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C++ COM编程学习详解攻略

什么是COM？

COM（Component Object Model）是一种面向对象的软件组件技术，主要用于在不同的应用程序之间通信。使用COM，你可以编写可重用的软件组件，这些组件可以跨越不同的编程语言，操作系统和网络。COM最初是由Microsoft开发的。

学习COM的前提条件

  • 了解C++语言，并熟练掌握面向对象编程。
  • 具备基本的Windows编程知识，例如Windows消息循环、窗口及控件的操作等。
  • 了解COM相关的基本概念，例如接口、类工厂等。

COM编程基本步骤

  1. 设计COM接口和实现类
  2. 在COM中，接口是对象与外部世界进行交互的唯一方式。需要先设计接口，然后再根据接口定义实现类。

  3. 接口可以使用IDL（Interface Definition Language）定义，也可以使用C++定义。

  4. 实现COM对象

  5. 实现COM对象要实现接口，同时需要了解对象的生命周期和资源管理方法。

  6. 注册COM组件

  7. 注册COM组件需要使用注册表。注册表可以使用系统提供的RegEdit.exe工具查看和编辑，也可以使用编程语言访问。

  8. 创建COM对象

  9. 在客户端程序中，需要实例化COM对象并调用其提供的接口。

示例一：计算器COM组件

以下是一个简单的计算器组件，包含加、减、乘、除四个操作。

1. 设计接口

[object, uuid(b5c61d71-29b4-487d-a198-50842ac0cd33)]
interface ICalculator : IUnknown
{
    HRESULT Add(double a, double b, [out] double* result);
    HRESULT Subtract(double a, double b, [out] double* result);
    HRESULT Multiply(double a, double b, [out] double* result);
    HRESULT Divide(double a, double b, [out] double* result);
};

定义了四个方法Add、Subtract、Multiply、Divide，每个方法都有两个输入参数和一个输出参数。其中第三个参数是一个指向输出结果的指针。

2. 实现类

#include <windows.h>
#include "Calculator.h"

class Calculator : public ICalculator
{
public:
    Calculator() :
        m_refCount(1)
    {}

    // IUnknown methods
    HRESULT STDMETHODCALLTYPE QueryInterface(REFIID riid, void** ppvObject)
    {
        if (riid == __uuidof(ICalculator) || riid == __uuidof(IUnknown))
        {
            *ppvObject = this;
            AddRef();
            return S_OK;
        }
        *ppvObject = nullptr;
        return E_NOINTERFACE;
    }

    ULONG STDMETHODCALLTYPE AddRef()
    {
        return InterlockedIncrement(&m_refCount);
    }

    ULONG STDMETHODCALLTYPE Release()
    {
        ULONG count = InterlockedDecrement(&m_refCount);
        if (count == 0)
        {
            delete this;
        }
        return count;
    }

    // ICalculator methods
    HRESULT STDMETHODCALLTYPE Add(double a, double b, double* result)
    {
        *result = a + b;
        return S_OK;
    }

    HRESULT STDMETHODCALLTYPE Subtract(double a, double b, double* result)
    {
        *result = a - b;
        return S_OK;
    }

    HRESULT STDMETHODCALLTYPE Multiply(double a, double b, double* result)
    {
        *result = a * b;
        return S_OK;
    }

    HRESULT STDMETHODCALLTYPE Divide(double a, double b, double* result)
    {
        if (b == 0)
        {
            return E_INVALIDARG;
        }
        *result = a / b;
        return S_OK;
    }

private:
    ULONG m_refCount;
};

实现了ICalculator接口，其中QueryInterface、AddRef和Release方法是实现IUnknown接口所必需的。对象的引用计数由m_refCount维护。

3. 注册COM组件

需要在注册表中添加以下记录：

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{B5C61D71-29B4-487D-A198-50842AC0CD33}]
@="Calculator"

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{B5C61D71-29B4-487D-A198-50842AC0CD33}\InProcServer32]
@="C:\\calc.dll"
"ThreadingModel"="Apartment"

其中{B5C61D71-29B4-487D-A198-50842AC0CD33}是所分配的GUID，C:\calc.dll是计算器组件的实现文件路径。

4. 创建COM对象

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include "Calculator.h"

int main()
{
    // 初始化COM
    CoInitialize(nullptr);

    // 创建COM对象
    ICalculator* calculator = nullptr;
    HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_Calculator, nullptr, CLSCTX_INPROC_SERVER,
        IID_ICalculator, (LPVOID*)&calculator);

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        double result = 0;
        calculator->Add(2, 3, &result);
        std::cout << "2 + 3 = " result << std::endl;

        calculator->Subtract(4, 1, &result);
        std::cout << "4 - 1 = " << result << std::endl;

        calculator->Multiply(2, 4, &result);
        std::cout << "2 * 4 = " << result << std::endl;

        calculator->Divide(8, 2, &result);
        std::cout << "8 / 2 = " << result << std::endl;

        calculator->Release();
    }

    // 反初始化COM
    CoUninitialize();

    return 0;
}

在程序中，使用CoCreateInstance方法实例化COM对象，调用其接口方法完成四则运算。

示例二：主机监视器COM组件

另一个示例是一个主机监视器组件，用于获取电脑的CPU使用率和内存占用情况。

1. 设计接口

[object, uuid(4589bac9-b3e9-4bcf-9987-3d5c8cf842bb)]
interface IHostMonitor : IUnknown
{
    HRESULT GetCpuUsage([out] double* usage);
    HRESULT GetMemoryUsage([out] double* usage);
};

定义了两个方法GetCpuUsage和GetMemoryUsage。

2. 实现类

#include <windows.h>
#include "HostMonitor.h"

static const int SAMPLING_TIME = 1000;

class HostMonitor : public IHostMonitor
{
public:
    HostMonitor() :
        m_refCount(1)
    {
        m_lastIdleTime.QuadPart = 0;
        m_lastKernelTime.QuadPart = 0;
        m_lastUserTime.QuadPart = 0;

        MEMORYSTATUSEX mem;
        mem.dwLength = sizeof(mem);
        GlobalMemoryStatusEx(&mem);
        m_totalMemory = mem.ullTotalPhys;
    }

    // IUnknown methods
    HRESULT STDMETHODCALLTYPE QueryInterface(REFIID riid, void** ppvObject)
    {
        if (riid == __uuidof(IHostMonitor) || riid == __uuidof(IUnknown))
        {
            *ppvObject = this;
            AddRef();
            return S_OK;
        }
        *ppvObject = nullptr;
        return E_NOINTERFACE;
    }

    ULONG STDMETHODCALLTYPE AddRef()
    {
        return InterlockedIncrement(&m_refCount);
    }

    ULONG STDMETHODCALLTYPE Release()
    {
        ULONG count = InterlockedDecrement(&m_refCount);
        if (count == 0)
        {
            delete this;
        }
        return count;
    }

    // IHostMonitor methods
    HRESULT STDMETHODCALLTYPE GetCpuUsage(double* usage)
    {
        FILETIME idleTime, kernelTime, userTime;
        if (GetSystemTimes(&idleTime, &kernelTime, &userTime))
        {
            __int64 deltaIdleTime = SubtractTimes(idleTime, m_lastIdleTime);
            __int64 deltaKernelTime = SubtractTimes(kernelTime, m_lastKernelTime);
            __int64 deltaUserTime = SubtractTimes(userTime, m_lastUserTime);

            if (deltaKernelTime + deltaUserTime > 0)
            {
                *usage = 1.0 - (double)deltaIdleTime / (double)(deltaKernelTime + deltaUserTime);
                *usage *= 100;
            }

            m_lastIdleTime = idleTime;
            m_lastKernelTime = kernelTime;
            m_lastUserTime = userTime;
        }

        return S_OK;
    }

    HRESULT STDMETHODCALLTYPE GetMemoryUsage(double* usage)
    {
        MEMORYSTATUSEX mem;
        mem.dwLength = sizeof(mem);
        if (GlobalMemoryStatusEx(&mem))
        {
            *usage = (double)(m_totalMemory - mem.ullAvailPhys) / (double)m_totalMemory;
            *usage *= 100;
        }

        return S_OK;
    }

private:
    ULONG m_refCount;
    FILETIME m_lastIdleTime;
    FILETIME m_lastKernelTime;
    FILETIME m_lastUserTime;
    unsigned long long m_totalMemory;

    __int64 SubtractTimes(const FILETIME& ft1, const FILETIME& ft2)
    {
        ULARGE_INTEGER u1, u2;
        u1.LowPart = ft1.dwLowDateTime;
        u1.HighPart = ft1.dwHighDateTime;
        u2.LowPart = ft2.dwLowDateTime;
        u2.HighPart = ft2.dwHighDateTime;
        return u1.QuadPart - u2.QuadPart;
    }
};

该类实现了IHostMonitor接口，其中GetCpuUsage方法获取CPU使用率，GetMemoryUsage方法获取内存占用情况。在GetCpuUsage方法中，使用GetSystemTimes方法获取了系统的运行时间，计算出CPU使用率。

3. 注册COM组件

与上一个示例类似，需要在注册表中添加以下记录：

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{4589BAC9-B3E9-4BCF-9987-3D5C8CF842BB}]
@="HostMonitor"

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{4589BAC9-B3E9-4BCF-9987-3D5C8CF842BB}\InProcServer32]
@="C:\\host.dll"
"ThreadingModel"="Apartment"

4. 创建COM对象

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include "HostMonitor.h"

int main()
{
    // 初始化COM
    CoInitialize(nullptr);

    // 创建COM对象
    IHostMonitor* monitor = nullptr;
    HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_HostMonitor, nullptr, CLSCTX_INPROC_SERVER,
        IID_IHostMonitor, (LPVOID*)&monitor);

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        double cpuUsage = 0;
        monitor->GetCpuUsage(&cpuUsage);
        std::cout << "CPU:" << cpuUsage << "%" << std::endl;

        double memoryUsage = 0;
        monitor->GetMemoryUsage(&memoryUsage);
        std::cout << "Memory:" << memoryUsage << "%" << std::endl;

        monitor->Release();
    }

    // 反初始化COM
    CoUninitialize();

    return 0;
}

在程序中，使用CoCreateInstance方法实例化COM对象，调用其接口方法完成获取CPU使用率和内存占用情况。

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