Java語言與C語言混合編程(2)--在Java中調用C語言本地庫

　　在上一篇文章中介紹了Java語言中的native關鍵字，以及Java語言調用C語言的編譯生成本地動態連接庫(DLL)實現加法運算的小例子，本文經過一個更加詳細的例子，深刻講解Java語言調用C語言的函數。

一. 什麼是JNI

　　JNI是Java Native Interface的縮寫，它提供了若干的API實現了Java和其餘語言的通訊（主要是C&C++）。從Java1.1開始，JNI標準成爲java平臺的一部分，它容許Java代碼和其餘語言寫的代碼進行交互。JNI一開始是爲了本地已編譯語言，尤爲是C和C++而設計的，可是它並不妨礙你使用其餘編程語言，只要調用約定受支持就能夠了。使用java與本地已編譯的代碼交互，一般會喪失平臺可移植性。可是，有些狀況下這樣作是能夠接受的，甚至是必須的。例如，使用一些舊的庫，與硬件、操做系統進行交互，或者爲了提升程序的性能。JNI標準至少要保證本地代碼能工做在任何Java 虛擬機環境下。

　　總的來講，JNI就是一個容許Java語言和其餘編程語言(主要是C/C++)通訊的接口。C/C++是系統級的編程語言, 能夠用來開發任何和系統相關的程序和類庫, 可是Java自己編寫底層的應用比較難實現, 使用JNI能夠調用現有的本地庫, 極大地靈活了Java的開發. C/C++的效率是目前最好的語言, 可使用C/C++來實現一些實時性很是高的部分. C/C++和Java自己都是很是流行的編程語言, 一些大型軟件中常用語言之間的混合編程.

　　一旦使用JNI, JAVA程序就喪失了JAVA平臺的兩個優勢: 程序不在跨平臺。要想跨平臺，必須在不一樣的系統環境中從新編譯本地語言部分；程序再也不是絕對安全的，本地代碼的不當使用可能致使整個陳旭崩潰。一個通用的規則是，你應該讓本地方法集中在少數幾個類當中，這樣就下降了Java語言和C/C++之間的耦合性。

　　使用JNI實現Java與C語言混合編程的基本步驟以下：

1. 編寫帶有native聲明的方法的java類
2. 使用javac命令編譯全部的java類
3. 而後使用javah + 類名生成擴展名爲.h的頭文件
4. 使用C/C++實現本地方法
5. 將C/C++編寫的文件生成動態連接庫

　　下面就完整的介紹一個簡單的Java調用C/C++的例子, 這個例子參考了[點擊這裏跳轉原始例子], 並對這個例子作了修改。

二. 編寫帶有native聲明的方法的java類

　　首先編寫一個文件名爲Sample的java程序，代碼以下:

 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類中有四個native關鍵字聲明的方法，分別是4種類型的參數, int, boolean, String, int[]. 其中 System.loadLibrary("SampleC"); 這行代碼加載了本地動態連接庫，在Windows系統下加載的就是SampleC.dll, 在Linux系統下加載的就是SampleC.so。注意不能夠在代碼中寫上擴展名.dll或者.so。本文使用的是Windows系統，加載的是SampleC.dll，可是這個DLL文件就是咱們稍後要使用C/C++編譯生成的文件。

　　這4個native關鍵字修飾的方法就是須要咱們用C/C++實現的方法。

三. 使用javac命令編譯全部的java類

　　編譯Sample.java，使用命令行(Windows下是cmd) javac Sample.java 能夠看到生成兩個class文件：Sample.class, NativeMethodTest.class

四. 使用javah命令生成.h文件

　　在命令行中運行 javah NativeMethodTest 能夠生成NativeMethodTest.h文件，注意不是 javah Sample , native關鍵字修飾的方法在那個類中就使用javah命令生成對應的頭文件。NativeMethodTest.h的代碼以下：

 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

 　　這個h文件至關於咱們在java裏面的接口，這裏聲明瞭四個方法，而後在咱們的本地方法裏面實現這個方法，也就是說咱們在編寫C/C++程序的時候所使用的方法名必須和這裏的一致。

　　在註釋中咱們能夠看到這樣一個東西 Signature, 這個是方法的簽名. 關於Signature, 下面經過一個表格來講明.

java類型	Signature	備註
boolean	Z
byte	B
char	C
short	S
int	I
long	L
float	F
double	D
void	V
Object	L用/分割的完整類名	例如: Ljava/lang/String表示String類型
Array	[簽名	例如: [I表示int類型的數組, [Ljava/lang/String表示String類型的數組
Method	(參數簽名)返回類型簽名	例如: ([I)I表示參數類型爲int數組，返回值int類型的方法

　　在每一個函數的參數列表中都有JNIEnv *和 jobject兩個參數, 這兩個參數稍候說明.

五. 使用C/C++實現本地方法

　　可使用C語言來實現, 也可使用C++來實現, 下面說說C語言的實現.

　　建立DLL工程，添加NativeMethodTest.h等頭文件，具體方法在這一篇隨筆中有詳細介紹[點擊查看]，C程序以下：

 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()這個方法, 是用來在Java和C之間轉換字符串的, 由於Java自己都使用了雙字節的字符, 而C語言自己都是單字節的字符, 因此須要進行轉換.

　　JNIEnv *是每一個函數都有的參數, 它包含了不少有用的方法, 使用起來相似Java的反射, 也提供了這樣一個編碼轉換的函數.

　　GetStringUTFChars()和NewStringUTF(), 第一個是從UTF-8轉換爲C的編碼格式, 第二個是根據C的字符串返回一個UTF8字符串.

　　ReleaseStringUTFChars()是用來釋放對象的, 在Java中有虛擬機進行垃圾回收, 可是在C語言中, 這些對象必須手動回收. 不然可能形成內存泄漏.

　　函數的名字一眼看到就能夠猜出功能, jni.h中的大部分函數名都是這樣.

六. 將C/C++編寫的文件生成動態連接庫

　　將編譯生成的SampleC.dll文件拷貝到Sample.class所在的文件夾中，在命令行中運行：java Sample 便可看到以下結果：

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

參考文獻：

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