Dart 调用C语言混合编程

时间  2019-11-06
标签 dart 调用 c语言 混合 编程 繁體版
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Dart 调用C语言

本篇博客研究Dart语言如何调用C语言代码混合编程，最后咱们实现一个简单示例，在C语言中编写简单加解密函数，使用dart调用并传入字符串，返回加密结果，调用解密函数，恢复字符串内容。git

环境准备

编译器环境

如未安装过VS编译器，则推荐使用GCC编译器，下载一个64位Windows版本的GCC——MinGW-W64 下载地址github

在这里插入图片描述
如上，它有两个版本， sjlj和 seh后缀表示异常处理模式， seh 性能较好，但不支持 32位。 sjlj 稳定性好，可支持 32位，推荐下载 seh 版本

将编译器安装到指定的目录，完成安装后，还须要配置一下环境变量，将安装目录下的bin目录加入到系统Path环境变量中，bin目录下包含gcc.exe、make.exe等工具链。算法

测试环境 配置完成后，检测一下环境是否搭建成功，打开cmd命令行，输入gcc -v能查看版本号则成功。sql

Dart SDK环境

去往Dart 官网下载最新的2.3 版本SDK，注意，旧版本不支持ffi 下载地址shell

下载安装后，一样须要配置环境变量，将dart-sdk\bin配置到系统Path环境变量中。编程

测试Dart ffi接口

简单示例

建立测试工程，打开cmd命令行windows

mkdir ffi-proj
cd ffi-proj
mkdir bin src
复制代码

建立工程目录ffi-proj，在其下建立bin、src文件夹，在bin中建立main.dart文件，在src中建立test.c文件bash

编写test.c 咱们在其中包含了windows头文件，用于showBox函数，调用Win32 API，建立一个对话框markdown

#include<windows.h>

int add(int a, int b){
    return a + b;
}


void showBox(){
    MessageBox(NULL,"Hello Dart","Title",MB_OK);
}
复制代码

进入src目录下，使用gcc编译器，将C语言代码编译为dll动态库函数

gcc test.c -shared -o test.dll
复制代码

编写main.dart

import  'dart:ffi'  as ffi;
import  'dart:io'  show Platform;

/// 根据C中的函数来定义方法签名（所谓方法签名，就是对一个方法或函数的描述，包括返回值类型，形参类型）
/// 这里须要定义两个方法签名，一个是C语言中的，一个是转换为Dart以后的
typedef NativeAddSign = ffi.Int32 Function(ffi.Int32,ffi.Int32);
typedef DartAddSign = int Function(int, int);

/// showBox函数方法签名
typedef NativeShowSign = ffi.Void Function();
typedef DartShowSign = void Function();

void main(List<String> args) {
  if (Platform.isWindows) {
    // 加载dll动态库
    ffi.DynamicLibrary dl = ffi.DynamicLibrary.open("../src/test.dll");

    // lookupFunction有两个做用，一、去动态库中查找指定的函数；二、将Native类型的C函数转化为Dart的Function类型
    var add = dl.lookupFunction<NativeAddSign, DartAddSign>("add");
    var showBox = dl.lookupFunction<NativeShowSign, DartShowSign>("showBox");

    // 调用add函数
    print(add(8, 9));
	// 调用showBox函数
    showBox();
  }
}
复制代码

在这里插入图片描述

深刻用法

这里写一个稍微深刻一点的示例，咱们在C语言中写一个简单加密算法，而后使用dart调用C函数加密解密

编写encrypt_test.c，这里写一个最简单的异或加密算法，能够看到加密和解密其实是同样的

#include <string.h>
 
#define KEY 'abc'
 
void encrypt(char *str, char *r, int r_len){
    int len = strlen(str);
    for(int i = 0; i < len && i < r_len; i++){
        r[i] = str[i] ^ KEY;
    }

    if (r_len > len) r[len] = '\0';
    else r[r_len] = '\0';
    
}

void decrypt(char *str, char *r, int r_len){
    int len = strlen(str);
    for(int i = 0; i < len && i < r_len; i++){
        r[i] = str[i] ^ KEY;
    }

    if (r_len > len) r[len] = '\0';
    else r[r_len] = '\0';
}
复制代码

编译为动态库

gcc encrypt_test.c -shared -o encrypt_test.dll
复制代码

编写main.dart

import 'dart:ffi';
import 'dart:io' show Platform;
import "dart:convert";


/// encrypt函数方法签名，注意，这里encrypt和decrypt的方法签名其实是同样的，两个函数返回值类型和参数类型彻底相同
typedef NativeEncrypt = Void Function(CString,CString,Int32);
typedef DartEncrypt = void Function(CString,CString,int);


void main(List<String> args) {
  if (Platform.isWindows) {
    // 加载dll动态库
    DynamicLibrary dl = DynamicLibrary.open("../src/encrypt_test.dll");
    var encrypt = dl.lookupFunction<NativeEncrypt, DartEncrypt>("encrypt");
    var decrypt = dl.lookupFunction<NativeEncrypt, DartEncrypt>("decrypt");


    CString data = CString.allocate("helloworld");
    CString enResult = CString.malloc(100);
    encrypt(data,enResult,100);
    print(CString.fromUtf8(enResult));

    print("-------------------------");

    CString deResult = CString.malloc(100);
    decrypt(enResult,deResult,100);
    print(CString.fromUtf8(deResult));
  }
}

/// 建立一个类继承Pointer<Int8>指针，用于处理C语言字符串和Dart字符串的映射
class CString extends Pointer<Int8> {

  /// 申请内存空间，将Dart字符串转为C语言字符串
  factory CString.allocate(String dartStr) {
    List<int> units = Utf8Encoder().convert(dartStr);
    Pointer<Int8> str = allocate(count: units.length + 1);
    for (int i = 0; i < units.length; ++i) {
      str.elementAt(i).store(units[i]);
    }
    str.elementAt(units.length).store(0);

    return str.cast();
  }

 // 申请指定大小的堆内存空间
  factory CString.malloc(int size) {
    Pointer<Int8> str = allocate(count: size);
    return str.cast();
  }

  /// 将C语言中的字符串转为Dart中的字符串
  static String fromUtf8(CString str) {
    if (str == null) return null;
    int len = 0;
    while (str.elementAt(++len).load<int>() != 0);
    List<int> units = List(len);
    for (int i = 0; i < len; ++i) units[i] = str.elementAt(i).load();
    return Utf8Decoder().convert(units);
  }
}
复制代码

运行结果

在这里插入图片描述
能够看到将 "helloworld"字符串加密后变成一串乱码，解密字符串后，恢复内容

完善代码

上述代码虽然实现了咱们的目标，可是存在明显的内存泄露，咱们使用CString 的allocate和malloc申请了堆内存，可是却没有手动释放，这样运行一段时间后可能会耗尽内存空间，手动管理内存每每是C/C++中最容易出问题的地方，这里咱们只能进行一个简单的设计来回收内存

/// 建立Reference 类来跟踪CString申请的内存
class Reference {
   final List<Pointer<Void>> _allocations = [];

    T ref<T extends Pointer>(T ptr) {
     _allocations.add(ptr.cast());
     return ptr;
   }

	// 使用完后手动释放内存
    void finalize() {
	    for (final ptr in _allocations) {
	      ptr.free();
	    }
	    _allocations.clear();
  }
}
复制代码

修改代码

import 'dart:ffi';
import 'dart:io' show Platform;
import "dart:convert";


/// encrypt函数方法签名，注意，这里encrypt和decrypt的方法签名其实是同样的，两个函数返回值类型和参数类型彻底相同
typedef NativeEncrypt = Void Function(CString,CString,Int32);
typedef DartEncrypt = void Function(CString,CString,int);


void main(List<String> args) {
  if (Platform.isWindows) {
    // 加载dll动态库
    DynamicLibrary dl = DynamicLibrary.open("../src/hello.dll");
    var encrypt = dl.lookupFunction<NativeEncrypt, DartEncrypt>("encrypt");
    var decrypt = dl.lookupFunction<NativeEncrypt, DartEncrypt>("decrypt");

	// 建立Reference 跟踪CString
    Reference ref = Reference();

    CString data = CString.allocate("helloworld",ref);
    CString enResult = CString.malloc(100,ref);
    encrypt(data,enResult,100);
    print(CString.fromUtf8(enResult));

    print("-------------------------");

    CString deResult = CString.malloc(100,ref);
    decrypt(enResult,deResult,100);
    print(CString.fromUtf8(deResult));

	// 用完后手动释放
    ref.finalize();
  }
}

class CString extends Pointer<Int8> {

  /// 开辟内存控件，将Dart字符串转为C语言字符串
  factory CString.allocate(String dartStr, [Reference ref]) {
    List<int> units = Utf8Encoder().convert(dartStr);
    Pointer<Int8> str = allocate(count: units.length + 1);
    for (int i = 0; i < units.length; ++i) {
      str.elementAt(i).store(units[i]);
    }
    str.elementAt(units.length).store(0);

    ref?.ref(str);
    return str.cast();
  }

  factory CString.malloc(int size, [Reference ref]) {
    Pointer<Int8> str = allocate(count: size);
    ref?.ref(str);
    return str.cast();
  }

  /// 将C语言中的字符串转为Dart中的字符串
  static String fromUtf8(CString str) {
    if (str == null) return null;
    int len = 0;
    while (str.elementAt(++len).load<int>() != 0);
    List<int> units = List(len);
    for (int i = 0; i < len; ++i) units[i] = str.elementAt(i).load();
    return Utf8Decoder().convert(units);
  }
}
复制代码

总结

dart:ffi包目前正处理开发中，暂时释放的只有基础功能，且使用dart:ffi包后，Dart代码不能进行aot编译，不过Dart开发了ffi接口后，极大的扩展了dart语言的能力边界，就如同的Java的Jni同样，若是ffi接口开发得足够好用，Dart就能像Python那样成为一门真正的胶水语言。

你们若是有兴趣进一步研究，能够查看dart:ffi包源码，目前该包总共才5个dart文件，源码不多，适合学习。

参考资料：

dart:ffi 源码

dart:ffi 官方示例

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