C++/WinRT와 ABI 사이의 Interop

아티클
09/29/2023

이번 항목에서는 SDK ABI(Application Binary Interface)와 C++/WinRT 개체를 서로 변환하는 방법에 대해서 설명합니다. 여기에서 설명하는 방법은 Windows 런타임을 통한 두 가지 프로그래밍 방법을 사용하는 코드 사이의 Interop에 사용하거나, 코드를 ABI에서 C++/WinRT로 점차 마이그레이션하는 데 사용할 수도 있습니다.

일반적으로 C++/WinRT는 ABI 형식을 void*로 표시하므로 플랫폼 헤더 파일을 포함하지 않아도 됩니다.

참고 항목

코드 예에서는 본질적으로 안전하지 않은 캐스트를 전보하기 위해 static_cast 대신 reinterpret_cast를 사용합니다.

Windows 런타임 ABI란 무엇이며, ABI 형식이란 무엇인가요?

Windows 런타임 클래스(런타임 클래스)는 추상화입니다. 이 추상화는 여러 프로그래밍 언어가 개체와 상호 작용할 수 있게 하는 이진 인터페이스(Application Binary Interface, ABI)를 정의합니다. 프로그래밍 언어에 관계없이 Windows 런타임 개체와의 클라이언트 코드 상호 작용은 개체의 ABI에 대한 호출로 번역되는 클라이언트 언어 구문으로 최저 수준에서 수행됩니다.

“%WindowsSdkDir%Include\10.0.17134.0\winrt” 폴더(필요한 경우 SDK 버전 번호를 사용자 요건에 맞게 조정)에 있는 Windows SDK 헤더가 Windows 런타임 ABI 헤더 파일입니다. 이 파일은 MIDL 컴파일러에서 생성되었습니다. 다음은 이 헤더 중 하나를 추가하는 예제입니다.

#include <windows.foundation.h>

다음은 특정 SDK 헤더에서 찾을 수 있는 ABI 형식 중 하나를 간단히 표현한 예제입니다. ABI 네임스페이스, Windows::Foundation, 그리고 모든 다른 Windows 네임스페이스는 ABI 네임스페이스 내 SDK 헤더에 의해 선언됩니다.

namespace ABI::Windows::Foundation
{
    IUriRuntimeClass : public IInspectable
    {
    public:
        /* [propget] */ virtual HRESULT STDMETHODCALLTYPE get_AbsoluteUri(/* [retval, out] */__RPC__deref_out_opt HSTRING * value) = 0;
        ...
    }
}

IUriRuntimeClass는 COM 인터페이스입니다. 하지만 IUriRuntimeClass가 IInspectable을 기반으로 한다는 점에서 Windows 런타임 인터페이스에 더욱 가깝습니다. 예외 발생보다는 오히려 HRESULT 반환 형식에 주의하세요. 또한 HSTRING 핸들 같은 아티팩트의 사용도 주의할 필요가 있습니다(작업을 마치면 핸들을 다시 nullptr로 설정하는 것이 좋음). 이렇게 하면 Windows 런타임이 애플리케이션 이진 수준, 즉 COM 프로그래밍 수준에서 어떻게 보이는지 알 수 있습니다.

Windows 런타임은 COM(구성 요소 개체 모델) API를 기반으로 합니다. 따라서 Windows 런타임에는 COM API를 통하거나, ‘언어 프로젝션’을 통해 액세스할 수 있습니다. 프로젝션은 COM 세부 정보를 숨기며, 지정된 언어에 더욱 자연스러운 프로그래밍 환경을 제공합니다.

예를 들어, “%WindowsSdkDir%Include\10.0.17134.0\cppwinrt\winrt” 폴더(다시 말하지만 필요한 경우 사용자 요건에 맞게 SDK 버전 번호를 조정) 안을 보면 C++/WinRT 언어 프로젝션 헤더를 찾을 수 있습니다. Windows 네임스페이스마다 ABI 헤더가 하나씩 있는 것처럼 각 Windows 네임스페이스에도 헤더가 있습니다. 다음은 C++/WinRT 헤더 중 하나를 추가하는 예제입니다.

#include <winrt/Windows.Foundation.h>

다음은 위의 헤더에서 시작하여 방금 본 ABI 형식에 상응하는 C++/WinRT를 간략하게 표현한 예제입니다.

namespace winrt::Windows::Foundation
{
    struct Uri : IUriRuntimeClass, ...
    {
        winrt::hstring AbsoluteUri() const { ... }
        ...
    };
}

여기에서 사용하는 인터페이스는 최신 표준 C++입니다. 이 인터페이스는 HRESULT를 사용하지 않습니다(필요한 경우 C++/WinRT에서 예외 발생). 접근자 함수는 범위 끝에서 정리되는 단순 문자열 개체를 반환합니다.

이 항목은 ABI(Application Binary Interface) 계층에서 사용할 수 있는 코드와 interop하거나 코드를 이식하려는 경우를 다룹니다.

코드의 ABI 형식 변환

안전성과 단순성, 그리고 양방향 변환 시 편의성을 고려하여 간단하게 winrt::com_ptr, com_ptr::as 및 winrt::Windows::Foundation::IUnknown::as를 사용할 수 있습니다. 다음은 C++/WinRT 프로젝션 및 ABI 간의 잠재적인 네임스페이스 충돌을 다루기 위해 다른 격리 영역에 대한 네임스페이스 별칭을 사용하는 방법을 보여 주는 코드 예제입니다(콘솔 앱 프로젝트 템플릿 기반).

// pch.h
#pragma once
#include <windows.foundation.h>
#include <unknwn.h>
#include "winrt/Windows.Foundation.h"

// main.cpp
#include "pch.h"

namespace winrt
{
    using namespace Windows::Foundation;
}

namespace abi
{
    using namespace ABI::Windows::Foundation;
};

int main()
{
    winrt::init_apartment();

    winrt::Uri uri(L"http://aka.ms/cppwinrt");

    // Convert to an ABI type.
    winrt::com_ptr<abi::IStringable> ptr{ uri.as<abi::IStringable>() };

    // Convert from an ABI type.
    uri = ptr.as<winrt::Uri>();
    winrt::IStringable uriAsIStringable{ ptr.as<winrt::IStringable>() };
}

as 함수의 구현이 QueryInterface를 호출합니다. AddRef만 호출하는 하위 수준의 변환을 원한다면 도우미 함수로 winrt::copy_to_abi와 winrt::copy_from_abi를 사용할 수 있습니다. 다음 코드 예제에서는 이 하위 수준 변환을 위의 코드 예제에 추가합니다.

Important

ABI 형식과 상호 운용할 때 사용되는 ABI 형식이 C++/WinRT 개체의 기본 인터페이스에 해당해야 합니다. 그렇지 않으면 ABI 형식에서 메서드를 호출하면 실제로는 기본 인터페이스의 동일한 vtable 슬롯에서 메서드가 호출되고 예기치 않은 결과가 발생합니다. winrt::copy_to_abi는 모든 ABI 형식에 void*를 사용하고 호출자가 형식 불일치에 주의한다고 가정하므로 컴파일 시 이 문제를 방지하지 않습니다. 이는 ABI 형식이 전혀 사용되지 않을 때 C++/WinRT 헤더가 ABI 헤더를 참조하도록 요구하는 일이 없도록 방지하기 위한 조치입니다.

int main()
{
    // The code in main() already shown above remains here.

    // Lower-level conversions that only call AddRef.

    // Convert to an ABI type.
    ptr = nullptr;
    winrt::copy_to_abi(uriAsIStringable, *ptr.put_void());

    // Convert from an ABI type.
    uri = nullptr;
    winrt::copy_from_abi(uriAsIStringable, ptr.get());
    ptr = nullptr;
}

다음은 비슷한 하위 수준의 변환 예제이지만 원시 포인터를 ABI 인터페이스 형식(Windows SDK 헤더에서 정의한 형식)에 사용한다는 점에서 다릅니다.

    // The code in main() already shown above remains here.

    // Copy to an owning raw ABI pointer with copy_to_abi.
    abi::IStringable* owning{ nullptr };
    winrt::copy_to_abi(uriAsIStringable, *reinterpret_cast<void**>(&owning));

    // Copy from a raw ABI pointer.
    uri = nullptr;
    winrt::copy_from_abi(uriAsIStringable, owning);
    owning->Release();

주소만 복사하는 최하위 수준의 변환일 때는 도우미 함수로 winrt::get_abi, winrt::detach_abi 및 winrt::attach_abi를 사용할 수 있습니다.

WINRT_ASSERT는 매크로 정의이며 _ASSERTE로 확장됩니다.

    // The code in main() already shown above remains here.

    // Lowest-level conversions that only copy addresses

    // Convert to a non-owning ABI object with get_abi.
    abi::IStringable* non_owning{ reinterpret_cast<abi::IStringable*>(winrt::get_abi(uriAsIStringable)) };
    WINRT_ASSERT(non_owning);

    // Avoid interlocks this way.
    owning = reinterpret_cast<abi::IStringable*>(winrt::detach_abi(uriAsIStringable));
    WINRT_ASSERT(!uriAsIStringable);
    winrt::attach_abi(uriAsIStringable, owning);
    WINRT_ASSERT(uriAsIStringable);

convert_from_abi 함수

이 도우미 함수는 오버헤드를 최소화하면서 원시 ABI 인터페이스 포인터를 상응하는 C++/WinRT 개체로 변환합니다.

template <typename T>
T convert_from_abi(::IUnknown* from)
{
    T to{ nullptr }; // `T` is a projected type.

    winrt::check_hresult(from->QueryInterface(winrt::guid_of<T>(),
        winrt::put_abi(to)));

    return to;
}

이 함수는 단순하게 QueryInterface를 호출하여 요청된 C++/WinRT 형식의 기본 인터페이스에 대해 쿼리를 실행합니다.

앞에서 본 것처럼 C++/WinRT 개체를 상응하는 ABI 인터페이스 포인터로 변환할 때는 도우미 함수가 필요하지 않습니다. 단순히 winrt::Windows::Foundation::IUnknown::as(또는 try_as) 멤버 함수를 사용하여 요청된 인터페이스에 대해 쿼리를 실행하면 됩니다. as 및 try_as 함수는 요청된 ABI 형식을 래핑하는 winrt::com_ptr 개체를 반환합니다.

convert_from_abi를 사용하는 코드 예제

다음은 이 도우미 함수가 실제로 사용되는 코드 예제입니다.

// pch.h
#pragma once
#include <windows.foundation.h>
#include <unknwn.h>
#include "winrt/Windows.Foundation.h"

// main.cpp
#include "pch.h"
#include <iostream>

using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;

namespace winrt
{
    using namespace Windows::Foundation;
}

namespace abi
{
    using namespace ABI::Windows::Foundation;
};

namespace sample
{
    template <typename T>
    T convert_from_abi(::IUnknown* from)
    {
        T to{ nullptr }; // `T` is a projected type.

        winrt::check_hresult(from->QueryInterface(winrt::guid_of<T>(),
            winrt::put_abi(to)));

        return to;
    }
    inline auto put_abi(winrt::hstring& object) noexcept
    {
        return reinterpret_cast<HSTRING*>(winrt::put_abi(object));
    }
}

int main()
{
    winrt::init_apartment();

    winrt::Uri uri(L"http://aka.ms/cppwinrt");
    std::wcout << "C++/WinRT: " << uri.Domain().c_str() << std::endl;

    // Convert to an ABI type.
    winrt::com_ptr<abi::IUriRuntimeClass> ptr = uri.as<abi::IUriRuntimeClass>();
    winrt::hstring domain;
    winrt::check_hresult(ptr->get_Domain(sample::put_abi(domain)));
    std::wcout << "ABI: " << domain.c_str() << std::endl;

    // Convert from an ABI type.
    winrt::Uri uri_from_abi = sample::convert_from_abi<winrt::Uri>(ptr.get());

    WINRT_ASSERT(uri.Domain() == uri_from_abi.Domain());
    WINRT_ASSERT(uri == uri_from_abi);
}

ABI COM 인터페이스 포인터와 상호 운용

아래 도우미 함수 템플릿은 지정된 형식의 ABI COM 인터페이스 포인터를 해당 C++/WinRT 프로젝션된 스마트 포인터 형식으로 복사하는 방법을 보여 줍니다.

template<typename To, typename From>
To to_winrt(From* ptr)
{
    To result{ nullptr };
    winrt::check_hresult(ptr->QueryInterface(winrt::guid_of<To>(), winrt::put_abi(result)));
    return result;
}
...
ID2D1Factory1* com_ptr{ ... };
auto cppwinrt_ptr {to_winrt<winrt::com_ptr<ID2D1Factory1>>(com_ptr)};

다음 도우미 함수 템플릿은 Windows 구현 라이브러리(WIL)의 스마트 포인터 형식에서 복사한다는 점을 제외하면 동일합니다.

template<typename To, typename From, typename ErrorPolicy>
To to_winrt(wil::com_ptr_t<From, ErrorPolicy> const& ptr)
{
    To result{ nullptr };
    if constexpr (std::is_same_v<typename ErrorPolicy::result, void>)
    {
        ptr.query_to(winrt::guid_of<To>(), winrt::put_abi(result));
    }
    else
    {
        winrt::check_result(ptr.query_to(winrt::guid_of<To>(), winrt::put_abi(result)));
    }
    return result;
}

C++/WinRT를 통한 COM 구성 요소 사용을 참조하세요.

ABI COM 인터페이스 포인터와의 안전하지 않은 상호 운용

다음 표에서는 지정된 형식의 ABI COM 인터페이스 포인터와 해당 C++/WinRT 프로젝션된 스마트 포인터 형식 사이의 안전하지 않은 변환을 보여 줍니다(다른 작업도 포함). 표에 나온 코드의 경우 다음 선언을 가정합니다.

winrt::Sample s;
ISample* p;

void GetSample(_Out_ ISample** pp);

또한 ISample은 Sample에 대한 기본 인터페이스라고 가정합니다.

이 코드를 사용하여 컴파일 시간에 해당 항목을 어설션할 수 있습니다.

static_assert(std::is_same_v<winrt::default_interface<winrt::Sample>, winrt::ISample>);

Operation	작업 방법	참고
winrt::Sample에서 ISample* 추출	`p = reinterpret_cast<ISample*>(get_abi(s));`	s는 여전히 개체를 소유합니다.
winrt::Sample에서 ISample* 분리	`p = reinterpret_cast<ISample*>(detach_abi(s));`	s는 더 이상 개체를 소유하지 않습니다.
ISample을 새로운 winrt::Sample*로 전송	`winrt::Sample s{ p, winrt::take_ownership_from_abi };`	s가 개체의 소유권을 갖습니다.
ISample을 winrt::Sample*로 설정	`*put_abi(s) = p;`	s가 개체의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 모든 개체가 손실됩니다(디버그 시 어설션됨).
ISample을 winrt::Sample*에서 수신	`GetSample(reinterpret_cast<ISample**>(put_abi(s)));`	s가 개체의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 모든 개체가 손실됩니다(디버그 시 어설션됨).
ISample을 winrt::Sample*에서 교체	`attach_abi(s, p);`	s가 개체의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 개체가 해제됩니다.
ISample을 winrt::Sample*로 복사	`copy_from_abi(s, p);`	s가 개체에 대한 새 참조를 만듭니다. s가 이전에 소유한 개체가 해제됩니다.
winrt::Sample을 ISample*로 복사	`copy_to_abi(s, reinterpret_cast<void*&>(p));`	p가 개체의 복사본을 수신합니다. p가 이전에 소유한 모든 개체가 해제됩니다.

ABI의 GUID 구조체와 상호 운용

GUID(/previous-versions/aa373931(v%3Dvs.80))는 winrt::guid로 프로젝션됩니다. 구현하는 API의 경우 GUID 매개 변수에 winrt::guid를 사용해야 합니다. 그렇지 않은 경우 C++/WinRT 헤더를 포함하기 전에 unknwn.h(<windows.h> 및 다른 많은 헤더 파일에서 암시적으로 포함)를 포함하면 winrt::guid 및 GUID 사이에 자동 변환이 수행됩니다.

그렇게 하지 않으면 둘 사이에서 reinterpret_cast를 하드코딩할 수 있습니다. 아래의 표에서는 다음 선언을 가정합니다.

winrt::guid winrtguid;
GUID abiguid;

전환	`#include <unknwn.h>` 사용	`#include <unknwn.h>` 사용 안 함
winrt::guid에서 GUID로	`abiguid = winrtguid;`	`abiguid = reinterpret_cast<GUID&>(winrtguid);`
GUID에서 winrt::guid로	`winrtguid = abiguid;`	`winrtguid = reinterpret_cast<winrt::guid&>(abiguid);`

이와 같이 winrt::guid를 작성할 수 있습니다.

winrt::guid myGuid{ 0xC380465D, 0x2271, 0x428C, { 0x9B, 0x83, 0xEC, 0xEA, 0x3B, 0x4A, 0x85, 0xC1} };

문자열에서 winrt::guid를 작성하는 방법을 보여주는 요점은 make_guid.cpp를 참조하세요.

ABI의 HSTRING과 상호 운용

다음 표에서는 winrt::hstring과 HSTRING 사이의 변환 및 기타 작업을 보여 줍니다. 표에 나온 코드의 경우 다음 선언을 가정합니다.

winrt::hstring s;
HSTRING h;

void GetString(_Out_ HSTRING* value);

Operation	작업 방법	참고
hstring에서 HSTRING 추출	`h = reinterpret_cast<HSTRING>(get_abi(s));`	s는 여전히 문자열을 소유합니다.
hstring에서 HSTRING 분리	`h = reinterpret_cast<HSTRING>(detach_abi(s));`	s는 더 이상 문자열을 소유하지 않습니다.
HSTRING을 hstring으로 설정	`*put_abi(s) = h;`	s가 문자열의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 모든 문자열이 손실됩니다(디버그 시 어설션됨).
HSTRING을 hstring으로 수신	`GetString(reinterpret_cast<HSTRING*>(put_abi(s)));`	s가 문자열의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 모든 문자열이 손실됩니다(디버그 시 어설션됨).
HSTRING을 hstring에서 교체	`attach_abi(s, h);`	s가 문자열의 소유권을 갖습니다. s가 이전에 소유한 문자열이 해제됩니다.
HSTRING을 hstring에 복사	`copy_from_abi(s, h);`	s가 문자열의 개인 복사본을 만듭니다. s가 이전에 소유한 문자열이 해제됩니다.
hstring을 HSTRING에 복사	`copy_to_abi(s, reinterpret_cast<void*&>(h));`	h가 문자열의 복사본을 수신합니다. h가 이전에 소유한 모든 문자열이 손실됩니다.

또한 WIL(Windows 구현 라이브러리) 문자열 도우미가 기본적인 문자열 조작을 수행합니다. WIL 문자열 도우미를 사용하려면 <wil/resource.h>를 포함하고 아래 표를 참조하세요. 자세한 내용을 보려면 표의 링크를 따라가세요.

Operation	추가 정보를 제공하는 WIL 문자열 도우미
원시 유니코드 또는 ANSI 문자열 포인터와 선택적 길이를 제공하고 적절히 특수화된 unique_any 래퍼 가져오기	wil::make_something_string
원시 null로 끝나는 유니코드 문자열 포인터를 찾을 때까지 스마트 개체 래핑 해제	wil::str_raw_ptr
스마트 포인터 개체로 래핑된 문자열 가져오기 또는 `L""` 스마트 포인터가 비어 있는 경우 빈 문자열 가져오기	wil::string_get_not_null
원하는 수의 문자열 연결	wil::str_concat
Printf 스타일 서식 문자열 및 해당 매개 변수 목록에서 문자열 가져오기	wil::str_printf

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