COM接口聚合实现解惑（C++虚表）

最近看潘爱民的《COM原理与应用》，看到接口的聚合实现时，产生一个疑惑。COM的这个特性的背后隐藏着一个关于C++虚表的知识点。如果对C++的虚表没有一定的认识就会被绕进去，被搞得稀里糊涂。经过和朋友的一番探讨总算搞清楚。特整理成此文

我们知道支持被聚合使用的CA接口要实现一组和IUnknown接口一致的非委托Unknown接口，这一组接口完成实际的QueryInterface, AddRef 和 Release的工作。而真正的IUnknow接口的工作就仅仅是判断该对象是否是被聚合使用（通过一个指向IUnknown的指针成员m_pUnknownOuter），如果该对象被聚合使用（m_pUnknownOuter不等于Null）则将调用转向m_pUnknownOuter所指的外部对象CB.

CB在初始化时，聚合使用了CA。如下：

HRESULT CB::Init()
{
    IUnknown *pUnknownOuter = (IUnknown *)this;
    HRESULT result = ::CoCreateInstance(CLSID_CompA, pUnknownOuter,
                        CLSCTX_INPROC_SERVER,
                        IID_IUnknown, (void **)& m_pUnknownInner) ;
    if (FAILED(result))
            return E_FAIL;
    
    result = m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_SomeInterface, (void **)&m_pCAInterface);
        if (FAILED(result))
    {
        m_pUnknownInner->Release();
        return E_FAIL;
    }

    pUnknownOuter->Release();
    return S_OK;
}

1) CB调用CoCreateInstance聚合使用CA时，CB的m_pUnknownInner指向了CA对象，而CA对象的m_pUnknownOuter成员也指向了CB对象。

2) CB调用m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_CAInterface, (void **)&m_pCAInterface); 来请求CA的接口，CA的QueryInterface如下：

HRESULT CA::QueryInterface(const IID& iid, void **ppv)
{
    if  ( m_pUnknownOuter != NULL )
    {
        return m_pUnknownOuter->QueryInterface(iid, ppv);
    }
    else
    {
        return NondelegationQueryInterface(iid, ppv);
    }
}

由于CA对象的m_pUnknownOuter不等于Null, 调用将被转到CB （return m_pUnknownOuter->QueryInterface(iid, ppv);）
那么来看看CB的QueryInterface：

HRESULT CB::QueryInterface(const IID& iid, void **ppv)
{
    if ( iid == IID_IUnknown )
    {
        *ppv = (IUnknown *) this ;
        ((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
    } else if ( iid == IID_OtherInterface )
    {
        *ppv = (IOtherInterface *) this ;
        ((IOtherInterface *)(*ppv))->AddRef() ;
    } else if ( iid == IID_SomeInterface)
    {
        return m_pUnknownInner->QueryInterface(iid, ppv) ;
    } else
    {
        *ppv = NULL;
        return E_NOINTERFACE ;
    }
    return S_OK;
}

CB又将调用转给了CA, CA又再转给CB，，， 死循环！！

不过，实际上，例子程序运行正常，并没有产生死循环。这当中发生了一些我们不知道的事情。这就是C++的虚表在作怪！下来，我们来分析为什么程序运行时没有进入死循环。

先给出CA的定义：
class INondelegatingUnknown
{
public:
  virtual HRESULT  __stdcall  NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv) = 0 ;
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegatingAddRef() = 0;
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegationRelease() = 0;
};

class CA : public ISomeInterface, public INondelegatingUnknown
{
protected:
     ULONG           m_Ref;

public:
     CA(IUnknown *pUnknownOuter);
     ~CA();

public :
    // Delegating IUnknown
    virtual HRESULT      __stdcall  QueryInterface(const IID& iid, void **ppv) ;
    virtual ULONG      __stdcall  AddRef() ;
    virtual ULONG      __stdcall  Release() ;

    // Nondelegating IUnknown
    virtual HRESULT   __stdcall  NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv);
    virtual ULONG      __stdcall  NondelegatingAddRef();
    virtual ULONG      __stdcall  NondelegationRelease();

    virtual HRESULT __stdcall SomeFunction( ) ;

    private :
        IUnknown  *m_pUnknownOuter;  // pointer to outer IUnknown
};

仔细读《COM原理与应用》第105页，第4行。“(2) CoCreateInstance函数返回之后，得到了m_pUnknownInner指针，指向对象Ａ的非委托IUnknown。”
在CB的Init中，虽然m_pUnknownInner是一个IUnknow*指针，但得到的是Nondelegating IUnknown接口，而不是IUnknown接口。
所以在后面的第二步 result = m_pUnknownInner->QueryInterface(IID_SomeInterface, (void **)&m_pCAInterface); 时实际被调用的是NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv);

请仔细看CA的Nondelegating IUnknown接口实现：
HRESULT CA::NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv)
{
    if ( iid == IID_IUnknown )
    {
       *ppv = (INondelegatingUnknown *) this ;
         ((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
    } else if ( iid == IID_SomeInterface )
    {
        *ppv = (ISomeInterface *) this ;
        ((ISomeInterface *)(*ppv))->AddRef() ;
    }
    else
    {
        *ppv = NULL;
        return E_NOINTERFACE ;
    }
    return S_OK;
}

那么这究竟是怎么做到的呢？！毕竟m_pUnknownInner是一个IUnknow*指针，而且在CB中，我们是这样调用的m_pUnknownInner->QueryInterface，用得是QueryInterface！而不是NondelegationQueryInterface！怎么会调用到NondelegationQueryInterface呢？
在讲出为什么之前，请大家试用改一下例子程序，把NondelegationQueryInterface的次序小小地调整一下。如下：

class INondelegatingUnknown
{
public:
  virtual HRESULT  __stdcall  NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv) = 0 ;
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegatingAddRef() = 0;
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegationRelease() = 0;
};
变成：
class INondelegatingUnknown
{
public:
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegatingAddRef() = 0;
  virtual HRESULT  __stdcall  NondelegationQueryInterface(const IID& iid, void **ppv) = 0 ;
    virtual ULONG     __stdcall  NondelegationRelease() = 0;
};

然后再运行代码，相信你一定会运行时出错的。这是因为我们在CB中调用m_pUnknownInner->QueryInterface这一句时，并不仅仅是根据函数名QueryInterface来调用函数的，因为CA是一个有虚函数的对象，所以在CA对象中存在一个虚表，当调用函数时，首先是根据函数名来计算函数在虚表中的索引值，然后再用这个索引到虚表中去调用实现的函数。因为QueryInterface在IUnknown中是第一个被定义的，所以它在虚表中的索引是0，当调用m_pUnknownInner->QueryInterface时，会去调用虚表中的第一个函数，由于我们改变了INondelegatingUnknown定义的顺序，INondelegatingUnknown的虚表中的第一个函数是NondelegatingAddRef，它是没有参数的。所以当发生带着两个参数的调用时，产生了运行时的错误！

讲到这里，问题好像清楚了，又好像有哪里没说明白。到底是哪个虚表？哪个对象的虚表？

其实，在我们的讨论中只有两个对象，一个CB,一个CA其他的什么IUnknown,INondelegatingUnknown,ISomeInterface只不过是接口而已。很显然CB我们不用关心，主要是CA。

基本上，CA的对象应该是这副德性：

我们注意CA::NondelegationQueryInterface的实现中
if ( iid == IID_IUnknown )
    {
       *ppv = (INondelegatingUnknown *) this ;
         ((IUnknown *)(*ppv))->AddRef() ;
    }
这里对this做了一次强制转换，(INondelegatingUnknown *) this 表达式的结果就仅仅是INondelegatingUnknown虚表的指针。而*ppv需要的正好仅仅是这个虚表的指针。所以在在CB中调用m_pUnknownInner->QueryInterface，程序去找虚表中的第一项。所以实际被调用的就是CA::NondelegationQueryInterface。