Java语言与C语言混合编程(2)--在Java中调用C语言本地库

2020年12月2日 35点热度 0条评论 来源: moon1992

  在上一篇文章中介绍了Java语言中的native关键字,以及Java语言调用C语言的编译生成本地动态链接库(DLL)实现加法运算的小例子,本文通过一个更加详细的例子,深入讲解Java语言调用C语言的函数。

一. 什么是JNI

  JNI是Java Native Interface的缩写,它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信(主要是C&C++)。从Java1.1开始,JNI标准成为java平台的一部分,它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言,尤其是C和C++而设计的,但是它并不妨碍你使用其他编程语言,只要调用约定受支持就可以了。使用java与本地已编译的代码交互,通常会丧失平台可移植性。但是,有些情况下这样做是可以接受的,甚至是必须的。例如,使用一些旧的库,与硬件、操作系统进行交互,或者为了提高程序的性能。JNI标准至少要保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机环境下。

  总的来说,JNI就是一个允许Java语言和其他编程语言(主要是C/C++)通信的接口。C/C++是系统级的编程语言, 可以用来开发任何和系统相关的程序和类库, 但是Java本身编写底层的应用比较难实现, 使用JNI可以调用现有的本地库, 极大地灵活了Java的开发. C/C++的效率是目前最好的语言, 可以使用C/C++来实现一些实时性非常高的部分. C/C++和Java本身都是非常流行的编程语言, 一些大型软件中经常使用语言之间的混合编程.

  一旦使用JNI, JAVA程序就丧失了JAVA平台的两个优点: 程序不在跨平台。要想跨平台,必须在不同的系统环境中重新编译本地语言部分;程序不再是绝对安全的,本地代码的不当使用可能导致整个陈旭崩溃。一个通用的规则是,你应该让本地方法集中在少数几个类当中,这样就降低了Java语言和C/C++之间的耦合性。

  使用JNI实现Java与C语言混合编程的基本步骤如下:

  1. 编写带有native声明的方法的java类
  2. 使用javac命令编译所有的java类
  3. 然后使用javah + 类名生成扩展名为.h的头文件
  4. 使用C/C++实现本地方法
  5. 将C/C++编写的文件生成动态链接库

  下面就完整的介绍一个简单的Java调用C/C++的例子, 这个例子参考了[点击这里跳转原始例子], 并对这个例子做了修改。

二. 编写带有native声明的方法的java类

  首先编写一个文件名为Sample的java程序,代码如下:

 1 public class Sample  2 {  3     public static void main(String[] args)  4  {  5         System.loadLibrary("SampleC"); 
 6         NativeMethodTest nmt = new NativeMethodTest();  7         
 8         int square = nmt.intMethod(5);  9         boolean bool = nmt.booleanMethod(true); 10         String text = nmt.stringMethod("java"); 11         int sum = nmt.intArrayMethod(new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,13}); 12         
13         System.out.println("intMethod: " + square); 14         System.out.println("booleanMethod:" + bool); 15         System.out.println("stringMethod:" +text); 16         System.out.println("intArrayMethod:" + sum); 17  } 18 } 19 
20 class NativeMethodTest 21 { 22     public native int intMethod(int n);
23     public native boolean booleanMethod(boolean bool); 24     public native String stringMethod(String text); 25     public native int intArrayMethod(int[] intArray); 26 }

  上面NativeMethodTest类中有四个native关键字声明的方法,分别是4种类型的参数, int, boolean, String, int[]. 其中 System.loadLibrary("SampleC"); 这行代码加载了本地动态链接库,在Windows系统下加载的就是SampleC.dll, 在Linux系统下加载的就是SampleC.so。注意不可以在代码中写上扩展名.dll或者.so。本文使用的是Windows系统,加载的是SampleC.dll,但是这个DLL文件就是我们稍后要使用C/C++编译生成的文件。

  这4个native关键字修饰的方法就是需要我们用C/C++实现的方法。

三. 使用javac命令编译所有的java类

  编译Sample.java,使用命令行(Windows下是cmd) javac Sample.java 可以看到生成两个class文件:Sample.class, NativeMethodTest.class

四. 使用javah命令生成.h文件

  在命令行中运行 javah NativeMethodTest 可以生成NativeMethodTest.h文件,注意不是 javah Sample , native关键字修饰的方法在那个类中就使用javah命令生成对应的头文件。NativeMethodTest.h的代码如下:

 1 /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
 2 #include <jni.h>
 3 /* Header for class NativeMethodTest */
 4 
 5 #ifndef _Included_NativeMethodTest  6 #define _Included_NativeMethodTest
 7 #ifdef __cplusplus  8 extern "C" {  9 #endif
10 /*
11  * Class: NativeMethodTest 12  * Method: intMethod 13  * Signature: (I)I 14  */
15 JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeMethodTest_intMethod 16   (JNIEnv *, jobject, jint); 17 
18 /*
19  * Class: NativeMethodTest 20  * Method: booleanMethod 21  * Signature: (Z)Z 22  */
23 JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_NativeMethodTest_booleanMethod 24   (JNIEnv *, jobject, jboolean); 25 
26 /*
27  * Class: NativeMethodTest 28  * Method: stringMethod 29  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; 30  */
31 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_NativeMethodTest_stringMethod 32   (JNIEnv *, jobject, jstring); 33 
34 /*
35  * Class: NativeMethodTest 36  * Method: intArrayMethod 37  * Signature: ([I)I 38  */
39 JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeMethodTest_intArrayMethod 40   (JNIEnv *, jobject, jintArray); 41 
42 #ifdef __cplusplus 43 } 44 #endif
45 #endif

   这个h文件相当于我们在java里面的接口,这里声明了四个方法,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。

  在注释中我们可以看到这样一个东西 Signature, 这个是方法的签名. 关于Signature, 下面通过一个表格来说明.

java类型 Signature 备注
boolean Z  
byte B  
char C  
short S  
int I  
long L  
float F  
double D  
void V  
Object L用/分割的完整类名 例如: Ljava/lang/String表示String类型
Array [签名 例如: [I表示int类型的数组, [Ljava/lang/String表示String类型的数组
Method (参数签名)返回类型签名 例如: ([I)I表示参数类型为int数组,返回值int类型的方法

  在每个函数的参数列表中都有JNIEnv *和 jobject两个参数, 这两个参数稍候说明.

五. 使用C/C++实现本地方法

  可以使用C语言来实现, 也可以使用C++来实现, 下面说说C语言的实现.

  创建DLL工程,添加NativeMethodTest.h等头文件,具体方法在这一篇随笔中有详细介绍[点击查看],C程序如下:

 1 # include "NativeMethodTest.h"
 2 # include <string.h>
 3 
 4 JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeMethodTest_intMethod  5   (JNIEnv * env, jobject obj, jint i)  6 {  7     return i * i;  8 }  9 
10 JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_NativeMethodTest_booleanMethod 11   (JNIEnv * env, jobject obj, jboolean b) 12 { 13     return !b; 14 } 15 
16 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_NativeMethodTest_stringMethod 17   (JNIEnv * env, jobject obj, jstring string) 18 { 19     const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0); 20     char cap[128]; 21  strcpy(cap, str); 22     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, 0); 23     return (*env)->NewStringUTF(env, strupr(cap)); 24 } 25 
26 JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeMethodTest_intArrayMethod 27   (JNIEnv * env, jobject obj, jintArray array) 28 { 29     int i, sum = 0; 30     jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, array); 31     jint * body = (*env)->GetIntArrayElements(env, array, 0); 32 
33     for (i=0; i<len; i++) 34  { 35         sum += body[i]; 36  } 37     (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, array, body, 0); 38     return sum; 39 }

  (*env)->GetStringUTFChars()这个方法, 是用来在Java和C之间转换字符串的, 因为Java本身都使用了双字节的字符, 而C语言本身都是单字节的字符, 所以需要进行转换.

  JNIEnv *是每个函数都有的参数, 它包含了很多有用的方法, 使用起来类似Java的反射, 也提供了这样一个编码转换的函数.

  GetStringUTFChars()和NewStringUTF(), 第一个是从UTF-8转换为C的编码格式, 第二个是根据C的字符串返回一个UTF8字符串.

  ReleaseStringUTFChars()是用来释放对象的, 在Java中有虚拟机进行垃圾回收, 但是在C语言中, 这些对象必须手动回收. 否则可能造成内存泄漏.

  函数的名字一眼看到就可以猜出功能, jni.h中的大部分函数名都是这样.

六. 将C/C++编写的文件生成动态链接库

  将编译生成的SampleC.dll文件拷贝到Sample.class所在的文件夹中,在命令行中运行:java Sample 即可看到如下结果:

intMethod: 25 booleanMethod:false stringMethod:JAVA intArrayMethod:49

参考文献:

http://www.cnblogs.com/icejoywoo/archive/2012/02/22/2363709.html

    原文作者:moon1992
    原文地址: https://www.cnblogs.com/moon1992/p/5260226.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系管理员进行删除。