基于COM的轻量级组件技术的简单实现

0  引言

在软件开发中，组件是一些小的二进制可执行程序，它们可以给应用程序、操作系统以及其他组件提供服务。实际应用中主要采用COM技术开发软件组件。这是由Microsoft提出的一种组件标准，它定义了组件程序之间进行交互的标准。标准的COM技术主要用于Microsoft Windows平台，是windows操作系统和各种应用软件的结构基础，其突出优点是软件之间直接通过二进制接口进行通讯。   

开发自定义的COM组件就如同开发动态的、面向对象的API。多个COM对象可以链接起来形成应用程序或组件系统。组件可以在运行时刻，并在不被重新链接或编译应用程序的情况下被卸下或替换掉。

要实现基于COM标准的跨平台轻量级组件，需要满足三个条件：

一是源代码级跨平台，可以在LINUX和WINDOWS上使用；

二是像容器一样的管理组件DLL／SO；

三是功能组件化。

在工控系统组态过程中，通常存在着人际界面软件开发周期长，维护困难，升级不便等缺点，为了增强组态软件的行业竞争力，希望从软件开发模式上改变当前系统软件的缺陷，同时为了适应系统软件跨平台的需要，根据COM标准组件技术，并结合QT、以及组态人机界面软件自身的特点，可以实现轻量级组件技术。本文所述的轻量级组件技术就是以COM标准为基础的，并根据实际的应用环境做了某些改变。

1  轻量级组件各部分的协作关系

跨平台轻量级组件技术可以COM标准为基础来实现，可先定制Com库，并确定编写组件的规范。

轻量级组件技术使用的是分层结构，该结构通常可分为客户端、Com库、组件端三个层。图1所示是其轻量级组件的结构图。其中，组件端用于提供功能和接口；COM库负责组件和客户端的通信，客户端则通过Com库创建组件，并调用组件接口。 
 

它们三部分一般通过接口进行通信，其具体过程如图2所示。

在实际应用中，Com库一般可由图3所示两部分构成。实际上，图3中的Comku是一个动态库，负责提供最核心的功能：ExtensionSystem静态库是对Comku的封装，为了使用方便，它同时提供了生成插件接口的宏以及CPluginManager类中的接口函数。下文中如不特别指明，Com库均表示单一的动态库。

整个组态的人机界面软件是在QT中实现的，因此组件的核心库也需要使用QT来实现。QT是一个多平台的C++图形用户界面应用程序框架。它可以提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所有功能。QT是完全面向对象的、很容易扩展、且可支持源代码的级跨平台。直接在QT环境中实现轻量级组件技术，以达到跨平台的目的。实际上，组件库本身并不依赖于QT环境。

2 Com库的原理及功能

对于使用了轻量级组件技术的应用程序，Com库主要用来管理插件DLL、创建和销毁组件指针，它像容器一样，可以保存当前应用程序中用到的插件信息和接口信息，并在用户需要的时候返回正确的插件接口指针。

2.1  管理组件的功能

Com库中可维护两个链表，分别用于存放插件DLL的信息和接口信息。

每次使用Com库加载的DLL信息都将记录到插件链表中。在为用户创建接口前，还需要查询插件链表，以判断该插件是否已经被加载，如已加载，便可直接使用，不需要重新加载，这样可以节省系统开销。由于在应用中加载的插件数目有限，因此，查询链表花费的时间代价可以忽略，图4所示为存放插件信息的结构。其中CLASS_TABLE结构存放插件DLL的信息。接口链表可用来保存成功返回给用户的插件接口。用户申请接口时，Com库先在接口链表中查找该接口，如果已经存在，则直接返回，这样可以节省创建接口的时间，也可以有效地控制接口对象的数目。

图5所示是CIMPL结构用于存放插件接口的信息。

释放这两个链表的过程就是释放组件资源的过程。在COM标准中，资源管理是通过一个由接口自己负责的资源计数器完成的。在轻量级组件技术中，根据应用需要，每个接口只需要一个接口指针，而不需要资源计数器，释放资源的任务由Com库完成。当应用程序关闭时，可将两个资源链表中的接口对象删除，并将组件DLL／SO卸载。

2.2  创建插件接口指针

Com库的核心功能就是创建组件接口指针。

创建组件接口指针的函数为CoCreateInstance，它具有图6所示的三个参数。其创建过程如图7所示。

2.3 ExtensionSystem静态库

ExtensionSystem静态库中已加载了Com库，并将Com库的创建接口指针函数封装成接口。这样，客户端在使用时，就不需要关注Com库的具体位置，而可以直接调用ExtensionSystem的接口来获取插件接口指针。

2.4  配置文件

配置文件主要用来标识当前程序所需要加载的组件，以及组件的位置。配置文件可分为两部分：

第一部分用于标识加载的组件和加载顺序；第二部分用于标识组件的位置。图8所示是配置文件的信息示意图。

DLL／SO组件编写规则

轻量级组件技术要求组件DLL／SO应按照约定的格式编写，只有组件库加载后，才能为客户端创建组件接口指针。

一个类似于IUnknown的基接口，通常是所有接口都需要继承的，其代码如下：

Release函数可用来释放组件接口对象。

每个DU／SO中都需要有一个类实现IPlugin接口，该类称为组件类，Init函数在ExtensionSysten中被调用时，可以在其中完成组件的初始化工作，其具体代码如下：

   
每个组件DLL／SO都需要导出一个创建接口的函数，形式如下：

4  结束语

QT本身提供有插件机制，但是，加载方式对用户是不可见的，因此，出现问题后，往往不利于调试。而本文所述的组件编写方式和加载方式使用约定的形式，这种形式并不局限于QT中，而是在支持标准c++的编译环境中都可以使用，因而是一种通用的轻量级组件技术。