Основы указателей

Основы указателей

СОМ, подобно DCE (Distributed Computing Environment – среда распределенных вычислений), ведет свое начало от языка программирования С. Хотя лишь немногие разработчики используют С для создания или использования компонентов СОМ, именно от С СОМ унаследовала синтаксис для своего языка определений интерфейсов (Interface Definition Language – IDL). Одной из наиболее сложных проблем при разработке и использовании интерфейсов является управление указателями. Рассмотрим такое простое определение метода IDL:

HRESULT f([in] const short *ps);

Если бы вызывающая программа должна была запустить этот метод так:

short s = 10;

HRESULT hr = p->f(&s);

то величину 10 следовало бы послать объекту. Если бы этому методу нужно было выйти за границы апартамента, то интерфейсный заместитель был бы обязан разыменовать указатель и передать величину 10 в сообщение ORPC-запроса.

Следующий клиентский код, хотя и написан целиком в традициях С, представляет собой более интересный случай:

HRESULT hr = p->f(0);

// pass a null pointer

// передаем нулевой указатель

Если вызывающий поток выполняется в апартаменте объекта, то заместителя нет и нулевой указатель будет передан прямо объекту. Но что если объект расположен в другом апартаменте и заместитель используется? Что в точности должен передать интерфейсный заместитель, чтобы показать, что был послан нулевой указатель? Кроме того, означает ли это, что интерфейсные заместители и заглушки должны проверять каждый указатель, не является ли он нулевым? Оказывается, бывают ситуации, в которых указатель никогда не должен быть нулевым, и другие ситуации, когда нулевые указатели, наоборот, чрезвычайно полезны как начальные значения. В последнем случае факт передачи нулевого указателя интерфейсному заместителю должен быть продублирован интерфейсной заглушкой в апартаменте объекта.

Для того чтобы удовлетворить этим столь различным требованиям, СОМ позволяет разработчикам интерфейсов указывать точную семантику каждого параметра указателя. Чтобы показать, что указатель никогда не должен принимать нулевого значения, разработчик интерфейса может применить атрибут [ref]:

HRESULT g([in, ref] short *ps);

// ps cannot be a null ptr.

// ps не может быть нулевым указателем

Указатели, использующие атрибут [ref], называются ссылочными указателями (reference pointers). При IDL-определении, приведенном выше, следующий код со стороны клиента:

HRESULT hr = p->g(0);

// danger: passing null [ref] ptr.

// опасность: передается нулевой указатель с атрибутом [ref]

является ошибочным. И если p указывает на интерфейсный заместитель, то данный интерфейсный заместитель обнаружит нулевой указатель и возвратит вызывающей программе ошибку маршалинга, даже не передав метод текущему объекту. А чтобы сделать нулевой указатель допустимым значением параметра, в IDL-определении следует использовать атрибут [unique]:

HRESULT h([in, unique] short *ps);

// ps can be a null ptr.

// ps может быть нулевым указателем

Указатели, использующие атрибут [unique], называются уникальными указателями (unique pointers). При IDL-определении, приведенном выше, следующий код со стороны клиента:

HRESULT hr = p->h(0);

// relax: passing null [unique] ptr.

// расслабьтесь: передается нулевой указатель с атрибутом [unique]

является допустимым. Это означает, что интерфейсный заместитель должен подробно исследовать указатель перед тем, как разыменовать его. И что более важно: это означает, что интерфейсному заместителю необходимо записывать в ответ на ORPC-запрос не только разыменованную величину. Кроме нее, он должен записать тег, указывающий, был или не был передан нулевой указатель. Это добавляет к размеру ORPC-сообщения четыре байта на каждый указатель. Для большинства приложений эти добавочные четыре байта и то процессорное время, которое необходимо для выявления нулевого указателя[1], пренебрежимо малы по сравнению с преимуществами использования нулевых указателей в качестве параметров.

Вообще говоря, схемы [ref] и [unique] мало отличаются по эффективности. Однако до сих пор не обсуждалась еще одна проблема, связанная с указателями. Рассмотрим следующий фрагмент на IDL:

HRESULT j([in] short *ps1, [in] short *ps2);

Имея такое IDL-определение, рассмотрим теперь следующий фрагмент кода со стороны клиента:

short x = 100;

HRESULT hr = p->j(&x, &х);

// note: same ptr. passed twice

// заметим: тот же самый указатель передан дважды

Естественный вопрос: что должен делать интерфейсный заместитель при наличии одинаковых указателей? Если интерфейсный заместитель не делает ничего, тогда значение 100 будет передано в ORPC-запросе дважды: один раз для *ps1 и один раз для *ps2. Это означает, что заместитель посылает одну и ту же информацию дважды, впустую занимая сеть и тем самым уменьшая ее пропускную способность. Конечно, число байтов, занятых величиной 100, невелико, но если бы ps1 и ps2 указывали на очень большие структуры данных, то повторная передача существенно повлияла бы на производительность. Другой побочный эффект от невыявления дублирующего указателя состоит в том, что интерфейсная заглушка будет демаршалировать эти значения в два различных места памяти. Если бы семантика метода изменилась из-за тождественности двух таких указателей:

STDMETHODIMP MyClass::j(short *ps1, short *ps2)

{

if (ps1 == ps2)

return this->OneKindOfBehavior(ps1);

else

return this->AnotherKindOfBehavior(ps1, ps2);

}

то интерфейсный маршалер нарушил бы семантический контракт (semantic contract) интерфейса, что нарушило бы прозрачность экспорта в СОМ.

Наличие атрибутов указателя [ref] и [unique] означает, что память, на которую ссылается указатель, не является ссылкой для какого-либо другого указателя в вызове метода и что интерфейсный маршалер не должен осуществлять проверку на дублирование указателей. Для того чтобы показать, что указатель может ссылаться на память, на которую ссылается другой указатель, разработчику IDL следует использовать атрибут [ptr]:

HRESULT k([in, ptr] short *ps1, [in, ptr] short *ps2);

Указатели, использующие атрибут [ptr], называются полными указателями (full pointers), потому что они наиболее близки к полному соответствию с семантикой языка программирования С. Имея такое IDL-определение, следующий код со стороны клиента:

short x = 100;

HRESULT hr = p->k(&x, &x);

// note: same ptr. passed twice

// заметим: тот же самый указатель передан дважды

передаст значение 100 ровно один раз, поскольку атрибут [ptr] при параметре ps1 сообщает интерфейсному маршалеру, что следует выполнить проверку на дублирование для всех остальных указателей с атрибутом [ptr]. Поскольку параметр ps2 также использует атрибут [ptr], интерфейсный маршалер определит значение дублирующего указателя[2], а разыменует и передает значение только одного из указателей. Интерфейсная заглушка отметит, что это значение должно быть передано с обоими параметрами, ps1 и ps2, вследствие чего метод получит один и тот же указатель в обоих параметрах.

Хотя полные указатели могут решать различные проблемы и в определенных случаях полезны, они не являются предпочтительными указателями в семантике СОМ. Дело в том, что в большинстве случаев разработчик знает заранее, что дублирующие указатели передаваться не будут. Кроме того, поскольку полные указатели обеспечивают более короткие ORPC-сообщения в случае, если они являются дублирующими указателями, то расход ресурсов процессора на поиск дублирующих указателей может стать нетривиальным с ростом числа указателей на каждый метод. Если разработчик интерфейса уверен, что никакого дублирования не будет, то разумнее учесть это и использовать либо уникальные, либо ссылочные указатели.