JNI入门

我与影子孤独终老i 提交于 2019-12-20 10:21:15
学习了一下JNI,发表文章的时候不知道该选什么好了,不知道JNI应该属于那个范畴^_^。
  
  1.简介
  
  JNI是Java Native Interface的缩写,它的设计目的是:
  
  The standard Java class library may not support the platform-dependent features needed by your application.
  
  You may already have a library or application written in another programming language and you wish to make it accessible to Java applications
  
  You may want to implement a small portion of time-critical code in a lower-level programming language, such as assembly, and then have your Java application call these functions
  
  2.JNI的书写步骤
  
  编写带有native声明的方法的java类
  
  使用javac命令编译所编写的java类
  
  使用javah ?jni java类名生成扩展名为h的头文件
  
  使用C/C++实现本地方法
  
  将C/C++编写的文件生成动态连接库
  
  ok
  
  1) 编写java程序:
  
  这里以HelloWorld为例。
  
  代码1:
  
  class HelloWorld {
  public native void displayHelloWorld();
  
  static {
  System.loadLibrary("hello");
  }
  
  public static void main(String[] args) {
  new HelloWorld().displayHelloWorld();
  }
  }
  
  声明native方法:如果你想将一个方法做为一个本地方法的话,那么你就必须声明改方法为native的,并且不能实现。其中方法的参数和返回值在后面讲述。
  
  Load动态库:System.loadLibrary("hello");加载动态库(我们可以这样理解:我们的方法displayHelloWorld()没有实现,但是我们在下面就直接使用了,所以必须在使用之前对它进行初始化)这里一般是以static块进行加载的。同时需要注意的是System.loadLibrary();的参数“hello”是动态库的名字。
  
  main()方法
  
  2) 编译没有什么好说的了
  
  javac HelloWorld.java
  
  3) 生成扩展名为h的头文件
  
  javah ?jni HelloWorld
  
  头文件的内容:
  /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
  #include <jni.h>
  /* Header for class HelloWorld */
  
  #ifndef _Included_HelloWorld
  #define _Included_HelloWorld
  #ifdef __cplusplus
  extern "C" {
  #endif
  /*
  * Class:   HelloWorld
  * Method:  displayHelloWorld
  * Signature: ()V
  */
  JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld
  (JNIEnv *, jobject);
  
  #ifdef __cplusplus
  }
  #endif
  #endif
  
  (这里我们可以这样理解:这个h文件相当于我们在java里面的接口,这里声明了一个Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法,然后在我们的本地方法里面实现这个方法,也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致)。
  
  4) 编写本地方法
  
  实现和由javah命令生成的头文件里面声明的方法名相同的方法。
  
  代码2:
  
  1 #include <jni.h>
  2 #include "HelloWorld.h"
  3 #include <stdio.h>
  4 JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj)
  {
  printf("Hello world!\n");
  return;
  }
  
  注意代码2中的第1行,需要将jni.h(该文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夹下面找到)文件引入,因为在程序中的JNIEnv、jobject等类型都是在该头文件中定义的;另外在第2行需要将HelloWorld.h头文件引入(我是这么理解的:相当于我们在编写java程序的时候,实现一个接口的话需要声明才可以,这里就是将HelloWorld.h头文件里面声明的方法加以实现。当然不一定是这样)。然后保存为HelloWorldImpl.c就ok了。
  
  5) 生成动态库
  
  这里以在Windows中为例,需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夹下面,使用VC的编译器cl成。
  
  cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll
  
  注意:生成的dll文件名在选项-Fe后面配置,这里是hello,因为在HelloWorld.java文件中我们loadLibary的时候使用的名字是hello。当然这里修改之后那里也需要修改。另外需要将-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32参数加上,因为在第四步里面编写本地方法的时候引入了jni.h文件。
  
  6) 运行程序
  
  java HelloWorld就ok。^_^


3.Java类型和本地类型对应
  
  在如下情况下,需要在本地方法中应用java对象的引用,就会用到类型之间的转换:
  
  1)java方法里面将参数传入本地方法;
  
  2)在本地方法里面创建java对象;
  
  3)在本地方法里面return结果给java程序。
  
  分为如下两种情况:
  
  Java原始类型
  
  像booleans、integers、floats等从Java程序中传到本地方法中的原始类型可以直接使用,下面是java中的原始类型和本地方法中的类型的对应:
  
  Java类型  本地类型  字节(bit)
  
  boolean   jboolean   8, unsigned
  byte    jbyte    8
  char    jchar    16, unsigned
  short    jshort    16
  int     jint     32
  long    jlong    64
  float    jfloat    32
  double   jdouble   64
  void    void     n/a
  
  也就是说如果我在方法中传进去了一个boolean的参数的话,那么我在本地方法中就有jboolean类型与之对应。同理,如果在本地方法中return一个jint的话,那么在java中就返回一个int类型。
  
  Java对象
  
  Java对象做为引用被传递到本地方法中,所有这些Java对象的引用都有一个共同的父类型jobject(相当于java中的Object类是所有类的父类一样)。下面是JNI实现的一些jobject的子类:
  
  4.本地方法中访问java程序中的内容
  
  1)访问String对象:
  
  从java程序中传过去的String对象在本地方法中对应的是jstring类型,jstring类型和c中的char*不同,所以如果你直接当做char*使用的话,就会出错。因此在使用之前需要将jstring转换成为c/c++中的char*,这里使用JNIEnv的方法转换。下面是一个例子:
  
  代码3:
  
  JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine
  (JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt)
  {
  char buf[128];
  const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, prompt, 0);
  printf("%s", str);
  (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, prompt, str);
  
  这里使用GetStringUTFChars方法将传进来的prompt(jstring类型)转换成为UTF-8的格式,就能够在本地方法中使用了。
  
  注意:在使用完你所转换之后的对象之后,需要显示调用ReleaseStringUTFChars方法,让JVM释放转换成UTF-8的string的对象的空间,如果不显示的调用的话,JVM中会一直保存该对象,不会被垃圾回收器回收,因此就会导致内存溢出。
  
  下面是访问String的一些方法:
  
  ◆GetStringUTFChars将jstring转换成为UTF-8格式的char*
  
  ◆GetStringChars将jstring转换成为Unicode格式的char*
  
  ◆ReleaseStringUTFChars释放指向UTF-8格式的char*的指针
  
  ◆ReleaseStringChars释放指向Unicode格式的char*的指针
  
  ◆NewStringUTF创建一个UTF-8格式的String对象
  
  ◆NewString创建一个Unicode格式的String对象
  
  ◆GetStringUTFLengt获取UTF-8格式的char*的长度
  
  ◆GetStringLength获取Unicode格式的char*的长度
  
  2) 访问Array对象:
  
  和String对象一样,在本地方法中不能直接访问jarray对象,而是使用JNIEnv指针指向的一些方法来是用。
  
  访问Java原始类型数组:
  
  1)获取数组的长度:
  
  代码4:
  
  JNIEXPORT jint JNICALL Java_IntArray_sumArray
  (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)
  {
  int i, sum = 0;
  jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, arr);
  
  如代码4所示,这里获取数组的长度和普通的c语言中的获取数组长度不一样,这里使用JNIEvn的一个函数GetArrayLength。
  
  2)获取一个指向数组元素的指针:
  
  代码4:
  
  jint *body = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, 0);
  
  使用GetIntArrayElements方法获取指向arr数组元素的指针,注意该函数的参数,第一个是JNIEnv,第二个是数组,第三个是数组里面第三个是数组里面开始的元素
  
  3)使用指针取出Array中的元素
  
  代码5:
  
  for (i=0; i<len; i++) {
  sum += body[i];
  }
  
  这里使用就和普通的c中的数组使用没有什么不同了
  
  4)释放数组元素的引用
  
  代码6:
  
  (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, body, 0);
  
  和操作String中的释放String的引用是一样的,提醒JVM回收arr数组元素的引用。
  
  这里举的例子是使用int数组的,同样还有boolean、float等对应的数组。
  
  获取数组元素指针的对应关系:
  
  函数            数组类型
  
  GetBooleanArrayElements   boolean
  GetByteArrayElements    byte
  GetCharArrayElements    char
  GetShortArrayElements    short
  GetIntArrayElements     int
  GetLongArrayElements    long
  GetFloatArrayElements    float
  GetDoubleArrayElements   double
  
  释放数组元素指针的对应关系:
  Function            Array Type
  ReleaseBooleanArrayElements   boolean
  ReleaseByteArrayElements    byte
  ReleaseCharArrayElements    char
  ReleaseShortArrayElements    short
  ReleaseIntArrayElements     int
  ReleaseLongArrayElements    long
  ReleaseFloatArrayElements    float
  ReleaseDoubleArrayElements   double
  
  访问自定义Java对象数组
  
  The JNI provides a separate set of functions to access elements of object arrays. You can use these functions to get and set individual object array elements.
  
  Note: You cannot get all the object array elements at once.
  
  GetObjectArrayElement returns the object element at a given index.
  
  SetObjectArrayElement updates the object element at a given index.
  
  3) 访问Java对象的方法:
  
  在本地方法中调用Java对象的方法的步骤:
  
  ①.获取你需要访问的Java对象的类:
  
  jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
  
  使用GetObjectClass方法获取obj对应的jclass。
  
  ②.获取MethodID:
  
  jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "callback", "(I)V");
  
  使用GetMethdoID方法获取你要使用的方法的MethdoID。其参数的意义:
  
  env??>JNIEnv
  
  cls??>第一步获取的jclass
  
  "callback"??>要调用的方法名
  
  "(I)V"??>方法的Signature
  
  ③.调用方法:
  
  (*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid, depth);
  
  使用CallVoidMethod方法调用方法。参数的意义:
  
  env??>JNIEnv
  
  obj??>通过本地方法穿过来的jobject
  
  mid??>要调用的MethodID(即第二步获得的MethodID)
  
  depth??>方法需要的参数(对应方法的需求,添加相应的参数)
  
  注:这里使用的是CallVoidMethod方法调用,因为没有返回值,如果有返回值的话使用对应的方法,在后面会提到。
  
  方法的Signature
  
  方法的Signature是由方法的参数和返回值的类型共同构成的,下面是他们的结构:
  
  "(argument-types)return-type"
  
  其中Java程序中参数类型和其对应的值如下:
  
  Signature  Java中的类型
  Z       boolean
  B       byte
  C       char
  S       short
  I       int
  J       long
  F       float
  D       double
  L fully-qualified-class;   fully-qualified-class
  
  [ type  type[]
  
  ( arg-types ) ret-type  method type
  
  一个Java类的方法的Signature可以通过javap命令获取:
  
  javap -s -p Java类名
  
  给调用的函数传参数:
  
  通常我们直接在methodID后面将要传的参数添加在后面,但是还有其他的方法也可以传参数:
  
  CallVoidMethodV可以获取一个数量可变的列表作为参数;
  
  CallVoidMethodA可以获取一个union。
  
  调用静态方法:
  
  就是将第二步和第三步调用的方法改为对应的:
  
  GetStaticMethodID获取对应的静态方法的ID
  
  CallStaticIntMethod调用静态方法
  
  调用超类的方法:
  
  用的比较少,自己看啦。^_^。
  
  4)访问Java对象的属性:
  
  访问Java对象的属性和访问Java对象的方法基本上一样,只需要将函数里面的Method改为Field即可(当然还有不
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