается за счет включения в каждый GUID метки времени, указателя момента создания. Уникальность в пространстве обеспечивается цифровыми параметрами компьютера, который использовался для генерации GUID.

Описание интерфейса

Для определения интерфейсов применяют специальный язык — язык описания интерфейсов (Interface Definition Language — IDL). Например, IDL-описание интерфейса для работы с файлами 1РаботаСФайлами имеет вид

[ object.

uuid(E7CDODOO-1827-11CF-9946-444553540000) ]

interface IРаботаСФайлами: IUnknown {

import "unknown.idl"

HRESULT ОткрытьФайп ([in] OLECHAR имя [31]);

HRESULT ЗаписатьФайл ([in] OLECHAR имя [31]);

HRESULT ЗакрытьФайл ([in] OLECHAR имя [31]);

}

Описание интерфейса начинается со слова object, отмечающего, что будут использоваться расширения, добавленные СОМ к оригинальному IDL. Далее записывается программное имя (IID интерфейса), оно начинается с ключевого слова uuid (Universal Unique Identifier — универсально уникальный идентификатор). UUID является синонимом термина GUID.

В третьей строке записывается имя интерфейса — РаботаСФайлами, за ним — двоеточие и имя другого интерфейса — IUnknown. Такая запись означает, что интерфейс РаботаСФайлами наследует все операции, определенные для интерфейса IUnknown, то есть клиент, у которого есть указатель на интерфейс IРаботаСФайлами, может вызывать и операции интерфейса IUnknown. IUnknown является главным интерфейсом для СОМ, все остальные интерфейсы — его наследники.

В четвертой строке указывается оператор import. Поскольку данный интерфейс наследует от IUnknown, может потребоваться IDL-описание для IUnknown. Аргумент оператора import указывает, в каком файле находится нужное описание.

Ниже в описании интерфейса приводятся имена и параметры трех операций — ОткрытьФайл, ЗаписатьФайл и ЗакрытьФайл. Все они возвращают величину типа HRESULT, указывающую корректность обработки вызова. Для каждого параметра в IDL приводится направление передачи (в данном примере in), тип и название.

Считается, что такого описания достаточно для заключения контракта между объектом СОМ и его клиентом.

По правилам СОМ запрещается любое изменение интерфейса (после его публикации). Для реализации изменений нужно вводить новый интерфейс. Такой интерфейс может быть наследником старого интерфейса, но отличен от него и имеет другое уникальное имя.

Значение правила запрета на изменение интерфейса трудно переоценить. Оно — залог стабильности работы в среде, где множество клиентов взаимодействует с множеством СОМ-объектов и где независимая модификация СОМ-объектов — обычное дело. Именно это правило позволяет клиентам старых версий не пострадать при введении новых версий СОМ-объектов. Новая версия обязана поддерживать и старый СОМ-интерфейс.

Реализация интерфейса

СОМ задает стандартный двоичный формат, который должен реализовать каждый СОМ-объект и для каждого интерфейса. Стандарт гарантирует, что любой клиент может вызывать операции любого объекта, причем независимо от языков программирования, на которых написаны клиент и объект.

Структуру интерфейса IРаботаСФайлами, соответствующую двоичному формату, «поясняет рис. 13.16.

Рис. 13.16.Внутренняя структура интерфейса IРаботаСФайлами

Внешний указатель на интерфейс (указатель клиента) ссылается на внутренний указатель объекта СОМ. Внутренний указатель — это адрес виртуальной таблицы. Виртуальная таблица содержит указатели на все операции интерфейса.

Первые три элемента виртуальной таблицы являются указателями на операции, унаследованные от интерфейса IUnknown. Видно, что на собственные операции интерфейса IРаботаСФайлами указывают 4-, 5- и 6-й элементы виртуальной таблицы. Такая ситуация типична для любого СОМ-интерфейса.

Обработка клиентского вызова выполняется в следующем порядке:

q с помощью указателя на виртуальную таблицу извлекается указатель на требуемую операцию интерфейса;

q указатель на операцию обеспечивает доступ к ее реализации;

q исполнение кода операции обеспечивает требуемую услугу.