摘  要: 编制灵活的应用程序框架系统，反射机制是重要的实现手段。但由于C++本身没有成熟的反射技术，对此进行了深入研究并提出一种实现方法。首先论述了反射机制的作用；然后描述了ATL动态链接库实现反射机制的基本原理,完善了ATL IDL文件接口标识符定义，利用前绑定或后绑定技术实现反射机制，比较了这两种方法的不同之处，着重强调了Idispatch接口在实现反射机制中的作用，最后给出需要继续研究的问题。由于采用了动态链接库技术，方便了构件的维护和复用，有助于团队开发和分布式开发。
关键词: 反射机制；前绑定；后绑定；分布式开发

    众所周知，Java语言有成熟的反射机制[1-2]，主要提供了以下功能：(1)在运行时判断任意一个对象所属的类；(2)在运行时构造任意一个类的对象；(3)在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法;(4)在运行时调用任意一个对象的方法; (5)生成动态代理。由于在struts、hibernate、spring框架中大量采用了反射机制，因此反射机制在编制框架类应用程序中大量运用,其作用是巨大的。但是C++本身并没有现成的反射机制，因此，这也成为了C++研究领域中的热门话题，其中绝大多数人研究了C++下统一类（即所有类定义及实现都在一个工程中）的反射机制问题，但目前流行的开发方式是“主程序+动态链接库方式”。本文旨在对该问题下的C++反射机制加以研究。
    为了便于说明问题，特以图1为例。定义父类接口IFruit, 定义多态函数Draw(), 两个类Apple、Pear实现了该接口，并重写了多态函数。本文以该示例为基础对C++动态链接库反射机制加以论述来实现。
1 反射机制研究具体内容
    由于反射机制主要应用于框架程序，而框架程序动态信息往往封装在配置文件中,配置文件中内容均是字符串，如封装了的类名信息等。因此，本文研究的主要内容是：(1)根据类名，动态产生该类的一个对象实例；(2)根据函数名及参数信息，动态执行该对象实例的相应函数[3-4]。
2 实现思想
2.1动态链接库选择
    本文选择的是ATL动态链接库。这是由于ATL本身提供了许多优秀的功能,例如：(1)AppWizard,它负责创建初始的ATL工程；(2)Object Wizard(对象向导)，它为基本的COM组件创建代码；(3)对低级别的COM功能的内置式支持，如IUnknown、类工厂和自注册功能；(4)支持Microsoft的接口定义语言，它提供了对自定义的虚函数表Vtable接口的调度支持，以及通过类型库进行自描述的功能；(5)支持IDispatch自动化接口及双向接口。
    也就是说，运用AppWizard及Object Wizard产生的ATL动态链接库初始代码隐含了许多系统功能，可以直接或间接应用，而且代码质量都是专家级的，避免了人为的低层次的重复开发。
    根据图1功能，需要分别产生两个ATL动态链接库工程，假设名称为MyApple及MyPear, 再分别插入IFruit接口，声明Draw函数；完善对应的实现类Apple及Pear，实现具体的Draw函数功能。
2.2 完善ATL  IDL接口标识副符定义
    由于ATL一个功能类中可能实现多个接口，ATL使用全局特有标识符uuid来标识类及接口。uuid是一个独有的、128 bit、并且具有非常高可靠率的数值，它把一个独有的网络地址和一个非常精细的时间印签(100 ns)结合在一起。因此,一个类对应一个uuid，所实现的各个接口对应各自的uuid。
    根据图1产生的工程MyApple、MyPear，它们产生的类标识符uuid一定是不同的。由于它们都实现了IFruit接口，希望IFruit接口对应的uuid相同，但默认情况下它们是不同的，因此，最好把它们改成相同的，只须修改相应的接口定义IDL文件即可。下面截取了MyPear.idl关键部分代码，如果以MyApple.idl为基准，则只须把接口标识符对应内容修改为MyApple.idl文件中的内容即可。这样，就形成了完善的ATL多态组件。

    MyPear.idl关键部分代码如下：
    接口标识符：
[
    object,
    uuid(908F5798-4D39-4389-A426-43A23F3F5772),
    dual,
    helpstring("IFruit Interface"),
    pointer_default(unique)
]
interface IFruit : IDispatch
{
    [id(1), helpstring("method Draw")] HRESULT Draw();
};
    类标识符：
[
    uuid(82B621A0-6224-45D9-9ECA-B83B835B63A6),
    helpstring("Pear Class")
]
coclass Pear
{
    [default] interface IFruit;
};
2.3 动态加载组件
    客户端可通过前绑定或后绑定技术加载并执行ATL动态链接库组件。下面以图1组件为例加以说明。
    (1)前绑定加载并执行组件。主要代码如下所示:
IID IID_IFruit={0x908F5798,0x4D39,0x4389,
    {0xA4,0x26,0x43,0xA2,0x3F,0x3F,0x57,0x72}};
                                           //接口uuid
CLSID CLSID_Apple={0x59CA74CB,0x7AC2,0x4F88,{0x92,0xFF,
0x5B,0x91,0xA6,0xC0,0xC2,0x88}};                  //Apple uuid
CLSID CLSID_Pear= {0x82B621A0,0x6224,0x45D9,{0x9E,0xCA,
0xB8,0x3B,0x83,0x5B,0x63,0xA6}};                    //Pear uuid
interface IFruit : public IDispatch         //定义多态接口IFruit
{
public:
        virtual HRESULT STDMETHODCALLTYPE Draw()=0;   
};
void main( )
{
　    CoInitialize(NULL);                     //初始化COM库
　    IFruit *p = NULL;
　    CoCreateInstance(CLSID_Apple,NULL,
　　        CLSCTX_INPROC_SERVER,
　　　    IID_IFruit, (LPVOID *)&p);
　    p->Draw();
　    p->Release();
　    CoUninitialize();                         //卸载COM库
}
    可知若实现前绑定技术,客户端需完成以下工作：①从组件IDL文件中提取类标识符uuid及接口标识符uuid放在客户端。对图1组件来说，由于在2.2节中已经使各个IFruit接口的uuid值相同，因此提取出了两个类标识符CLSID_Apple、CLSID_Pear, 以及一个接口标识符IID_
IFruit;②客户端定义多态接口Ifruit;③通过CoCreateInstance加载所需组件并执行相应函数。该函数的第1个参数是类标识符uuid，第4个参数是接口标识符uuid。其基本功能是产生相应组件的一个对象实例，这其实是实现C++反射机制的核心所在。若没有该函数，则一定要编制一个组件工厂类，在众多组件中根据条件选择产生相应的组件对象。由于编制的工厂类不是系统内嵌部分，稳定性、完善性都存在许多未知的因素。而现在这一切都被CoCreateInstance函数隐藏了，它属于系统内嵌的部分，编程者无须考虑它的完备性， 只须调用系统提供的接口即可。
    CoCreateInstance是通过类标识符CLSID_xxx来创建组建对象的，该标识符不好记忆，但在该组件向注册表注册时,同时注册了一个 ProgID字符串,它是对CLSID_xxx的文字说明，是一一映射关系。因此,在产生ATL组件时添好ProgID字符串,之后,在程序中通过ProgID字符串即可获得CLSID_xxx，如下述代码所示,运用CLSIDFromProgID函数可完成所需信息的转换。也就是说，可通过反射机制所要求的“类名”来加载相应组件。
    CLSID clsid;
    CLSIDFromProgID(L"Apple",&clsid);
    (2) 后绑定加载并执行组件。主要代码如下：
    IID IID_IFruit={0x908F5798,0x4D39,0x4389,{0xA4,0x26,
0x43,0xA2,0x3F,0x3F,0x57,0x72}};              //接口uuid
     CLSID CLSID_Apple={0x59CA74CB,0x7AC2,0x4F88,{0x92,
0xFF,0x5B,0x91,0xA6,0xC0,0xC2,0x88}};          //Apple uuid         CLSID CLSID_Pear={0x82B621A0,0x6224,0x45D9, {0x9E,
0xCA,0xB8,0x3B,0x83,0x5B,0x63,0xA6}};           //Pear uuid
    void main( )
    {
         CoInitialize(NULL);                     //初始化COM库
     IDispatch *p = NULL;
     CoCreateInstance(CLSID_Apple, NULL,
　　　    CLSCTX_INPROC_SERVER,
          IID_IDispatch, (LPVOID *)&p);
     LPOLESTR lpOleStr = L"Draw";
     DISPID dispid;
     DISPPARAMS disp = {NULL, NULL, 0, 0};
     VARIANTARG vaResult;
     VariantInit(&vaResult);
     p->GetIDsOfNames(IID_NULL, &lpOleStr, 1,
　　　 LOCALE_USER_DEFAULT, &dispid);
     p-Invoke(dispid,IID_NULL, LOCALE_USER_DEFAULT,
              DISPATCH_METHOD, &disp, NULL, 0, NULL);
     p->Release();
     CoUninitialize();                                    //卸载COM库
    }
       可知若实现后绑定技术,客户端需完成以下工作：①从组件IDL文件中提取类标识符uuid及接口标识符uuid放在客户端，同前绑定；②无需定义IFruit多态接口,只需通过CoCreateInstance获得系统固有的IDispatch接口即可，该函数的第1个参数仍然是类标识符对应的uuid，第4个参数是ATL固有的IDispatch接口标识符IID_IDispatch，而不是IID_IFruit；③创建所调用函数需要的函数参数结构体DISPPARAMS，示例中Draw函数是无参的，所以DISPPARAM结构体值非常简单;④定义返回值参数，如示例中的VARIANTARG vaResult；⑤通过系统函数GetIDsOfNames获得Draw函数的分配号;⑥通过系统函数Invoke隐式地启动Draw函数。
    同前绑定相比，由于不需要在客户端定义多态接口,所以称之为后绑定。后绑定技术主要应用了IDispatch自动化技术，其原理如图2所示。

    当客户端获得一个有效IDispatch指针后，就可以操作IDispatch虚函数表中的7个函数。如可通过Invoke函数，同时根据组件功能函数在派发表中的函数号(函数号可在IDL文件中看出)，即可间接调用组件中相应函数。因此如果一个组件中有多个函数，可以用相同的Invoke方法来调用。与Java反射Method类中的invoke方法非常相似。
    同前绑定相比，后绑定技术需要在运行时做大量的工作，所以其运行速度稍慢，但它的灵活性也是最高的。如果服务器接口发生变化，则客户机程序不用重新编译就可以执行服务器新增的功能[5]。
    本文论述了利用ATL动态链接库实现反射机制的基本原理，主要优点有以下两方面内容:
    (1)利用类、接口标识符及CoCreateInstance函数，可方便产生组件的对象实例，省去了人为工厂类的编制。
    (2)利用IDispatch自动化接口，使用统一方法 Invoke屏蔽了组件接口函数的差异，可编制更加灵活的基于反射技术的框架程序。
    当然，利用IDispatch接口的7个系统函数能否开发出类似Java的Class、Method、Field、Constructor等反射类，这些都是值得继续探讨的问题。
参考文献
[1] 祝连鹏,王虎,赵学臣.基于SOA反射工厂的软件体系架构[J].计算机技术与发展,2011,21(7):125-128.
[2] 谷玉奎,曹宝香,袁玉珠.基于SOA的分布式构件库管理模型[J]. 计算机技术与发展，2008，18(04)：101-103.
[3] 蒲海红,侯秀平,赵云峰.构件集成算法的研究[J].计算机技术与发展,2009,19(5):75-78.
[4] 雷宁宁,薛锦云,刘超. 基于构件开发与传统面向对象开发之比较[J].计算机技术与发展，2007,17(8):88-91.
[5] 罗巨波,吴可嘉,叶鹏,等. 基于反射机制的软件体系结构重用方法及工具[J]. 计算机工程,2009,35(14):90-92.