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[VB] VB指针技术

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发表于 2011-4-8 14:19:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、指针是什么?
    不需要去找什么标准的定义,它就是一个32位整数,在C语言和在VB里都可以用Long类型来表示。在32位Windows平台下它和普通的32位长整型数没有什么不同,只不过它的值是一个内存地址,正是因为这个整数象针一样指向一个内存地址,所以就有了指针的概念。
    有统计表明,很大一部分程序缺陷和内存的错误访问有关。正是因为指针直接和内存打交道,所以指针一直以来被看成一个危险的东西。以至于不少语言,如著名的 JAVA,都不提供对指针操作的支持,所有的内存访问方面的处理都由编译器来完成。而象C和C++,指针的使用则是基本功,指针给了程序员极大的自由去随心所欲地处理内存访问,很多非常巧妙的东西都要依靠指针技术来完成。
    关于一门高级的程序设计语言是不是应该取消指针操作,关于没有指针操作算不算一门语言的优点,我在这里不讨论,因为互联网上关于这方面的没有结果的讨论,已经造成了占用几个GB的资源。无论最终你是不是要下定决心修习指针技术《葵花宝典》,了解这门功夫总是有益处的。
    注意:在VB里,官方是不鼓励使用什么指针的,本文所讲的任何东西你都别指望取得官方的技术支持,一切都要靠我们自己的努力,一切都更刺激!
    让我们开始神奇的VB指针探险吧!
    二、来看看指针能做什么?有什么用?
    先来看两个程序,程序的功能都是交换两个字串:
【程序一】:'标准的做法SwapStr
    Sub SwapStr(sA As String, sB As String)
        Dim sTmp As String
        sTmp = sA: sA = sB: sB = sTmp
    End Sub

【程序二】:'用指针的做法SwapPtr
    Private Declare Sub CopyMemory Lib "kernel32" Alias "RtlMoveMemory" _            (Destination As Any, Source As Any, ByVal Length As Long)

    Sub SwapPtr(sA As String, sB As String)
        Dim lTmp As Long
        CopyMemory lTmp, ByVal VarPtr(sA), 4
        CopyMemory ByVal VarPtr(sA), ByVal VarPtr(sB), 4
        CopyMemory ByVal VarPtr(sB), lTmp, 4
    End Sub

    你是不是以为第一个程序要快,因为它看着简单而且不用调用API(调用API需要额外的处理,VB文档明确指出大量调用API将降低程序性能)。但事实上,在VB集成环境中运行,程序二要比程序一快四分之一;而编译成本机代码或p-code,程序二基本上要比程序一快一倍。下面是两个函数在编译成本机代码后,运行不同次数所花时间的比较:
运行100000次,SwapStr需要170毫秒,SwapPtr需要90毫秒。
运行200000次,SwapStr需要340毫秒,SwapPtr需要170毫秒。
运行2000000次,SwapStr需要3300毫秒,SwapPtr需要1500毫秒。
    的确,调用API是需要额外指令来处理,但是由于使用了指针技术,它没有进行临时字串的分配和拷贝,因此速度提高了不少。
    怎么样,想不到吧!C/C++程序员那么依赖指针,无非也是因为使用指针往往能更直接的去处理问题的根源,更有驾驭一切的快感。他们不是不知道使用指针的危险,他们不是不愿意开卫星定位无级变速的汽车,只是骑摩托更有快感,而有些地方只有摩托才走得过去。
    和在C里类似,在VB里我们使用指针也不过三个理由:
    一是效率,这是一种态度一种追求,在VB里也一样;
    二是不能不用,因为操作系统是C写的,它时刻都在提醒我们它需要指针;
    三是突破限制,VB想照料我们的一切,VB给了我们很强的类型检查,VB象我们老妈一样,对我们关心到有时我们会受不了,想偶尔不听妈妈的话吗?你需要指针!
    但由于缺少官方的技术支持,在VB里,指针变得很神秘。因此在C里一些基本的技术,在VB里就变得比较困难。本文的目的就是要提供给大家一种简单的方法,来将C处理指针的技术拿到VB里来,并告诉你什么是可行的,什么可行但必须要小心的,什么是可能但不可行的,什么是根本就不可能的。     
   
    三、 程咬金的三板斧   
    是的,程序二基本上就已经让我们看到VB指针技术的模样了。总结一下,在VB里用指针技术我们需要掌握三样东西:CopyMemory,VarPtr/StrPtr/ObjPtr, AdressOf. 三把斧头,程咬金的三板斧,在VB里Hack的工具。
1、CopyMemory
    关于CopyMemory和Bruce McKinney大师的传奇,MSDN的Knowledge Base中就有文章介绍,你可以搜索"ID: Q129947"的文章。正是这位大师给32位的VB带来了这个可以移动内存的API,也正是有了这个API,我们才能利用指针完成我们原来想都不敢想的一些工作,感谢Bruce McKinney为我们带来了VB的指针革命。  
    如CopyMemory的声明,它是定义在Kernel32.dll中的RtlMoveMemory这个API,32位C函数库中的memcpy就是这个 API的包装,如MSDN文档中所言,它的功能是将从Source指针所指处开始的长度为Length的内存拷贝到Destination所指的内存处。它不会管我们的程序有没有读写该内存所应有的权限,一但它想读写被系统所保护的内存时,我们就会得到著名的Access Violation Fault(内存越权访问错误),甚至会引起更著名的general protection (GP) fault(通用保护错误) 。所以,在进行本系列文章里的实验时,请注意随时保存你的程序文件,在VB集成环境中将"工具"->"选项"中的"环境"选项卡里的"启动程序时" 设为"保存改变",并记住在"立即"窗口中执行危险代码之前一定要保存我们的工作成果。

2、VatPtr/StrPtr/ObjPtr
    它们是VB提供给我们的好宝贝,它们是VBA函数库中的隐藏函数。为什么要隐藏?因为VB开发小组,不鼓励我们用指针嘛。
    实际上这三个函数在VB运行时库MSVBVM60.DLL(或MSVBVM50.DLL)中是同一个函数VarPtr(可参见我在本系列第一篇文章里介绍的方法)。
其库型库定义如下:
        [entry("VarPtr"), hidden]
        long _stdcall VarPtr([in] void* Ptr);
        [entry("VarPtr"), hidden]
        long _stdcall StrPtr([in] BSTR Ptr);
        [entry("VarPtr"), hidden]
        long _stdcall ObjPtr([in] IUnknown* Ptr);   
    即然它们是VB运行时库中的同一个函数,我们也可以在VB里用API方式重新声明这几个函数,如下:
Private Declare Function ObjPtr Lib "MSVBVM60" Alias "VarPtr" _
  (var As Object) As Long
Private Declare Function VarPtr Lib "MSVBVM60"  _
  (var As Any) As Long
(没有StrPtr,是因为VB对字符串处理方式有点不同,这方面的问题太多,在本系列中另用一篇《VB字符串全攻略》来详谈。
    顺便提一下,听说VB.NET里没有这几个函数,但只要还能调用API,我们就可以试试上面的几个声明,这样在VB.NET里我们一样可以进行指针操作。
    但是请注意,如果通过API调用来使用VarPtr,整个程序二SwapPtr将比原来使用内置VarPtr函数时慢6倍。)
    如果你喜欢刨根问底,那么下面就是VarPtr函数在C和汇编语言里的样子:
    在C里样子是这样的:
    long VarPtr(void* pv){
        return (long)pv;
    }
    所对就的汇编代码就两行:
    mov        eax,dword ptr [esp+4]
    ret        4          '弹出栈里参数的值并返回。
    之所以让大家了解VarPtr的具体实现,是想告诉大家它的开销并不大,因为它们不过两条指令,即使加上参数赋值、压栈和调用指令,整个获取指针的过程也就六条指令。当然,同样的功能在C语言里,由于语言的直接支持,仅需要一条指令即可。但在VB里,它已经算是最快的函数了,所以我们完全不用担心使用 VarPtr会让我们失去效率!速度是使用指针技术的根本要求。
    一句话,VarPtr返回的是变量所在处的内存地址,也可以说返回了指向变量内存位置的指针,它是我们在VB里处理指针最重要的武器之一。  


3、ByVal和ByRef
    ByVal传递的参数值,而ByRef传递的参数的地址。在这里,我们不用去区别传指针/传地址/传引用的不同,在VB里,它们根本就是一个东西的三种不同说法,即使VB的文档里也有地方在混用这些术语(但在C++里的确要区分指针和引用)
    初次接触上面的程序二SwapPtr的朋友,一定要搞清在里面的CopyMemory调用中,在什么地方要加ByVal,什么地方不加(不加ByVal就是使用VB缺省的ByRef)
    准确的理解传值和传地址(指针)的区别,是在VB里正确使用指针的基础。
    现在一个最简单的实验来看这个问题,如下面的程序三:
【程序三】:'体会ByVal和ByRef
    Sub TestCopyMemory()
        Dim k As Long
        k = 5
Note:  CopyMemory ByVal VarPtr(k), 40000, 4
        Debug.Print k
    End Sub
    上面标号Note处的语句的目的,是将k赋值为40000,等同于语句k=40000,你可以在"立即"窗口试验一下,会发现k的值的确成了40000。
    实际上上面这个语句,翻译成白话,就是从保存常数40000的临时变量处拷贝4个字节到变量k所在的内存中。
    现在我们来改变一个Note处的语句,若改成下面的语句:
Note2:  CopyMemory ByVal VarPtr(k), ByVal 40000, 4
    这句话的意思就成了,从地址40000拷贝4个字节到变量k所在的内存中。由于地址40000所在的内存我们无权访问,操作系统会给我们一个Access Violation内存越权访问错误,告诉我们"试图读取位置0x00009c40处内存时出错,该内存不能为'Read'"。
    我们再改成如下的语句看看。
Note3:  CopyMemory VarPtr(k), 40000, 4
    这句话的意思就成了,从保存常数40000的临时变量处拷贝4个字节到到保存变量k所在内存地址值的临时变量处。这不会出出内存越权访问错误,但k的值并没有变。
    我们可以把程序改改以更清楚的休现这种区别,如下面的程序四:
【程序四】:'看看我们的东西被拷贝到哪儿去了  
    Sub TestCopyMemory()
        Dim i As Long, k As Long
        k = 5
        i = VarPtr(k)
NOTE4:  CopyMemory i, 40000, 4
        Debug.Print k
        Debug.Print i
        i = VarPtr(k)
NOTE5:  CopyMemory ByVal i, 40000, 4
        Debug.Print k
    End Sub

程序输出:
5
40000
40000
    由于NOTE4处使用缺省的ByVal,传递的是i的地址(也就是指向i的指针),所以常量40000拷贝到了变量i里,因此i的值成了40000,而k 的值却没有变化。但是,在NOTE4前有:i=VarPtr(k),本意是要把i本身做为一个指针来使用。这时,我们必须如NOTE5那样用ByVal来传递指针i,由于i是指向变量k的指针,所以最后常量40000被拷贝了变量k里。
    希望你已经理解了这种区别,在后面问题的讨论中,我还会再谈到它。

4、AddressOf
    它用来得到一个指向VB函数入口地址的指针,不过这个指针只能传递给API使用,以使得API能回调VB函数。
    本文不准备详细讨论函数指针,关于它的使用请参考VB文档。

5、拿来主义。
    实际上,有了CopyMemory,VarPtr,AddressOf这三把斧头,我们已经可以将C里基本的指针操作拿过来了。
    如下面的C程序包括了大部分基本的指针指针操作:
    struct POINT{
        int x; int y;
    };
    int Compare(void* elem1, void* elem2){}
    void PtrDemo(){
    //指针声明:
        char c = 'X';        //声明一个char型变量
        char* pc; long* pl;  //声明普通指针
        POINT* pPt;          //声明结构指针
        void* pv;            //声明无类型指针
        int (*pfnCastToInt)(void *, void*);//声明函数指针:  
    //指针赋值:
      pc = &c;              //将变量c的地址值赋给指针pc
      pfnCompare = Compare; //函数指针赋值。
    //指针取值:
      c = *pc;              //将指针pc所指处的内存值赋给变量c
    //用指针赋值:
      *pc = 'Y'    &  
nbsp;        //将'Y'赋给指针pc所指内存变量里。
    //指针移动:
      pc++; pl--;  
    }  


    这些对指针操作在VB里都有等同的东西,
    前面讨论ByVal和ByRef时曾说过传指针和传地址是一回事,实际上当我们在VB里用缺省的ByRef声明函数参数时,我们已经就声明了指针。
    如一个C声明的函数:long Func(char* pc)
    其对应的VB声明是:Function Func(pc As Byte) As Long
    这时参数pc使用缺省的ByRef传地址方式来传递,这和C里用指针来传递参数是一样。
    那么怎么才能象C里那样明确地声明一个指针呢?
    很简单,如前所说,用一个32位长整数来表达指针就行。在VB里就是用Long型来明确地声明指针,我们不用区分是普通指针、无类型指针还是函数指针,通通都可用Long来声明。而给一个指针赋值,就是赋给它用VarPar得到的另一个变量的地址。具体见程序五。
【程序五】:同C一样,各种指针。
    Type POINT
        X As Integer
        Y As Integer
    End Type
    Public Function Compare(elem1 As Long, elem2 As Long) As Long
    '
    End Function
    Function FnPtrToLong(ByVal lngFnPtr As Long) As Long
        FnPtrToLong = lngFnPtr
    End Function
    Sub PtrDemo()
      Dim l As Long, c As Byte, ca() As Byte, Pt As POINT
      Dim pl As Long, pc As Long, pv As Long, pPt As Long, pfnCompare As Long
      c = AscB("X")
      pl = VarPtr(l)    '对应C里的long、int型指针
      pc = VarPtr(c)    '对应char、short型指针
      pPt = VarPtr(Pt)  '结构指针
      pv = VarPtr(ca(0)) '字节数组指针,可对应任何类型,也就是void*
      pfnCompare = FnPtrToLong(AddressOf Compare) '函数指针
      CopyMemory c, ByVal pc, LenB(c)  '用指针取值
      CopyMemory ByVal pc, AscB("Y"), LenB(c) '用指针赋值
      pc = pc + LenB(c) : pl = pl - LenB(l)  '指针移动
    End Sub
    我们看到,由于VB不直接支持指针操作,在VB里用指针取值和用指针赋值都必须用CopyMemory这个API,而调用API的代价是比较高的,这就决定了我们在VB里使用指针不能象在C里那样自由和频繁,我们必须要考虑指针操作的代价,在后面的"指针应用"我们会再变谈这个问题。
    程序五中关于函数指针的问题请参考VB文档,无类型指针void*会在下面"关于Any的问题"里说。
    程序五基本上已经包括了我们能在VB里进行的所有指针操作,仅此而已。

    下面有一个小测试题,如果现在你就弄懂了上面程咬金的三板斧,你就应该能做得出来。
    上面提到过,VB.NET中没有VarPtr,我们可以用声明API的方式来引入MSVBVM60.DLL中的VarPtr。现在的问题如果不用VB的运行时DLL文件,你能不能自己实现一个ObjPtr。
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