【转载 / 资料】Matthew Curland的VB函数指针调用

LucasLynn

Matthew Curland简介：

    Visual Studio开发小组成员，参与开发了VB的IntelliSense和Object Browser。他是VB资深专家，对VB有非常深入的研究，堪称VB大师。所著《Advanced Visual Basice》是阐述VB高级编程技巧的一本好书。

    本文英文原著可见2000年2月份《Visual Basic Programmer's Journal》（VB程序员月刊）里的《Call Function Pointers》，这是他发表的妙文之一，他的书里的第11章和本文同名，本文应该是这一章节的精华。



    之所以推荐此文，是因为它综合运用了VB里的不少技术。我们可从中看到Matt大师对VB的深刻理解，而各位技术的综合运用正体现了他深厚的功力。



本文原文：http://www.devx.com/premier/mgznarch/vbpj/2000/02feb00/mc0200/mc0200.asp

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本文配套代码：

http://www.devx.com/free/mgznarch/vbpj/code/2000/02feb00/vb0002mc_p.zip





关键字：函数指针，COM、对象、接口，vTalbe，VB汇编，动态DLL调用。

级别：高级

要求：了解VB对象编程，了解汇编。



                          调用函数指针

    通过使用函数指针，我们能够动态地在代码中插入不同行为的函数，从而使代码拥有动态改变自身行为的能力。



作者：Matther Curland

要求：使用本文的示例代码，你需要VB5或VB6的专业版或企业版。

    从Visual Basic 5.0开始Basic语言引入了一个重要的特性：AddressOf运算符。这个运算符能够让VB程序员直接体会到将自己的函数指针送出去的快感。比如我们在VB里就能够得到系统字体的列表，我们能够通过标准的API调用来进行子类化。一句话，我们终于可以象文档里所说的那样来使用Win32 API了。

    不过，这个新玩具只能给我们带来短暂的快感，因为这个礼物并不完整。我们可以送出函数指针，但却没人能将函数指针送给我们。事实上，我们甚至不能给我们自己送函数指针，这使我们不能够体验送礼的真正乐趣（译者：呵呵，光送礼却不能收礼的确没趣）。AddressOf让我们看到了广袤天地的一角，但是VB却不让我们全面地探索它，因为VB根本就不让我们调用函数指针，我们只能提供函数指针（译者：可以先将函数指针送给API，然后让API回调自已的函数指针来完成函数指针调用的功能，但这还是要先把礼物送给别人）。其实，我们能够自己来实现调用函数指针的功能，我们可以手工将一个对COM接口的vTable绑定调用变成一个函数指针调用。最妙的是：我们能够在纯VB里写出调用函数指针的代码，不需要任何辅助的DLL。



    告诉编译器函数指针是什么样子，是使VB能够调用任何函数的关键。将参数类型和返回值类型交给VB编译器，让编译器将我们的函数调用编译到我们的程序里，这样程序才能在运行时知道怎样去定位函数。在程序被编译后，一个函数就是内存里一串汇编字节流，通过CPU解释执行而形成我们的程序。调用一个函数指针，首先需要程序获得指向这个函数字节流的指针，再通过x86汇编指令call将当前指令指针(译注：即x86汇编里的IP寄存器)转到函数所在的字节流上。在函数完成后，再用ret指令返回给调用此函数的程序来继续操作。



    我下面将要提到的方法，利用了VB自己的函数调用方式，所以我先来解释一下VB是怎样来实现函数调用的。VB内部使用三种函数指针，但是，在本质上，不论VB是如何来定位这几类函数指针，调用它们的方法却是一样的。VB编译器必须知道准确的函数原型才能生成调用函数的代码。



    第一类，最常见的函数指针类型，就是VB用来调用函数的普通指针，这样的函数定义在标准模块内（或类模块里的友元函数和私有函数）。调用友元函数和私有函数时，调用指令定位在当前指令指针的一个偏移地址处，或者先跳到一个记录着函数位置的查找表里，再跳到函数内（译者：即先"Call 绝对地址"跳到一个跳转表内，表里的每个入口都是一个"Jmp"到函数）。这些函数都在同一个工程内，联结器总是将所有的模块联结在一起，所以总是知道在内存何处能够找到VB内部函数，因此转移控制到内部函数时，其运行时开销是很少的。



VB对某些函数指针的调用却困难得多

    对于另两类函数指针，VB必须在运行时进行额外的工作才能够找出它们。

    第二类，VB调用一个COM对象接口里的方法。我们可能认为建立COM对象的工作是相当复杂的，如果完全用VB来为我们建造COM的所有组成部分的话，但事实上并不是这样。按照COM的二进制标准，一个COM对象是一个指针，这个指针指向一个结构，这个特定结构的第一个元素是一个指向函数指针数组的指针。这个函数指针数组（又叫虚拟函数表，简称vTable）里的前三个指针，一定是标准QueryInterface，AddRef，Release函数。vTable里接下来的函数符合给定的COM对象接口定义里的函数定义（见图一）









图一：

函数指针代理是怎么工作的？click here



    当VB通过一个对象类型的变量来调用一个COM对象的方法或属性时，这个变量里存放着对这个COM对象接口的引用。VB要定位函数时，首先要通过COM引用的第一个元素来获得指向vTalbe的指针，然后才能在vTable里定位函数指针。对一个vTable调用来说，编译器提供了COM

LucasLynn

动态指定函数指针

    无论是Declare还是库型库，当函数载入后，VB调用函数指针的方式是一样的。指针已经因为先前的调用而被载入了，所以第二次调用会更快，并且速度接近调用静态联结的函数。Declare语句是VB调用动态载入的函数指针的最自然的方法。但是，函数指针由VB决定而不是由我们来指定（译者：此为原文直译，意思应该是：函数指针只能在编译前指定，由VB来载入，而不能在运行时指定由我们自己动态载入的函数指针），所以我们不能用Declare语句来调用任意的函数指针。Declare语句的限制使我们只能载入在设计时通过Lib和Alias字句指定的函数。



    到这里，我已经解释了VB是怎么样来调用自己的函数指针的。对VB本身没有的功能进行扩展都应该通过VB本身提供的工具来实现（译者：看来作者Matt是一位VB纯粹论支持者）。静态联结不用考虑——如果你喜欢自己修改PE文件头的话，请自便（译者：关于修改PE头来Hook输入函数的方法，在1998年2月MSJ专栏Bugslayer里，John Robbins大师就用纯VB实现了HookImportedFunctionsByName，不过用来调用函数指针那是杀鸡用牛刀）。我们不可能静态地指定函数指针，所以Declare语句也不用考虑。但是，我们能够在VB里自己用LoadLibaray和GetProcAddress这两个API来从外部DLL里获取函数指针，就象Declare为我们做的那样。vTable调用是唯一一种让VB自已绑定函数的调用方式。我们的任务是建一个符合COM二进制标准的结构，再将这个手工建立的COM对象的引用放到一个对象类型的变量里，然后调用手工建立的vTable入口。通过调用这个vTable里的函数，就能够直接代理到要调用的函数指针。我称这个对象为FunctionDelegotor（函数代理者）。



    这个方法需要我们解决三个特有的问题。第一，vTalbe调用有额外的参数（this指针），我们不想将它也传给我们的函数指针。所以我们需要一个通用的代理函数来将这个额外的this指针处理掉，然后才能进行调用。第二，我们需要建立一个vTable里有这个代理函数的COM对象。第三，我们需要一个接口定义才能让VB编译器知道我们的函数指针的样子。接口定义应该将函数原型也包括在vTable里，并且和代理函数在对象vTable里的位置一样（译者：当通过接口调用函数指针时，只有这样才能够让代理函数处理掉做为函数参数压在栈里的this指针）。



    我们可以用汇编代码很容易地的写出代理函数（译者：对作者Matt来说的确很容易，因为他对在VB里插入线内汇编代码有相当深入的研究。其实作者这里的容易也是相对于Alpha平台来说的）。在Intel平台，所有传递给COM对象或标准API调用的参数都是通过堆栈来传的。不幸的是，对Alpha平台的VB来说不是这样，它不能提供一种简单的方法来写出同样功能的汇编代码（译注：Alpha平台是一个RISC精简指令集系统，其参数传递多直接使用寄存器，要在这个平台上手工写汇编代码要难得，从他的书的目录里知道他在书里专门拿出一节介绍Alpha平台下的汇编代码）。



压栈

    只要我们知道栈是什么样子，我们就可以很清楚的知道汇编代码需要做什么。VB仅仅支持符合stdcall调用规范的函数。这种调用规范，参数总是从右向左压入栈中，并且是由调用者来负责栈的清理。清理的义务跟本文没什么关系，但是压栈的顺序却很重要。尤其要注意的是COM类里的this指针（在VB类里称为Me），它总是作为最左边的参数压栈的。当函数被调用时，函数返回地址（函数返回后程序继续执行的地方）也被call指令本身压入栈中。在任何COM接口输出函数被执行前，栈的样子如下：



parameter n （第n个参数，最右边的参数）

...

parameter 2

parameter 1 （第1个参数）

this pointer（暗藏的this指针才是最左前的参数）

return address （返回地址）



    但是，我们只想调用函数指针，并不需要暗藏的相关联的this指针。调用一个符合vTable调用却没有额外参数的函数，需要我们将this指针从栈里挤出来，然后才能将控制转移到目标函数指针。让this指针在栈里放着的好处是因为它指向结构。考虑我们定义了一个结构，它的第二个成员是一个函数指针。这个成员距结构开始位置的偏移是4个字节。那么将这个函数指出挤出来并通过代理函数调用它的汇编代码如下：



;弹出返回地址到临时的ecx寄存器，

;后面还要将它恢复。

pop ecx



;从栈里弹掉this指针（译注：做为后面跳转的基址）

pop eax



;重新将ecx寄存器里保存的返回地址压栈

;以使得函数指针调用后知道返回到哪儿

push ecx



;将控制转移到函数指针，

;它在this指针后偏移4个字节处。

jmp DWORD PTR [eax + 4]



这四条指令的连在一起需要6个字节：59 58 51 FF 60 04。我们在后面补两个Int3指令（CC CC）以凑足8个字节，这正好可以一个VB的Currency变量内。这样一个Currency变量的地址里会放着如下的magic number（幻数）——368956918007638.6215@ ——这个Currency变量是指向代理函数的函数指针。这个代理函数挤掉this指针，并可跳到任何函数，而不用考虑函数的参数。这就是说，我们可以用同样的汇编代码来代理任何函数指针。我们现在需要一个vTable来包含这个指向字节流的指针

LucasLynn

Listing 1 这段代码将一个FunctionDelegator转换成一个支持特定函数指针的COM对象。这是一个特殊的COM对象，因为它不要求任何内存分配并且对我们的接口请求总是盲目合作。请求仅有的正确接口是我们的责任。



'The magic number

Private Const cDelegateASM _

   As Currency = -368956918007638.6215@



'到处到用的辅助函数

Private Declare Sub CopyMemory _

   Lib "kernel32" Alias "RtlMoveMemory" _

   (pDest As Any, pSrc As Any, ByVal ByteLen As Long)



Private m_DelegateASM As Currency



'vTable的类型声明

Private Type DelegatorVTables

   'OKQI vtable in 0 to 3, FailQI vtable in 4 to 7

   VTable(7) As Long

End Type



Private m_VTables As DelegatorVTables



'指向vtable的指针, 成功QI

Private m_pVTableOKQI As Long



'指向vtable的指针, 失败QI

Private m_pVTableFailQI As Long



'函数指针代理的结构声明

Public Type FunctionDelegator

   pVTable As Long 'This has to stay at offset 0

   pfn As Long  'This has to stay at offset 4

End Type



'初始化FunctionDelegator结构，并将指向它的指针

'    作为一个COM对象返回.

Public Function InitDelegator( _

   Delegator As FunctionDelegator, _

   Optional ByVal pfn As Long) As IUnknown

   '第一次访问时初始化vTable

   If m_pVTableOKQI = 0 Then InitVTables

   With Delegator

      .pVTable = m_pVTableOKQI

      .pfn = pfn

   End With

   CopyMemory InitDelegator, VarPtr(Delegator), 4

End Function



'初始化vTable

Private Sub InitVTables()

Dim pAddRefRelease As Long

   With m_VTables

      .VTable(0) = _

         FuncAddr(AddressOf QueryInterfaceOK)

      .VTable(4) = _

         FuncAddr(AddressOf QueryInterfaceFail)

      pAddRefRelease = FuncAddr(AddressOf AddRefRelease)

      .VTable(1) = pAddRefRelease

      .VTable(5) = pAddRefRelease

      .VTable(2) = pAddRefRelease

      .VTable(6) = pAddRefRelease

      m_DelegateASM = cDelegateASM

      .VTable(3) = VarPtr(m_DelegateASM)

      .VTable(7) = .VTable(3)

      m_pVTableOKQI = VarPtr(.VTable(0))

      m_pVTableFailQI = VarPtr(.VTable(4))

   End With

End Sub



'成功QI

Private Function QueryInterfaceOK( _

   This As FunctionDelegator, _

   riid As Long, pvObj As Long) As Long

   '对第一次请求总是盲目合作

   pvObj = VarPtr(This)

   '交换成失败时vTable，仅在调用函数指针会返回HRESULT错误代码

   '    时才需要这么做，当然这么做总是更安全。

   This.pVTable = m_pVTableFailQI

End Function



Private Function AddRefRelease( _

   ByVal This As Long) As Long

   '什么都不做，无需要引用计数。

End Function



'失败QI

Private Function QueryInterfaceFail( _

   ByVal This As Long, _

   riid As Long, pvObj As Long) As Long

   '对任何请求都说："不"

   pvObj = 0

   QueryInterfaceFail = &H80004002 'E_NOINTERFACE

End Function



'返回函数指针的辅助函数

Private Function FuncAddr (ByVal pfn As Long) As Long

   FuncAddr = pfn

End Function



译者：上面的代码在原文已经发表后经过了修改，因此原文没有提到为什么上面的代码需要两个不同的vTable。Matt在更新的示例代码的Readme文件里解释这个原因。我下面将这个原因简单的叙述如下：

    这是因为当调用的函数指针需要返回HRESULT错误代码时，VB会用再次调用QI来向对象请求一个ISupportErrorInfo接口的引用。但是，由于原来代码里的QI完全采用盲目合作的信任方式，它总是返回对象自身的接口指针，哪怕它并不支持所要求的接口。由于返回的接口引用并不支持ISupportErrorInfo，所以当VB试图用ISupportErrorInfo的方法来搜集错误信息时程序就会崩溃。解决的办法，就是提供两个vTable。当第一次调用初始化后的vTable里的QI时，它采取信任方式返回接口指针，并在返回之前将包含失败QI的vTable交换进来。这样下一次访问的QI将是失败QI，而失败QI拒绝所有接口请求，这样就有效的阻塞了后继的QI请求，包括VB对ISupportErrorInfo的请求。在后面的Listing3的代码中我们可以看到，一旦我们增加引用就会有类型不匹配错误。

    还有VB在对Err对象的处理上有BUG，那就是当VB用QI向某个对象请求ISupportErrorInfo接口失败后，Err对象内总是保留着对这个对象的引用。由于我们的vTalbe会先于Err对象释放，所以Err对象里有一个挂起的引用，当释放Err对象时程序会崩溃。解决的方法是：在程序结束前自己用Err.Raise来引发一个新错误。具体做法，见源代码。



   

Listing 2 用来告诉VB编译怎样调用我们的函数指针的外部ODL文件。没有对这个接口的描述，我们虽仍能生成代理到正确函数指针的COM对象

LucasLynn

How VB Allocates Fixed-Size Arrays <TR align=left bgColor=#ffffcc>You might think the entire array is being created as a local variable on the stack when you allocate a fixed-sized array in VB (I did). This is only a half-truth. The array descriptor, a structure that describes an array抯 size and type, is placed on the stack like any other local variable. However, the array抯 data is allocated on the heap. If you want a fully stack-allocated array, you need to embed your fixed-size array in a user-defined type (UDT) and use a local variable typed as the UDT, not as a fixed-size array. The reason for these allocation semantics is that the 64K size restriction on embedded fixed-size arrays does not apply to nonembedded fixed-size arrays, but the 64K limit does apply to the total size of local variables. Similar semantics apply to a module-level fixed-size array, except that embedded fixed-size arrays are allocated with the module instead of on the stack. You should take the precaution of defining all vtables as fixed-size arrays in a UDT to protect against the case where an object is still pointing at a function delegator structure when VB is tearing the process down. During teardown, VB clears all heap-allocated variables (objects, arrays, strings) in all modules before releasing the memory allocated for each specific module. Your tear-down code is dependent on the ordering of your modules in the VBP file if your vtable is heap-allocated, and you don抰 have to worry about custom vtables vaporizing beneath your objects or disappearing during tear-down if you define any custom vtable in an embedded fixed-size array.

LucasLynn

本文的附图：









我花了整整5个小时，从网上找到的本文的VB源码：

[此贴子已经被作者于2005-8-28 1:33:01编辑过]

tmtony

好文!!