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在Java中调用C/C++本地库
JNI是Java Native Interface的英文缩写, 中文翻译为本地调用, 自从Java 1.1开始就成为了Java标准的一部分.
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.
鉴于目前网络上JNI的文章不是特别多, 我将自己的一些总结写在这里. 如有错漏, 欢迎指正!
Java调用C/C++大概有这样几个步骤
- 编写带有native方法的Java类, 使用javac工具编译Java类
- 使用javah来生成与native方法对应的头文件
- 实现相应的头文件, 并编译为动态链接库(windows下是.dll, linux下是.so)
下面就完整的介绍一个简单的Java调用C/C++的例子, 这个例子是来自http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-jni/index.html, 不过其中有一些错误, 这个文章是非常不错的JNI学习资料, 但是非常古老.
编写Java类
我们来编写一个Sample1的java类
1 public class Sample1 { 2 public native int intMethod(int n); 3 public native boolean booleanMethod(boolean bool); 4 public native String stringMethod(String text); 5 public native int intArrayMethod(int[] intArray); 6 7 public static void main(String[] args) { 8 System.loadLibrary("Sample1");//没有后缀名 9 Sample1 sample = new Sample1(); 10 int square = sample.intMethod(5); 11 boolean bool = sample.booleanMethod(true); 12 String text = sample.stringMethod("Java"); 13 int sum = sample.intArrayMethod(new int[]{1,2,3,4,5,8,13}); 14 15 System.out.println("intMethod: " + square); 16 System.out.println("booleanMethod: " + bool); 17 System.out.println("stringMethod: " + text); 18 System.out.println("intArrayMethod: " + sum); 19 } 20 }
上面有4个native方法, 分别是4种类型的参数, int, boolean, String, int[].
其中有一句比较重要, 这句话加载了动态类库
System.loadLibrary("Sample1");
在windows下加载的就是Sample1.dll, 在linux下加载的就是Sample1.so.
本文使用的windowws, 所以后面使用Sample1.dll来表示Sample1动态链接库.
注意: 不可以在代码中写上后缀dll或so. 还要保证Sample1.dll在path路径中. 这个Sample1.dll是我们后面需要编译出来的东西.
4个native方法就是我们需要用C来实现的方法.
编译Sample1.java, 使用命令行(windows是cmd, linux下一般是bash)
>javac Sample1.java
可以看到Sample1.class文件
使用javah生成头文件
在命令行中运行
>javah Sample1
可以在目录下看到一个新文件Sample1.h
1 /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ 2 #include <jni.h> 3 /* Header for class Sample1 */ 4 5 #ifndef _Included_Sample1 6 #define _Included_Sample1 7 #ifdef __cplusplus 8 extern "C" { 9 #endif 10 /* 11 * Class: Sample1 12 * Method: intMethod 13 * Signature: (I)I 14 */ 15 JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod 16 (JNIEnv *, jobject, jint); 17 18 /* 19 * Class: Sample1 20 * Method: booleanMethod 21 * Signature: (Z)Z 22 */ 23 JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod 24 (JNIEnv *, jobject, jboolean); 25 26 /* 27 * Class: Sample1 28 * Method: stringMethod 29 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; 30 */ 31 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod 32 (JNIEnv *, jobject, jstring); 33 34 /* 35 * Class: Sample1 36 * Method: intArrayMethod 37 * Signature: ([I)I 38 */ 39 JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod 40 (JNIEnv *, jobject, jintArray); 41 42 #ifdef __cplusplus 43 } 44 #endif 45 #endif
我们可以看到其中有四个函数声明, Java_完整类名_方法名, 完整类名包括了包名, 例如demo.Sample1是完整类名, 对应的这里就是demo_Sample1.
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数组, [Ljava/lang/String表示String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int类型的方法 |
上面头文件的第一个函数声明
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod (JNIEnv *, jobject, jint);
注释中的签名是 Signature: (I)I
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.
实现头文件中的函数
可以使用C语言来实现, 也可以使用C++来实现, 下面先说说C语言的实现.
#include "Sample1.h" #include <string.h> JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) { return num * num; } JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) { return !boolean; } JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) { const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0); char cap[128]; strcpy(cap, str); (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, 0); return (*env)->NewStringUTF(env, strupr(cap)); } JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) { int i, sum = 0; jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, array); jint *body = (*env)->GetIntArrayElements(env, array, 0); for (i = 0; i < len; ++i) { sum += body[i]; } (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, array, body, 0); return sum; }
(*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UTF8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.
如果是C++的话, 这段代码该怎么写?
下面是C++的代码
#include "Sample1.h" #include <string.h> JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) { return num * num; } JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) { return !boolean; } JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) { const char* str = env->GetStringUTFChars(string, 0); char cap[128]; strcpy(cap, str); env->ReleaseStringUTFChars(string, 0); return env->NewStringUTF(_strupr(cap)); } JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) { int i, sum = 0; jsize len = env->GetArrayLength(array); jint *body = env->GetIntArrayElements(array, 0); for (i = 0; i < len; ++i) { sum += body[i]; } env->ReleaseIntArrayElements(array, body, 0); return sum; }
上述两端代码非常相似, 只有一个不同点
C代码: (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0);
C++代码: env->GetStringUTFChars(string, 0);
C语言中使用的是结构体的函数指针, 而在C++中使用的还是struct, 我们知道struct在C++中和class的功能是几乎一样的, struct也可以用来定义类, 所以env在C++中是个类对象的指针.
编译和运行
方法一、使用的是微软编译器, 编译C语言版的dll
>cl -I%JAVA_HOME%\include -I%JAVA_HOME%\include\win32 -LD Sample1.c -FeSample1.dll
编译C++版本的dll
>cl -I%JAVA_HOME%\include -I%JAVA_HOME%\include\win32 -LD Sample1.cpp -FeSample1.dll
方法二、用vs新建dll项目
1.新建dll空项目:文件-》新建项目-》Win32控制台应用程序-》应用程序类型为DLL-》附加选项为空项目-》完成
2.项目-》属性-》c/c++ -》常规-》附加包含目录是%JAVA_HOME%\include和%JAVA_HOME%\include\win32对应的路径。
3.有的版本的vs可能需要在预处理器中加入_CRT_SECURE_NO_WARNINGS选项。
运行
>java Sample1
注意: 64位版本的JDK可能会在运行时报错:
java.lang.UnsatisfiedLinkError: ...Sample1.dll: Can‘t load IA 32-bit .dll on a AMD 64-bit platform
如果您有这样的错误, 请使用32位的JDK来重新运行.
运行结果如下:
intMethod:
25
booleanMethod:
false
stringMethod: JAVA
intArrayMethod:
36
在Java中调用C/C++本地库