在JNI中调用本地带结构体参数的函数

 

说起JNI，《The Java Native Interface -- Programmer's Guide and Specification》我认为是挺好的入门教程。浅显易懂，而且也附有参考。对很多问题和陷阱也进行了讲解和提示。可以在 Sun 的官网上免费下载到这本书，下载地址：http://java.sun.com/docs/books/jni/download/jni.pdf。 

但是我认为这本书在第 9 章 Leveraging Existing Native Libaries 中对开头所讲的一段程序的解释有点潦草。内容大意是有一个 Win32 API, CreateFile。它带了很多参数。有 const char*、DWORD、HANDLE，最重要的是它带了一个 SECURITY_ATTRIBUTES*，一个结构体指针。 

C代码 

HANDLE CreateFile(  

    const char *fileName, // file name  

    DWORD desiredAccess, // access (read-write) mode  

    DWORD shareMode, // share mode  

    SECURITY_ATTRIBUTES *attrs, // security attributes  

    DWORD creationDistribution, // how to create  

    DWORD flagsAndAttributes, // file attributes  

    HANDLE templateFile // file with attr. to copy  

);  

这个 SECURITY_ATTRIBUTES 是自定义的。具体的定义就不给出了。书中也给出了对应的 Java 函数。 

Java代码 

public class Win32 {  

    public static native int CreateFile(  

        String fileName, // file name  

        int desiredAccess, // access (read-write) mode  

        int shareMode, // share mode  

        int[] secAttrs, // security attributes  

        int creationDistribution, // how to create  

        int flagsAndAttributes, // file attributes  

        int templateFile); // file with attr. to copy  

    ...  

}  

但怪的是，作者使用了一个 int[] 来对应 SECURITY_ATTRIBUTES*。对此，作者只有一段短小的解释。 

引用

Because of potential differences in how fields are laid out in memory, we do 

not map C structures to classes in the Java programming language. Instead, we use 

an array to store the contents of the C structure SECURITY_ATTRIBUTES. The caller 

may also pass null as secAttrs to specify the default Win32 security attributes. 

We will not discuss the contents of the SECURITY_ATTRIBUTES structure or how to 

encode that in an int array. 

我认为这个解释是为了让读者耐心读下去而写的。这里用 int[] 是说不通的。可以理解作者。书中这时的重点还是讲解如何调用一个普通函数。在读完这章的时候，我才明白，这里应该用后面所介绍的 Peer Class 来做。但我后面给出的解决方法并不是针对这个例子的。但是，看完后您可以自已写一个解决方法。因为后面的示例给出一个解决 Java 调用 C/C++ 带结构体参数函数的思路。 

Peer Class，用我的话来说就是一个 Java 类，它包含了一个 C/C++ 对象的指针。一个通常的 Peer Class 长成这个样子： 

Java代码 

public class PeerClass {  

    private long peer;  

    ...  

}  

引用《The Java Native Interface -- Programmer's Guide and Specification》，java.io.FileDescriptor 也包含一个 int fd。用来保存对应本地结构体的一个指针。所以说，Peer Class 的使命就是提供一个对 C/C++ 结构体或类的一个包装，使得 Java 可以使用。故，解决上面 CreateFile 函数参数问题的办法就是针对 SECURITY_ATTRIBUTES 结构体定义一个包装类。具体的实现我用另外一个例子。因为 CreateFile 的签名太长，有点吓人 (#o#) 

假定，Java 一段程序需要调用 C++ 一个函数 CppFunc(STRUCT* stru)。这个 STRUCT 包含一个 long 成员变量和一个 char 成员变量。CppFunc 会打印出这个结构体实例中变量的值。为了构造一个这样的 C++ 结构体，我们给它做一个包装类。也就是一个 Peer Class。不妨叫 StructWrapper。通过构造 StructWrapper，Java 程序给其对应的 C++ 结构体赋值。再将这个 StructWrapper 实例传给 Java 里对 CppFunc 的包装函数，从而达到目的。 

示例中的 C++ 工程是一个 Win32 DLL。下面的代码展示可能为了逻辑的连贯性而把一个文件的内容分开来。读者实践的时候可以自行合并。 

首先，定义 C++ 的 CppFunc 和 STRUCT 结构体。 

C++代码 

// Entry.cpp  

using namespace std;  

void CppFunc(STRUCT* stru)  

{  

    cout << "long value:\t" << stru->l << endl;  

    cout << "char value:\t" << stru->c << endl;  

}  

// Struct.h  

#ifndef _Included_STRUCT  

#define _Included_STRUCT  

typedef struct _STRUCT  

{  

    long l;  

    char c;  

} STRUCT;  

#endif  

再次，定义 STRUCT 的包装类 StructWrapper。 

Java代码 

// StructWrapper.java  

public class StructWrapper {  

    private long peer;  

    public long getPeer() {  

        return peer;  

    }  

    private native long initialize(long l, char c);  

    private native void destroy(long peer);  

    public StructWrapper(long l, char c) {  

        peer = initialize(l, c);  

    }  

    public synchronized void destroy() {  

        if (peer != 0) {  

            destroy(peer);  

            peer = 0;  

        }  

    }  

    protected void finalize() {  

        destroy();  

    }  

    static {  

        System.loadLibrary("TestJNI");  

    }  

}  

initialize 函数的作用就是调用 C++ 代码来初始化一个 C++ 下的 STRUCT 对象，并返回这个对象的指针。StructWrapper 在构造时把这个指针保存在 peer 中。这里 peer 其实可以用 int。因为 C++ 下指针是四字节，Java 下 int 也是四字节。destroy 设计为线程安全的原因是因为在 finalize 方法中会自动调用 destroy。而用户也可能会手动销毁对象。有可能出现并发的情况。 

还缺一个针对 CppFunc 的 Java 包装函数。 

Java代码 

// Entry.java  

public class Entry {  

    private native void callCppFunc(long structWrapperPeer);  

    public static void main(String[] args) {  

        ...  

    }  

}  

callCppFunc(long) 这个 Java 函数。它提供了一个 CppFunc 的包装。它所需要的参数实际上是 StructWrapper 实例中所保存的 C++ STRUCT 结构体实例的地址。这样就实现了把 Java 对象传给 C++。 

大家看到，这里 StructWrapper 用到了几个本地函数。我们一样得在 C++ 中实现它们。 

C++代码 

// StructWrapper.h  

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  

#include <jni.h>  

/* Header for class StructWrapper */  

#ifndef _Included_StructWrapper  

#define _Included_StructWrapper  

#ifdef __cplusplus  

extern "C" {  

#endif  

/* 

 * Class:     StructWrapper 

 * Method:    initialize 

 * Signature: (JC)J 

 */  

JNIEXPORT jlong JNICALL Java_StructWrapper_initialize  

  (JNIEnv *, jobject, jlong, jchar);  

/* 

 * Class:     StructWrapper 

 * Method:    destroy 

 * Signature: (J)V 

 */  

JNIEXPORT void JNICALL Java_StructWrapper_destroy  

  (JNIEnv *, jobject, jlong);  

#ifdef __cplusplus  

}  

#endif  

#endif  

// StructWrapper.cpp  

#include "StructWrapper.h"  

#include "Struct.h"  

JNIEXPORT jlong JNICALL  

Java_StructWrapper_initialize(JNIEnv* env, jobject self, jlong l, jchar c)  

{  

    STRUCT* peer = new STRUCT();  

    peer->l = (long)l;  

    peer->c = (char)c;  

    return (jlong)peer;  

}  

JNIEXPORT void JNICALL  

Java_StructWrapper_destroy(JNIEnv* env, jobject self, jlong peer)  

{  

    delete (STRUCT*)peer;  

}  

Okay，现在可以定义主函数了。 

Java代码 

// Entry.java  

public class Entry {  

    private native void callCppFunc(long strutWrapperPeer);  

    public static void main(String[] args) {  

        StructWrapper struct = new StructWrapper(1, 'a');  

        new Entry().callCppFunc(struct.getPeer());  

        struct.destroy();  

    }  

}  

其对应的 C++ 实现， 

C++代码 

// Entry.h  

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  

#include <jni.h>  

/* Header for class Entry */  

#ifndef _Included_Entry  

#define _Included_Entry  

#ifdef __cplusplus  

extern "C" {  

#endif  

/* 

 * Class:     Entry 

 * Method:    callCppFunc 

 * Signature: (J)V 

 */  

JNIEXPORT void JNICALL Java_Entry_callCppFunc  

  (JNIEnv *, jobject, jlong);  

#ifdef __cplusplus  

}  

#endif  

#endif  

// Entry.cpp  

JNIEXPORT void JNICALL  

Java_Entry_callCppFunc(JNIEnv* env, jobject self, jlong structWrapperPeer)  

{  

    STRUCT* structPointer = (STRUCT*)structWrapperPeer;  

    CppFunc(structPointer);  

}  

如果顺利的话，您现在跑这个 Java 程序，应该输出 

引用

long value: 1 

char value: a