为啥在具有多个接口() 的对象中实现 QueryInterface() 时我需要显式向上转换

Posted 2023-03-29

【中文标题】为啥在具有多个接口() 的对象中实现 QueryInterface() 时我需要显式向上转换

【英文标题】：Why exactly do I need an explicit upcast when implementing QueryInterface() in an object with multiple interfaces()为什么在具有多个接口() 的对象中实现 QueryInterface() 时我需要显式向上转换

【发布时间】：2010-12-17 02:28:53

【问题描述】：

假设我有一个实现两个或多个 COM 接口的类：

class CMyClass : public IInterface1, public IInterface2 
;

我看到的几乎所有文档都表明，当我为 IUnknown 实现 QueryInterface() 时，我明确地将 this 指针向上转换为其中一个接口：

if( iid == __uuidof( IUnknown ) ) 
     *ppv = static_cast<IInterface1>( this );
     //call Addref(), return S_OK

问题是为什么我不能直接复制这个？

if( iid == __uuidof( IUnknown ) ) 
     *ppv = this;
     //call Addref(), return S_OK

文档通常说，如果我这样做，我将违反对同一对象的任何 QueryInterface() 调用必须返回完全相同的值的要求。

我不太明白。他们的意思是，如果我对 IInterface2 进行 QI() 并通过该指针调用 QueryInterface()，C++ 将传递 this 与如果我对 IInterface2 进行 QI() 略有不同，因为 C++ 每次都会使 this 指向一个子对象？

【问题讨论】：

void** 在 QueryInterface() 示例中像往常一样。

也是如此：C* c = static_cast(this);保证指向正确子类的指针？还是我必须使用 dynamic_cast？

static_cast 如果您转换为基类就足够了 - 编译器有足够的数据在编译期间进行所有必要的调整。编译器将拒绝对派生类执行 static_cast，但 dynamic_cast 仍然可以成功。

根据你的建议*ppv = this 将指向基地？我在标准中找不到任何可以证实这一点的东西。可以吗？

*ppv = static_cast<IInterface1>( this ); 甚至这个语句也会导致未定义的行为，因为当类具有非标准布局时，标准不保证指针不可转换（即您将指针返回到 IInterface1，而不是 @987654327 @，只是假设它会是相同的）。而CMyClass 是一个非标准的布局类，原因有很多。在 10 年过去之后，我很高兴您能分享您目前对此事的了解。

【参考方案1】：

问题在于*ppv 通常是void* - 直接将this 分配给它只会获取现有的this 指针并给*ppv 它的值（因为所有指针都可以转换为void*)。

这不是单继承的问题，因为单继承的基指针对于所有类总是相同的（因为 vtable 只是为派生类扩展）。

但是 - 对于多重继承，您实际上最终会得到多个基指针，具体取决于您正在谈论的类的“视图”！这样做的原因是，通过多重继承，您不能只扩展 vtable - 您需要多个 vtable，具体取决于您正在谈论的分支。

因此您需要强制转换 this 指针以确保编译器将正确的基指针（用于正确的 vtable）放入 *ppv。

这是一个单继承的例子：

class A 
  virtual void fa0();
  virtual void fa1();
  int a0;
;

class B : public A 
  virtual void fb0();
  virtual void fb1();
  int b0;
;

A 的 vtable：

[0] fa0
[1] fa1

用于 B 的 vtable：

[0] fa0
[1] fa1
[2] fb0
[3] fb1

请注意，如果您有 B 虚拟表，并且您将其视为 A 虚拟表，它就可以正常工作 - A 成员的偏移量正是您所期望的。

这是一个使用多重继承的示例（使用上面的 A 和 B 的定义）（注意：只是一个示例 - 实现可能会有所不同）：

class C 
  virtual void fc0();
  virtual void fc1();
  int c0;
;

class D : public B, public C 
  virtual void fd0();
  virtual void fd1();
  int d0;
;

用于 C 的 vtable：

[0] fc0
[1] fc1

用于 D 的 vtable：

@A:
[0] fa0
[1] fa1
[2] fb0
[3] fb1
[4] fd0
[5] fd1

@C:
[0] fc0
[1] fc1
[2] fd0
[3] fd1

以及D的实际内存布局：

[0] @A vtable
[1] a0
[2] b0
[3] @C vtable
[4] c0
[5] d0

请注意，如果您将D vtable 视为A，它将起作用（这是巧合-您不能依赖它）。但是 - 如果您在调用 c0（编译器期望在 vtable 的插槽 0 中）时将 D vtable 视为 C，您将突然调用 a0！

当您在D 上调用c0 时，编译器实际上会传递一个虚假的this 指针，该指针具有一个看起来与C 相同的vtable。

因此，当您在D 上调用C 函数时，它需要在调用该函数之前将vtable 调整为指向D 对象的中间（在@C vtable）。

【讨论】：

“取决于哪个视图”是否归结为“使用什么类型的指针调用QueryInterface()”？

基本上是的——调用者期望返回一个对象，该对象具有与他们期望的完全一样的 vtable 布局。然而 - 因为他们只是传递一个 void** 没有编译器强制类型安全（或隐式转换）。

很有趣，但是我想在 D 实例中实际上有 2 个 _vpointer，例如 @a0 A B @c0 C D，其中 A、B、C 和 D 实现了每个类的实际属性。如果您对涉及 MI 时的实际内存布局（对于给定的编译器）有更详细的解释，我将不胜感激。

@Matthiue M. - 正确 - 在 D 实例中会有 2 个 vtable。我稍微更新了描述以包含D 的示例内存布局。白板会更好... :)

【参考方案2】：

您正在执行 COM 编程，因此在了解 QueryInterface 以这种方式实现的原因之前，需要回忆一些关于您的代码的事情。

IInterface1 和 IInterface2 都是 IUnknown 的后代，我们假设两者都不是另一个的后代。 当对象调用QueryInterface(IID_IUnknown, (void**)&intf) 时，intf 将被声明为IUnknown* 类型。 您的对象有多个“视图”——接口指针——可以通过其中任何一个调用QueryInterface。

由于第 3 点，this 的值在您的 QueryInterface 定义中可能会有所不同。通过IInterface1 指针调用函数，this 将具有与通过IInterface2 指针调用不同的值。在任何一种情况下，this 都会因为第 #1 点而持有IUnknown* 类型的有效指针，所以如果您简单地分配*ppv = this，调用者会很高兴，从 C++ 的角度来看。您已经将 IUnknown* 类型的值存储到相同类型的变量中（参见第 2 点），所以一切都很好。

然而，COM 的规则比普通的 C++ 更强。特别是，它要求对对象的IUnknown 接口的任何请求都必须返回相同的指针，无论该对象的哪个“视图”用于调用查询。因此，您的对象始终仅将this 分配给*ppv 是不够的。有时调用者会得到IInterface1 版本，有时他们会得到IInterface2 版本。正确的 COM 实现需要确保它返回一致的结果。它通常会有一个if-else 梯形图检查所有支持的接口，但其中一个条件将检查两个接口而不是一个，第二个是IUnknown：

if (iid == IID_IUnknown || iid == IID_IInterface1) 
  *ppv = static_cast<IInterface1*>(this);
 else if (iid == IID_IInterface2) 
  *ppv = static_cast<IInterface2*>(this);
 else 
  *ppv = NULL;
  return E_NOINTERFACE;

AddRef();
return S_OK;

IUnknown 检查与哪个接口分组无关紧要，只要在对象仍然存在时分组不会改变，但你真的必须竭尽全力才能做到这一点。

【讨论】：

我认为你错了。 This 将始终相同，因为所有方法都是虚拟的，纯虚拟 QueryInterface 的实际实现属于最派生类（从 COM 角度来看是对象）。

在基类的方法不是虚拟的并且基类有自己的实现并使用其this 的情况下可能会有所不同。请在上述场景中编译并检查this 地址，因为如果我是对的，那么您的答案就会产生误导。