Delphi接口的底層實現(xiàn)教學(xué)文案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Delphi接口的底層實現(xiàn)-Delphi接口的底層實現(xiàn)引言接口是面向?qū)ο蟪绦蛘Z言中一個很重要的元素，它被描述為一組服務(wù)的集合，對于客戶端來說，我們關(guān)心的只是提供的服務(wù)，而不必關(guān)心服務(wù)是如何實現(xiàn)的；對于服務(wù)端的類來說，如果它想實現(xiàn)某種服務(wù)，實現(xiàn)與該服務(wù)相關(guān)的接口即可，它也不必與使用服務(wù)的客戶端進(jìn)行過多的交互。這種良好的設(shè)計方式已經(jīng)受到很廣泛的應(yīng)用。早在Delphi3的時候就引入了接口的概念，當(dāng)時完全是因為COM的出現(xiàn)而誕生的，但經(jīng)過這么多版本的進(jìn)化，Delphi的接口已經(jīng)成為ObjectPascal語言的

2、一部分，我們完全可以用接口來完成我們的設(shè)計，而不用考慮與COM相關(guān)的東西。那么接口在Delphi中是如何實現(xiàn)的呢，很多人想得很復(fù)雜，其實它的本質(zhì)不過也是一些簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和調(diào)用規(guī)則。筆者假設(shè)讀者已經(jīng)有接口的使用經(jīng)驗，本文試圖向你展示接口在Delphi中的實現(xiàn)過程，使你在使用接口的時候，知其然而知其所以然。接口在內(nèi)存中的分布接口在概念上并不是一個實體，它需要與實現(xiàn)接口的類關(guān)聯(lián)，如果脫離了這些類，接口就變得沒有意義了。但接口在內(nèi)存中仍然有其布局，它依附在對象的內(nèi)存空間中。Delphi對象本質(zhì)上是一個指向特定內(nèi)存空間的指針，這塊內(nèi)存的前四個字節(jié)是一個指針指向類的VMT表，接下來排布對象的數(shù)據(jù)成員，如

3、果對象實現(xiàn)了接口，則在后面又排著一系列指針，我們可以認(rèn)為這些指針就是對應(yīng)的接口，每個指針就指向一個接口方法表。我們來看一下簡單的例子：typeITest1=interface5347BB0D-89B7-4674-A991-5C527BE6F8A8procedureSayHello1;end;ITest2=interface567B86BB-711D-40C2-8E5E-364B742C2FF1procedureSayHello2;end;TTest=class(TInterfacedObject,ITest1,ITest2)publicprocedureSayHello1;procedureS

4、ayHello2;end;.implementationTTestprocedureTTest.SayHello1;beginshowMessage(IntToStr(FRefCount);ShowMessage(Itest1sayhello);end;procedureTTest.SayHello2;beginShowMessage(IntToStr(FRefCount);ShowMessage(Itest2sayhello);end;end.上面是兩個接口的聲明以及一個實現(xiàn)接口的類，TTest類在內(nèi)存中的分布可以用下圖來表示：其中FRefCount為父類TInterfacedObject的

5、一個成員，接下來存放的是TInterfacedObject實現(xiàn)的接口IInterface，再下來分別是TTest類實現(xiàn)的ITest2和ITest1指針。各個接口指針分別指向各自的方法表，注意ITest2和ITest1是從IInterface繼承下來的，所以自然就有了IInterface的所有方法。方法表中每個指針指向方法真正實現(xiàn)的地方，其實這個說法只是暫時的，稍后會解釋方法表中的指針真正指向的地方，并說明其原因。上面的內(nèi)存分布并非筆者隨意想出來的，而是經(jīng)過多次測試證實的，下面我們用一些代碼來證實上面分布圖：vartest:Itest2;begintest:=TTest.Create;test.

6、SayHello2;end;在證明接口的內(nèi)存布局之前，需要了解接口的變量是個什么東西，比如上面的test是什么，它的本質(zhì)上是一個指針，在沒有被賦值之前，它指向空；而得到對象的賦值之后，它指向上面分布圖中的Itest2處，對于同一個對象的多個接口變量來說，它們的“值”不一定是相等的，比如有下面的代碼：VarTest1:ITest1;Test2:ITest2;Test:TTest;BeginTest:=Ttest.Create;Test1:=Test;Test2:=Test;IfInteger(Test1)Integer(Test2)thenShowMessage(itisnoteqeual);E

7、nd;最后，會彈出一個對話框，說明Test1和Test2是不相等的；只有屬性同一種接口類型，這兩個變量才會相等，比如Test1和Test2都是Iinterface，則他們的“值”是相等的。好了，回過頭來看看之前的代碼片段吧，在第4行設(shè)置斷點，運(yùn)行程序并使上面代碼執(zhí)行，程序執(zhí)行到斷點處中止，按下Ctrl+Alt+C調(diào)用CPU窗口,可以看到下面的反匯編代碼：Unit1.pas.49:test:=TTest.Create;movdl,$01moveax,$00458e0c;eax指向VMT的地址callTObject.Create;創(chuàng)建TTest對象，eax指向TTest對象的首地址movedx,e

8、ax;edx指向eax指向的地方，edx也指向TTest對象的首地址testedx,edx;測試TTest對象是否有效jz+$03subedx,-$0c;對象首地址偏移12個字節(jié)，到ITest2指針處leaeax,ebp-$04;test變量的地址是ebp-04的值，eax指向這個地址callIntfCopy;調(diào)用IntfCopy，將edx的值拷貝給eax，引用計數(shù)管理Unit1.pas.50:test.SayHello2;moveax,ebp-$04;將test指向的地址賦給eax,此時eax指向Itest2的地址movedx,eax;將eax的內(nèi)容賦給edx，此時edx指向ITest2指向

9、的方法表calldwordptredx+$0c;調(diào)用ITest2指向的方法表偏移12個字節(jié)處。.retsubedx,-$0c這一句，edx原來指向?qū)ο蟮膬?nèi)存空間，偏移12個字節(jié)剛好到哪里呢？剛好到ITest2接口指針處。接下來eax指向Test變量在棧中的地址，此時如果直接將edx賦值給eax在邏輯上也沒有錯，但這樣就不能對接口進(jìn)行引用計數(shù)的管理了。因此要調(diào)用IntfCopy，進(jìn)行接口地址的賦值，再加上一個引用計數(shù)。IntfCopy其實是調(diào)用System單元中的_IntfCopy，它的實現(xiàn)如下：procedure_IntfCopy(varDest:IInterface;constSource:

10、IInterface);$IFDEFPUREPASCALvarP:Pointer;beginP:=Pointer(Dest);/保存Dest，無引用計數(shù)ifSourcenilthenSource._AddRef;/增加Source的引用計數(shù)，即增加ITest2的引用計數(shù)Pointer(Dest):=Pointer(Source);/將Source的值賦給Dest，無引用計數(shù)ifPnilthenIInterface(P)._Release;/減少目標(biāo)接口的引用計數(shù)，但這里的P為空指針，所以不會調(diào)用這句end;此時的Dest參數(shù)是eax，亦即Test變量的地址，Source參數(shù)是edx，正好是對象

11、內(nèi)容空間中的ITest2的地址。我們看到其中只是對接口地址的拷貝，及增加接口的引用計數(shù)。如果Dest有內(nèi)容，則減少它的引用計數(shù)，不過這里Dest為空，所以不會調(diào)用減少引用計數(shù)的代碼。接下來到calldwordptredx+$0c，edx指向ITest2指向的方法表首地址，而edx+$0c偏移到哪里呢，看看上面的內(nèi)存圖，正好到ISayHello2處。此時調(diào)用ISayHello2指向地址的代碼，我們可以簡單地認(rèn)為就是調(diào)用TTest.SayHello2。但事實上卻不是這樣的，為什么？因為在調(diào)用SayHello2之前，要先指定eax的值為TTest對象的Self指針，以此作為隱含參數(shù)傳進(jìn)SayHell

12、o2。我們可以到edx+$0c的地址看看，按F8將執(zhí)行點執(zhí)行到calldwordptredx+$0c這一句，再按F7，跳到edx+$0c的地址，可以看到下面的反匯編代碼：addeax,-$0c;eax向上偏移12個字節(jié)正好是對象內(nèi)存首地址。jmpTTest.SayHello2；跳到TTest.SayHello2處。仔細(xì)看前面的匯編碼，可以知道eax正好指向ITest2指針，向上偏移12個字節(jié)則好就到了對象內(nèi)存的首地址。接著調(diào)用TTest.SayHello2完成。通過上面的例子，不僅證明了接口在對象內(nèi)存空間中的布局，還可以得出以下結(jié)論：1.一個實現(xiàn)特定接口的對象創(chuàng)建完之后賦給該接口，編譯器作了一

13、些工作，使得接口變量指向了對象內(nèi)存中的某個特定地址。2.調(diào)用接口的方法時，實際上調(diào)用的是接口方法表中特定的地址，在該地址處編譯器計算出實現(xiàn)該接口的對象內(nèi)存首地址，再調(diào)用對象相應(yīng)的方法。接口內(nèi)存空間的形成上節(jié)說明了接口在對象內(nèi)存空間中的分布，但對象內(nèi)存空間是在運(yùn)行時生成的，那么接口的內(nèi)存空間是如何生成的呢，這一節(jié)將闡述之。在此之前，讓我們再回到上面的對象內(nèi)存圖，對象內(nèi)存的首地址是一個指針，指向一張VMT表，而Delphi的類其實也是一個指針，這個指針正好也指向VMT表。類是在編譯時就確定下來的，VMT表當(dāng)然也是編譯器生成的。VMT表在負(fù)偏移vmtIntfTable（-72）字節(jié)處是一個指針，它指

14、向下面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：PInterfaceTable=TInterfaceTable;TInterfaceTable=packedrecordEntryCount:Integer;Entries:array0.9999ofTInterfaceEntry;end;EntryCount表示對象實現(xiàn)的接口數(shù)。Entries是一個指向TInterfaceEntry結(jié)構(gòu)的數(shù)組，TInterfaceEntry表示了一個接口的進(jìn)入點，它的聲明如下：PInterfaceEntry=TInterfaceEntry;TInterfaceEntry=packedrecordIID:TGUID;VTable:Pointe

15、r;IOffset:Integer;ImplGetter:Integer;end;IID表示接口的GUID，如果接口沒有指定GUID，則它里面的值全為0。VTable指向接口的方法表。IOffset指明接口與對象首地址的偏移。ImplGetter是一個方法指針，當(dāng)IOffset不可用時指向接口的地址，一般不用，初始化為0。上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在編譯期就生成了，那么當(dāng)一個對象創(chuàng)建時，相應(yīng)的接口內(nèi)存是如何生成的呢。在對象創(chuàng)建完畢之后，會調(diào)用TObejct.InitInstance(Instance:Pointer)類方法初始化對象的數(shù)據(jù)?？雌浯a：classfunctionTObject.InitIns

16、tance(Instance:Pointer):TObject;$IFDEFPUREPASCALvarIntfTable:PInterfaceTable;ClassPtr:TClass;I:Integer;begin/將對象全部清0FillChar(Instance,InstanceSize,0);/指定首地址為Self，即指向VMT的指針PInteger(Instance):=Integer(Self);ClassPtr:=Self;/建立對象的接口內(nèi)存分布whileClassPtrnildobegin/取得接口表IntfTable:=ClassPtr.GetInterfaceTable;i

17、fIntfTablenilthenforI:=0toIntfTable.EntryCount-1dowithIntfTable.EntriesIdobeginifVTablenilthen/對象偏移IOffset處，設(shè)定為指向VTable的指針PInteger(PChar(Instance)IOffset):=Integer(VTable);end;/繼續(xù)建立其父類的接口內(nèi)存內(nèi)存ClassPtr:=ClassPtr.ClassParent;end;Result:=Instance;end;我們看PInteger(PChar(Instance)IOffset):=Integer(VTable)這

18、一句，PChar(Instance)IOffset是對象偏移IOffset的地址，而IOffset是IntfTable.EntriesI的IOffset，這個值在編譯期就指定了，是接口到對象的偏移值。所以，經(jīng)過上面方法調(diào)用之后，對象的內(nèi)存空間就如同前面所畫一樣了?，F(xiàn)在我們對接口在內(nèi)存的來龍去脈已經(jīng)了如指掌，可以利用這些知識來實現(xiàn)一些非常的功能了。在我們的經(jīng)驗中，對象生成之后可以直接賦給一個接口，編譯器會自動將指針偏移到接口處。但如果反過來，將一個接口賦給一個對象卻是不允許的，因為信息不足啊，任何類都可以實現(xiàn)這個接口，編譯器并不知道這個接口是由那個類實現(xiàn)的，所以就無從轉(zhuǎn)換了。如果我們提供一個現(xiàn)實

19、該接口的類，再根據(jù)該類的VMT中的接口信息，就可以得到IOffset了，如此一來不就可以偏移到對象的首地址了嗎，下面的例程可以從一個接口得到實現(xiàn)該接口的對象，前提是必須提供實現(xiàn)這個接口的類：functionGetObjFromIntf(AClass:TClass;constIntf:IInterface):TObject;varPIntfTable:PInterfaceTable;IntfEntry:TInterfaceEntry;i:Integer;beginResult:=nil;/取得接口表結(jié)構(gòu)PIntfTable:=AClass.GetInterfaceTable;ifPIntfTab

20、le=nilthenExit;whileAClassnildobeginfori:=0toPIntfTable.EntryCount-1dobeginIntfEntry:=PIntfTable.Entriesi;/判斷接口表指向的地址是否和傳入接口指向的地址相同ifPPointer(Intf)=IntfEntry.VTablethenbegin/偏移到對象首地址Result:=TObject(Integer(Intf)-IntfEntry.IOffset);Exit;end;end;/繼續(xù)在父類中找AClass:=AClass.ClassParent;end;end;看下面例子：varIntf

21、:Itest2;Obj:TTest;beginIntf:=TTest.Create;Intf.SayHello2;Obj:=TTest(GetObjFromIntf(TTest,Intf);Obj.SayHello1;end;執(zhí)行上面代碼，先彈出Hello2的對話框，再彈出Hello1的對象，說明GetObjFromIntf函數(shù)執(zhí)行成功，我們實現(xiàn)了從接口到對象的轉(zhuǎn)換過程。接口的引用計數(shù)上面接口的內(nèi)存空間與COM的接口在二進(jìn)制上是兼容的，即接口就是一個指向VTable的指針，與COM兼容的還有另一個特性，就是通過引用計數(shù)自動管理COM對象的生命周期。C+程序員必須手工去管理引用計數(shù)的增減，而De

22、lphi編譯器幫我們做了這些事情，因為引用計數(shù)是有規(guī)律，只要遵循這些規(guī)律，便能自動管理引用計數(shù)的增減。IInterface的聲明如下：IInterface=interface00000000-0000-0000-C000-000000000046functionQueryInterface(constIID:TGUID;outObj):HResult;stdcall;function_AddRef:Integer;stdcall;function_Release:Integer;stdcall;end;任何實現(xiàn)IInterface的類都必須實現(xiàn)上面三個方法，其中的_AddRef和_Releas

23、e就是實現(xiàn)引用計數(shù)管理的。Delphi提供了IInterfaceObject類默認(rèn)實現(xiàn)Interface，它聲明一個成員FRefCount:Integer指定引用計數(shù)，_AddRef被調(diào)用時只是將FRefCount增1：Result:=InterlockedIncrement(FRefCount);_Release被調(diào)用時，減少FRefCount，如果FRefCount為0時，即調(diào)用Destroy消毀自己：Result:=InterlockedDecrement(FRefCount);ifResult=0thenDestroy;如果即想實現(xiàn)接口，而不想通過引用計數(shù)管理生命周期的，可以在AddRef和Release中簡單地將結(jié)果返回為-1即可，TComponent類即