Java语言与C语言混合编程(2)--在Java中调用C语言本地库

　　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：

编写带有native声明的方法的java类
使用javac命令编译所有的java类
然后使用javah + 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

posted @ 2016-03-09 23:21 moon1992 阅读(29249) 评论(1) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部