.NET组件 vs. COM组件

写在前面：我没有开发过COM组件的经验，只是在做文献综述的时候需要了解这方面的知识，所以如果哪里说错了或者是我理解错了，还希望大家可以指出，谢谢。我不是程序员也不是计算机专业，只是课题偏了这个方向，因此很多基础概念或许有理解错，真心希望可以得到大家的指正，再次感谢。

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COM object以接口的方式向客户端提供服务。一个COM component可以包含多个COM object，一个COM object可以有多个接口，其关系如图1所示。

图1 COM组件、COM对象和接口关系

在Windows OS上，COM组件以.dll或者.exe的文件形式存在。其中.dll是进程内组件（in-process component），.exe是进程外组件（out-process component）。进程内组件意味着该组件会被加载到客户端所在的进程中，而进程外组件则意味着该组件会被加载到一个新的进程中。

二进制接口是COM组件中的重要概念，正是因为存在binary interface compatibility, 组件的开发语言不受限制，不一定非得是C/C++。接口是用Microsoft Interface Definition Language (MIDL)描述的。每个接口有唯一标识，使用IID（interface identifier）命名。接口都需要继承自IUnknown接口，该接口提供了对接口的生存期控制和接口查询。下面是一个用MIDL描述的接口的例子：

interface IWithdraw : IUnknown
{
    HRESULT Withdraw([in] Bank bank, [in] Integer amount, [out, retval] int* balance);
};

每个COM object也有一个唯一标识，用CLSID表示。客户端通过COM库和类厂成功创建了对象的实例后，会得到一个指向COM object某个接口的指针（pointer），该指针实际上又指向了另一个指针（interface pointer），第二个指针指向一组函数，称为接口函数表或虚函数表（virtual table pointer），如图2所示。

图2 接口结构

COM component使用前需要先注册。组件程序把它所实现的COM object的信息以及接口信息都保存在注册表中，然后COM库通过系统注册表所提供的信息进行组件的创建工作。

在组件的创建工作中，还需要用到类厂（class factory）。类厂本身也是一个COM object，它支持一个特殊的接口IClassFactory，其定义如下：

class IClassFactory : public IUnknown
{
    virtual HRESULT_stdcall CreateInstance(IUnknown *pUnknownOuter, const IID&iid, void**ppv) = 0;
    virtual HRESULT_stdcall LockServer(BOOL bLock) = 0;
};

其中，CreateInstance用于创建对应的COM对象。那么，客户端创建COM对象的过程就应该是：

• 客户端调用COM库中CoCreateInstance函数或者CoGetClassObject函数
• COM库从注册表中找到相应的DLL程序并载入到进程中
• 调用组件程序中DllGetClassObject函数，创建类厂，并把类厂接口指针返回给CoGetClassObject函数或者CoCreateInstance函数
• 然后创建类厂对象，进而类厂创建COM对象，类厂把COM对象返回给CoGetClassObject函数或者CoCreateInstance函数，最后客户端可以直接调用COM对象。

COM组件支持两种方式的重用，分别是包容（containment/delegation）和聚合(aggregation)，如图3所示。

 a) containment  b) aggregation

图3 COM组件的两种重用方法

Containment。对象A包含在对象B中，客户端想要调用对象A中的方法时，需要通过对象B来调用。

Aggregation。对象A的接口暴露在对象B的外面。当客户端想要调用对象A中的方法时，直接调用。但是客户端并不知道对象A的存在。

 

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 .NET中使用的是程序集（assembly）这个概念。使用C#编写的程序编译后成为程序集（.dll或者.exe格式的文件）。程序集的组成如图4所示。

 图4 程序集的组成

其中，程序集列表是必须有的（assembly manifest）。程序集列表包括该程序集元数据，例如与指定程序集版本要求、安全标识所需的所有元数据，以及定义程序集范围和解析对资源和类的引用所需的所有元数据。

程序集列表中的内容包括：

assembly name、version number、culture、strong name information （这四项组成了程序集的标识）、list of all files in the assembly、type reference information、information on referenced assemblies

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/app-domains/assembly-manifest

程序集中无需使用IDL文件来定义组件接口的信息，取而代之的是元数据（metadata）。元数据包括程序集的一切基本信息，比如版本、类型、命名空间、依赖的其他程序集信息等。一个.dll文件中的元数据信息可以通过reflection获取(包括命名空间、类、属性、方法等)。编译器会自动地把程序中的这些相关信息封装在程序集的元数据中。因此，可以说程序集是一种自描述的组件。元数据的使用也使得程序集无需像COM组件，在使用前需要注册。详情可见：

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/metadata-and-self-describing-components

MSIL code是指程序集会首先被编译成一种微软中间语言（Microsoft Intermediate Language），程序无论是用C#写还是VB写，编译成IL都是等效的。.NET平台是建立在CLR（Common Language Runtime）基础上的，也就是说用C#写的程序要经历过两次译码才能在机器上运行，这与C++是不一样的。第一次译码是转换成IL，第二次才是转换成与操作系统相匹配的二进制指令。第二次是CLR负责的。这样运行在CLR基础上的被称为托管代码，而COM组件则是用非托管代码实现的。

resources就是指程序集包含的一些可用资源，这些资源在程序集运行时是可以使用的，包括字符串、图片以及特殊文件等。

因此，.NET组件（assembly）与COM组件相比具有自描述、自包含的特点。其在使用时无需注册，在创建时也无需使用COM库和类工厂，接口定义和实现也不是分开的。

COM组件的二进制兼容性是通过使用接口指针和虚函数表实现的，而.NET组件的二进制兼容性是通过使用元数据实现的。