C++ COM编程之接口背后的虚函数表

什么是虚函数表？

虚函数表（Virtual Function Table，简称 vtable）是 C++ 语言中实现动态多态（Runtime Polymorphism）的机制之一。每个类在其对象之中都有一个虚函数表，用于实现在多态情况下的函数调用。

什么是COM接口？

Component Object Model（简称COM）是微软公司提出的一种软件架构模型，用于编写可复用的组件，实现不同进程间的通信和交互。COM的编程模型主要是基于面向对象编程模型，其中接口是最重要的概念之一。一个COM接口是一系列函数的集合，它们可以被使用该接口的任何对象调用。

COM接口中的虚函数表

COM接口中的每一个接口都至少包含一个虚函数表指针，用于实现成员函数的动态绑定。虚函数表中包含了接口中所有虚函数地址的列表，每一个虚函数对应表中的一个表项。在调用虚函数时，编译器会通过虚函数表指针找到对应的虚函数地址并进行调用。

接口背后的虚函数表

在COM接口中，每个类都至少实现了一个接口。当一个对象被创建时，实际上是在内存中为该类对象分配了存储空间，并在该存储空间的前面额外添加了一个虚函数表指针。该指针指向了当前对象所实际实现的接口的虚函数表。因此，当对象调用实现的接口中的虚函数时，实际上是通过对象的虚函数表指针去查找对应虚函数地址，进行函数调用。因此，可以通过该对象的虚函数表指针，很容易地确定对象实际实现的接口。

示例1：查询C++对象中虚函数表指针的地址

class A {
public:
  virtual void foo() {}
};

int main() {
  A a;
  void* vtbl = *(void**)&a;
  std::cout << "vtbl address: " << vtbl << std::endl;
  return 0;
}

在该示例中，我们定义了一个包含虚函数 foo 的 A 类，并在 main 函数中创建了一个 A 类的对象 a。接下来，我们使用 C++ 强制类型转换将 a 对象的指针转换为指向指针的 void 指针，并获取其地址，并输出该地址。由于虚函数表指针是对象中第一个成员变量，因此该地址实际上是对象中虚函数表指针的地址。

示例2：查询COM对象中虚函数表指针的地址

class __declspec(uuid("{60986f3b-7b79-4f5d-9b3c-50a02866f218}")) ITest : IUnknown {
public:
  virtual void foo() = 0;
};

int main() {
  ITest* pTest;
  CoCreateInstance(CLSID_Test, nullptr, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_ITest, (void**)&pTest);

  void* vtbl = *(void**)pTest;
  std::cout << "vtbl address: " << vtbl << std::endl;

  pTest->Release();
  return 0;
}

在该示例中，我们定义了一个包含一个虚函数 foo 的 COM 接口 ITest，该接口继承自 IUnknown 接口。在 main 函数中，我们使用 CoCreateInstance 函数创建了一个 CLSID_Test 对应的 COM 对象，并将其查询为 ITest 接口的指针 pTest。接下来，我们使用 COM 对象中的虚函数表指针查询方式，获取 pTest 的虚函数表指针地址并输出。最后，我们调用 Release 函数释放 COM 对象。

总结

在COM编程中，了解接口背后的虚函数表是非常重要的，可以帮助我们更好地理解和使用COM接口。通过查询虚函数表指针的地址，我们可以很容易地确定对象实际实现的接口，从而更好地进行COM编程。