2007年03月04日 14:38:00
1. Introduction
当我们在用MFC编程的时候，我们经常用到AfxGetApp()来获得当前的CWinApp的Instance。看看MFC的源代码中AfxGetApp()的实现，你会发现AfxGetApp()的实现并不像一般情况下面那样直接：
_AFXWIN_INLINE CWinApp* AFXAPI AfxGetApp()
{ return afxCurrentWinApp; } #define afxCurrentWinApp AfxGetModuleState()- |
AfxGetApp()调用的是AfxGetModuleState()，该函数返回一个AFX_MODULE_STATE的指针，其中的一个成员保存着当前的CWinApp的指针。可AfxGetModuleState()的作用又是什么呢？ 此外，当我们在开发MFC DLL程序的时候，我们会在每个输出的DLL函数前面加上一句AFX_MANAGE_STATE：
void SomeMFCDllFunction()
{ AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()) . |
AFX_MANAGE_STATE又是起什么作用呢？从字面上看来，它是Manage某种State，而AfxGetStaticModuleState又是获得State的，那么State究竟是什么呢？在MFC中，States用来保存某种相关的状态信息，分为下面几类：1. Process State，和某个单独的进程绑定起来2. Thread State，和某个单独的线程绑定3. Module State，和Module相关前两种State和一般的全局变量十分类似，只是根据需求的不同被绑定于不同的进程/线程，如多线程支持等。而Module State本身比较特别，Module State根据情况的不同，可以是全局，线程，或者进程相关的State，并且可以根据要求快速切换。
2. Process State
常见的Process State有：1. _AFX_WIN_STATE2. _AFX_DB_STATE3. _AFX_DEBUG_STATE4. _AFX_SOCK_STATE5. ..从字面上面可以很容易猜出这些状态的用处。MFC通过下面的宏来定义Process State:
#define PROCESS_LOCAL(class_name, ident_name) /
AFX_COMDAT CProcessLocal>class_name< ident_name; #define EXTERN_PROCESS_LOCAL(class_name, ident_name) / extern CProcessLocal>class_name< ident_name; |
PROCESS_LOCAL用CProcessLocal模板类定义了一个CProcessLocal>class_name<的一个实例作为状态变量，而EXTERN_PROCESS_LOCAL则使在头文件中声明此状态变量。CProcessLocal的定义如下：
class AFX_NOVTABLE CProcessLocalObject
{ public: // Attributes CNoTrackObject* GetData(CNoTrackObject* (AFXAPI* pfnCreateObject)()); // Implementation CNoTrackObject* volatile m_pObject; ~CProcessLocalObject(); }; template>class TYPE< class CProcessLocal : public CProcessLocalObject { // Attributes public: AFX_INLINE TYPE* GetData() { TYPE* pData = (TYPE*)CProcessLocalObject::GetData(&CreateObject); ENSURE(pData != NULL); return pData; } AFX_INLINE TYPE* GetDataNA() { return (TYPE*)m_pObject; } AFX_INLINE operator TYPE*() { return GetData(); } AFX_INLINE TYPE* operator-<() { return GetData(); } // Implementation public: static CNoTrackObject* AFXAPI CreateObject() { return new TYPE; } }; |
CProcessLocal的作用只是一个Wrapper，Hold一个TYPE*的指针，一旦用户调用GetData来获得这个指针，GetData会首先判断该指针是否为空，如果为空，则创建一个新的实例保存起来，否则返回已有的指针。前提条件是，TYPE必须从CNoTrackObject继承。任何从CNoTrackObject继承的类都拥有自己的new/delete，这样此对象便不会被Debug的内存分配系统所跟踪而误判为Leak。
CNoTrackObject* CProcessLocalObject::GetData(
CNoTrackObject* (AFXAPI* pfnCreateObject)()) { if (m_pObject == NULL) { AfxLockGlobals(CRIT_PROCESSLOCAL); TRY { if (m_pObject == NULL) m_pObject = (*pfnCreateObject)(); } CATCH_ALL(e) { AfxUnlockGlobals(CRIT_PROCESSLOCAL); THROW_LAST(); } END_CATCH_ALL AfxUnlockGlobals(CRIT_PROCESSLOCAL); } return m_pObject; } |
3. Thread State
和Process State类似，Thread State和某个线程绑定起来，Thread State有：1. _AFX_THREAD_STATE2. _AFXCTL_AMBIENT_CACHE同样的，Thread State是被THREAD_LOCAL和EXTERN_THREAD_LOCAL定义，也有CThreadLocal和CThreadLocalObject来Hold住Thread State的指针。CThreadLocal和CProcessLocal的实现方式不太一样，CThreadLocal利用TLS(Thread Local Storage)来保存指针，而不是用成员变量。简单来说，Thread Local Storage是Windows支持的功能，可以在任意线程中保存多个DWORD数据，每个这样的DWORD数据所占的位置称之为Slot，分配数据需要分配一个Slot，获得和修改数据CThreadLocalObject::GetData的实现如下：
CNoTrackObject* CThreadLocalObject::GetData(
CNoTrackObject* (AFXAPI* pfnCreateObject)()) { ENSURE(pfnCreateObject); if (m_nSlot == 0) { if (_afxThreadData == NULL) { _afxThreadData = new(__afxThreadData) CThreadSlotData; ENSURE(_afxThreadData != NULL); } m_nSlot = _afxThreadData- ENSURE(m_nSlot != 0); } CNoTrackObject* pValue = static_cast>CNoTrackObject*<(_afxThreadData- if (pValue == NULL) { // allocate zero-init object pValue = (*pfnCreateObject)(); // set tls data to newly created object _afxThreadData- ASSERT(_afxThreadData- } return pValue; } |
CThreadLocalObject::GetData首先判断m_nSlot，如果m_nSlot == 0，说明该Thread State未曾分配，GetData函数将会使用_afxThreadData-函数分配一个新的TLS的Slot，保存在m_nSlot之中，然后调用GetThreadValue检查pValue是否为NULL，如果是，则创建一个新的对象然后调用SetValue把pValue设置到该Slot之中。_afxThreadData的类型为CThreadSlotData，是对TLS API的一个简单的封装。_AFX_THREAD_STATE是一个很常用的Thread State，每个Thread，都会有自己的一份_AFX_THREAD_STATE。MFC提供了一个函数AfxGetThreadState来获得当前进程的Thread State，如果当前的线程还没有Thread State，该函数会创建一个新的Thread State。
_AFX_THREAD_STATE* AFXAPI AfxGetThreadState()
{ _AFX_THREAD_STATE *pState =_afxThreadState.GetData(); ENSURE(pState != NULL); return pState; } |
_AFX_THREAD_STATE中保存着下列信息：1. 当前的m_pModuleState，每个线程都知道它当前的Module State，这个信息被用来获得当前的Module State，AfxGetModuleState正是这么做的：
AFX_MODULE_STATE* AFXAPI AfxGetModuleState()
{ _AFX_THREAD_STATE* pState = _afxThreadState; ENSURE(pState); AFX_MODULE_STATE* pResult; if (pState- { // thread state's module state serves as override pResult = pState- } else { // otherwise, use global app state pResult = _afxBaseModuleState.GetData(); } ENSURE(pResult != NULL); return pResult; } |
2. 之前的m_pModuleState，用来保存之前的Module State，用于Module State切换，可参考AFX_MANAGE_STATE3. 其他信息，具体可以参考_AFX_THREAD_STATE的定义
4. Module State
Module State保存着和Module相关的状态信息。Module是Windows的术语，代表任何一个可执行的代码文件， EXE和DLL都是Module的一种。Module State有下面几种：1. AFX_MODULE_STATE，保存MODULE的信息，是_AFX_BASE_MODULE_STATE和_AFX_DLL_MODULE_STATE的基类2. _AFX_BASE_MODULE_STATE，保存MFC Module的状态信息，没有定义其他的成员3. _AFX_DLL_MODULE_STATE，保存DLL的状态信息，没有定义其他的成员4. AFX_MODULE_THREAD_STATE，保存主线程的有关状态信息，虽然AFX_MODULE_THREAD_STATE是保存的线程的状态信息，但是它只保存Module的主线程的状态信息，所以可以看作是Module State的一种。这些Module State保存了MFC中的大量重要信息：1. CWinApp指针2. 实例句柄3. 资源Module的句柄4. 句柄表5. OLE相关信息6. 窗口过程7. Activation Context8. ..
4.1 AFX_MODULE_STATE
AFX_MODULE_STATE的定义如下：
// AFX_MODULE_STATE (global data for a module)
class AFX_MODULE_STATE : public CNoTrackObject { public: #ifdef _AFXDLL AFX_MODULE_STATE(BOOL bDLL, WNDPROC pfnAfxWndProc, DWORD dwVersion, BOOL bSystem = FALSE); #else explicit AFX_MODULE_STATE(BOOL bDLL); #endif ~AFX_MODULE_STATE(); CWinApp* m_pCurrentWinApp; HINSTANCE m_hCurrentInstanceHandle; HINSTANCE m_hCurrentResourceHandle; LPCTSTR m_lpszCurrentAppName; // .. 其他成员，从略 }; |
可以看到：1. AFX_MODULE_STATE从CNoTrackObject继承。CNoTrackObject定义了自己的new/delete保证自己不会被各种调试版本的new/delete来Track，以免自己被错误的当作Leak。2. AFX_MODULE_STATE在DLL和非DLL（也就是EXE）的情况下具有不同的构造函数（和成员）3. AFX_MODULE_STATE在成员中保存了一些和Module相关的重要信息实际上，AFX_MODULE_STATE并没有被直接使用，而是作为_AFX_BASE_MODULE_STATE和_AFX_DLL_MODULE_STATE的基类：_AFX_BASE_MODULE_STATE被用于Module，其定义如下：
class _AFX_BASE_MODULE_STATE : public AFX_MODULE_STATE
{ public: #ifdef _AFXDLL _AFX_BASE_MODULE_STATE() : AFX_MODULE_STATE(TRUE, AfxWndProcBase, _MFC_VER) #else _AFX_BASE_MODULE_STATE() : AFX_MODULE_STATE(TRUE) #endif { } }; PROCESS_LOCAL(_AFX_BASE_MODULE_STATE, _afxBaseModuleState) |
_AFX_DLL_MODULE_STATE和_AFX_BASE_MODULE_STATE类似，只是仅用于DLL：
class _AFX_DLL_MODULE_STATE : public AFX_MODULE_STATE
{ public: _AFX_DLL_MODULE_STATE() : AFX_MODULE_STATE(TRUE, AfxWndProcDllStatic, _MFC_VER) { } }; static _AFX_DLL_MODULE_STATE afxModuleState; |
这两个class都没有定义额外的成员，比较简单，只是传入到基类AFX_MODULE_STATE的参数不同。此外，他们定义的方式不太一样，前者使用的是PROCESS_LOCAL宏，定义了一个变量_afxBaseModuleState。后者只是简单的定义了一个static变量afxModuleState。 下面这些函数可以用来获得Module的State：1. AfxGetModuleStateAfxGetModuleState首先获得_afxThreadState的m_pModuleState，如果当前的Thread State的m_pModuleState返回NULL，说明当前的Thread State没有正确的初始化（通常的原因是创建线程的时候调用的是CreateThread函数而非AfxBeginThread），则使用_afxBaseModuleState。
AFX_MODULE_STATE* AFXAPI AfxGetModuleState()
{ _AFX_THREAD_STATE* pState = _afxThreadState; ENSURE(pState); AFX_MODULE_STATE* pResult; if (pState- { // thread state's module state serves as override pResult = pState- } else { // otherwise, use global app state pResult = _afxBaseModuleState.GetData(); } ENSURE(pResult != NULL); return pResult; } |
_afxBaseModuleState是用PROCESS_LOCAL定义的：
PROCESS_LOCAL(_AFX_BASE_MODULE_STATE, _afxBaseModuleState)
|
它代表整个MFC Module的State。当你的程序是动态链接到MFC DLL的时候，该State只有一份。如果你的程序是静态链接到MFC的话，有几个模块（EXE/DLL）静态链接到MFC，MFC的代码就有几份，那么_afxBaseModuleState也就有几份。 2. AfxGetStaticModuleStateAfxGetStaticModuleState在不同的Project下面有着不同的行为：在DLL项目中，AfxGetSaticModuleState返回afxModuleState，也就是定义好的_AFX_DLL_MODULE_STATE，而在非DLL项目中，AfxGetStaticModuleState直接调用AfxGetModuleState。可以看到，在DLL的情况下，必须使用AfxGetStaticModuleState才可以获得DLL本身的Module State。
#ifdef _AFXDLL
static _AFX_DLL_MODULE_STATE afxModuleState; AFX_MODULE_STATE* AFXAPI AfxGetStaticModuleState() { AFX_MODULE_STATE* pModuleState = &afxModuleState; return pModuleState; } #else AFX_MODULE_STATE* AFXAPI AfxGetStaticModuleState() { AFX_MODULE_STATE* pModuleState = AfxGetModuleState(); return pModuleState; } #endif |
3. AfxGetAppModuleStateAfxGetAppModuleState是最简单的，直接返回_afxBaseModuleState：
AFX_MODULE_STATE* AFXAPI AfxGetAppModuleState()
{ return _afxBaseModuleState.GetData(); } |
从上面的讨论可以看出，当前处于那个MFC Module的状态之中，返回的就是那个MFC Module所相关联的CWinApp对象。如果你有多个Module都是动态链接到MFC DLL的话，那么AfxGetAppModuleState返回的总是同一个CWinApp。
5. AFX_MANAGE_STATE
AFX_MANAGE_STATE的作用切换到指定的Module State，当出了作用域的时候将Module State恢复到原来的值。是在不同的Module State之中切换，原因有2：1. 在不同的MFC DLL和MFC EXE的Module State之间切换，保持正确的AFX_MODULE_STATE，最常见的问题是在DLL输出的函数之中无法获得DLL本身相关的资源，这就是没有正确维护Module State的原因造成的，因为当前Resource DLL的句柄就保存在Module State之中。2. 切换Activation Context，不同的Module必然有着不同的Activation Context，需要切换。这是属于Side By Side的内容，以后我会专门写一篇文章来讲述Side By Side和manifest的相关信息。一般的用法如下：
void SomeMFCDllFunction()
{ AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()) . |
注意这里使用的是AfxGetStaticModuleState，而非AfxGetModuleState。原因是在DLL项目中，AfxGetStaticModuleState返回的是DLL本身的Module State，而AfxGetModuleState则是返回当前线程相关的Module State，由于一般DLL输出的函数是被其他Module调用，那么大部分情况下当前线程的Module State都是错误的，所以必须得使用DLL本身的Module State。 AFX_MANAGE_STATE只是一个宏，如下：
struct AFX_MAINTAIN_STATE2
{ explicit AFX_MAINTAIN_STATE2(AFX_MODULE_STATE* pModuleState) throw(); ~AFX_MAINTAIN_STATE2(); protected: #ifdef _AFXDLL AFX_MODULE_STATE* m_pPrevModuleState; _AFX_THREAD_STATE* m_pThreadState; #endif ULONG_PTR m_ulActCtxCookie; BOOL m_bValidActCtxCookie; }; #define AFX_MANAGE_STATE_NO_INIT_MANAGED(p) AFX_MAINTAIN_STATE2 _ctlState(p); #define AFX_MANAGE_STATE(p) _AfxInitManaged(); AFX_MANAGE_STATE_NO_INIT_MANAGED(p) |
可以看到AFX_MANAGE_STATE声明了一个栈上的局部变量_ctrlState，类型为AFX_MAINTAIN_STATE2。这是一个很常用的Pattern，AFX_MAINTAIN_STATE2在构造函数的时候会将当前的Module State切换为参数中指定的Module State：
AFX_MAINTAIN_STATE2::AFX_MAINTAIN_STATE2(AFX_MODULE_STATE* pNewState) throw()
{ #ifdef _AFXDLL m_pThreadState = _afxThreadState.GetData(); ASSERT(m_pThreadState); if(m_pThreadState) { m_pPrevModuleState = m_pThreadState- m_pThreadState- } else { // This is a very bad state; we have no good way to report the error at this moment // since exceptions from here are not expected m_pPrevModuleState=NULL; m_pThreadState=NULL; } #endif if (AfxGetAmbientActCtx() && pNewState- { m_bValidActCtxCookie = AfxActivateActCtx(pNewState- } else { m_bValidActCtxCookie = FALSE; } } |
然后在析构函数的时候将其恢复回来：
// AFX_MAINTAIN_STATE2 functions
_AFXWIN_INLINE AFX_MAINTAIN_STATE2::~AFX_MAINTAIN_STATE2() { #ifdef _AFXDLL // Not a good place to report errors here, so just be safe if(m_pThreadState) { m_pThreadState- } #endif if (m_bValidActCtxCookie) { BOOL bRet; bRet = AfxDeactivateActCtx(0, m_ulActCtxCookie); ASSERT(bRet == TRUE); } } |
可以看到，AFX_MAINTAIN_STATE2将当前_afxThreadState在m_pThreadState中存起来，然后将所指向的Module State保存在m_pPrevModuleState中。在析构函数中，则使用保存起来的m_pPrevModuleState恢复到m_pThreadState的Module State。除了保存恢复Module state之外，AFX_MAINTAIN_STATE2也会在切换Activation Context。这个Activation Context被用来查找Side By Side Assemblies，我以后会专门写一篇文章讲述Side By Side和Manifest相关的一些信息。这次就写到这里。
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