Delphi 的接口机制——接口操作的编译器实现过程(1)

学习COM编程技术也快有半个月了，这期间看了很多资料和别人的程序源码，也尝试了用delphi、C++、C#编写COM程序，个人感觉Delphi是最好上手的。C++的模版生成的代码太过复杂繁琐，大量使用编译宏替代函数代码，让初学者知其然而不知其所以然；C#封装过度，COM编程注定是要与操作系统频繁打交道的，需要调用大量API函数和使用大量系统预定义的常量与类型（结构体），这些在C#中都需手工声明，不够简便；Delphi就简单多了，通过模版创建的工程代码关系结构非常清晰，而且其能非常容易使用API函数和系统预定义的常量和类型（只需引用先关单元即可），但在使用过程中也发现了一些缺点。【注1】

(1)有些类型（结构体）的成员类型与C++中的不是等效对应关系，如SHFileOperation函数的参数类型是SHFILEOPSTRUCT结构体，delphi中它的两个路径成员被定义成PWideChar型，与C++的LPCTSTR不一致，PWideChar是以空字符（\0）结尾的，致使这两个成员不能包含多个文件路径。【注2】

(2)有些接口的函数参数定义不一致，如IContextMenu.InvokeCommand函数参数在Delphi中是CMINVOKECOMMANDINFO类型，在c++中是LPCMINVOKECOMMANDINFO型，致使该接口函数不能使用扩展的CMINVOKECOMMANDINFOEX型参数。【注3】

Delphi操作COM的另一便处在于他的接口的引用计数管理，这为我们写程序解决了一大麻烦：不用管接口的AddRef和Release了，直接把接口当“接口指针变量”(【注4】)使用，编译器会执行一些特殊的代码自动维护接口的引用计数。当然，这也会带来另一个问题，接口相当于“变量”一样使用，这就涉及到“变量”的生命周期问题，当把这样一个局部“变量”通过强制类型转换(【注5】)给一个全局变量时，待之后转换回来时将引发错误。因为局部“变量”生命已结束，要被清理，其所代表的接口被减少引用计数释放了，如果人为让“变量”AddRef一次，就能消除这个错误。

关于Delphi的接口引用计数管理，在网上看到的一篇介绍的文章，查很久了它的出处，目前已知最早是SaveTime于2004年2月3日发表于大富翁论坛。【注6】

下面将它整理了一下，以便加深对delphi对接口引用计数的理解。

接口指针变量赋值

接口是生存期自管理对象，即使是局部接口指针变量，也总是被初始化为 nil。接口被初始化为nil是很重要的，从下文中Delphi生成维护接口引用计数的代码时可以看到这一点。

var
MyObject: TMyObject;
MyIntf, MyIntf2: IInterface;
begin
MyObject := TMyObject.Create; // 创建 TMyObject 对象
MyIntf := MyObject; // 将接口指向 MyObject 对象
MyIntf2 := MyIntf; // 接口指针的赋值
end;

当接口与一个对象连接时，编译器会执行一些特殊的代码维护接口对象的引用计数。例如以上代码，当执行到MyIntf :=MyObject 语句时，编译器的实现是：

1. 如果 MyObject <> nil，则设置一临时接口指针 P 指向 MyObject 对象内存空间中的“接口跳转表”指针(后面会分析“接口跳转表”)，否则 P := nil；

2. 执行 System.pas 中的 _IntfCopy(MyIntf, P) 操作，进行引用计数管理。

procedure _IntfCopy(var Dest: IInterface; const Source: IInterface);
var
P: Pointer;
begin
P := Pointer(Dest);
if Source <> nil then
Source._AddRef;
Pointer(Dest) := Pointer(Source);
if P <> nil then
IInterface(P)._Release;
end;

函数_IntfCopy 的代码比较简单，就是增加 Source 接口对象的引用计数，减少被赋值的接口对象的引用计数，最后把源接口赋值至目标接口。

对于两个接口的赋值的情况，如MyIntf2 := MyIntf，这时比 MyIntf := MyObject 的情况要简单一些，编译器不需要进行对象到接口的转换工作，这时真正执行的代码是：_IntfCopy(MyIntf2, MyIntf)。

接口指针变量的清除工作

在一个过程(procedure/function)执行结束时，编译器会生成代码减少接口指针变量的引用计数。编译器使用接口指针为参数调用 _IntfClear 函数，_IntfClear 函数的作用是减少接口对象的引用计数并设置接口为 nil ：

function _IntfClear(var Dest: IInterface): Pointer;
var
P:Pointer;
begin
Result := @Dest;
if Dest <> nil then
begin
P := Pointer(Dest);
Pointer(Dest) := nil;
IInterface(P)._Release;
end;
end;

通过对以上代码及分析，我们可以总结过程(procedure/function)中的接口引用计数使用规则：
       1. 一般不需要使用 _AddRef/_Release 函数设置接口引用计数；
       2. 可以将接口赋值为接口或对象，Delphi 自动处理源/目标接口对象的引用计数；
       3. 如果要提前释放接口对象，可以设置接口指针为 nil，但不要调用 _Release。因为 _Release 不会把接口指针变量设置为 nil，最后 Delphi 自动调用 _IntfClear时会出错。

对于全局接口指针变量，在接口指针变量被赋值时增加对象的引用计数，在程序退出之前编译器自动调用 _IntfClear 函数减少引用计数以清除对象。

接口指针作为参数

1. 以var 或const 方式传递接口指针时，像普通的参数传递一样。
2. 以out 方式传递接口指针时，编译器会先调用_IntfClear 函数减少引用计数，清除接口指针为 nil 。(out 也是以引用方式传送参数)。
3. 以传值方式传递接口指针时，编译器会在参数被使用之前调用_IntfAddRef 函数增加引用计数，在过程结束之前调用_IntfClear 函数减少引用计数。

{ System.pas }
procedure _IntfAddRef(const Dest: IInterface);
begin
if Dest <> nil then Dest._AddRef;
end;

为什么以传值方式要特别处理引用计数呢？因为复制了接口指针。

下一节介绍接口对象的内存空间。

1 我用的是Delphi2010，更新的XE、XE2版本可能已更正了这些问题，在此举例说明而已。

2 有关结构体SHFILEOPSTRUCT及其两个路径成员的详细介绍请参见http://blog.csdn.net/tht2009/article/details/6753706和http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb759795(VS.85).aspx。

3 有关接口函数InvokeCommand的详细介绍请参见http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb776096(VS.85).aspx。

4 我也不知严格上能否这样称呼，姑且这样类比吧！

5 如通过Pointer(IShellFolder)将一个局部声明的IShellFolder接口保存到一个Pointer型的变量Data中，通过Data:=Pointer(IShellFolder)不会增加IShellFolder接口对象的引用。实际中很少遇到这种情况，我也是在无意中发现这个问题的。

6 请见http://blog.csdn.net/huangsn10/article/details/6112546，由于大富翁论坛好像已关闭了，所以真正出处已无从考证。

http://blog.csdn.net/tht2009/article/details/6767435