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连接库(DLL)实现加法运算的小例子，本文经过一个更加详细的例子，深刻讲解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和其余语言的通讯（主要是C&C++）。从Java1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它容许Java代码和其余语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤为是C和C++而设计的，可是它并不妨碍你使用其余编程语言，只要调用约定受支持就能够了。使用java与本地已编译的代码交互，一般会丧失平台可移植性。可是，有些状况下这样作是能够接受的，甚至是必须的。例如，使用一些旧的库，与硬件、操做系统进行交互，或者为了提升程序的性能。JNI标准至少要保证本地代码能工做在任何Java 虚拟机环境下。

　　总的来讲，JNI就是一个容许Java语言和其余编程语言(主要是C/C++)通讯的接口。C/C++是系统级的编程语言, 能够用来开发任何和系统相关的程序和类库, 可是Java自己编写底层的应用比较难实现, 使用JNI能够调用现有的本地库, 极大地灵活了Java的开发. C/C++的效率是目前最好的语言, 可使用C/C++来实现一些实时性很是高的部分. C/C++和Java自己都是很是流行的编程语言, 一些大型软件中常用语言之间的混合编程.

　　一旦使用JNI, JAVA程序就丧失了JAVA平台的两个优势: 程序不在跨平台。要想跨平台，必须在不一样的系统环境中从新编译本地语言部分；程序再也不是绝对安全的，本地代码的不当使用可能致使整个陈旭崩溃。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，这样就下降了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以下：

1. 编写带有native声明的方法的java类
2. 使用javac命令编译全部的java类
3. 而后使用javah + 类名生成扩展名为.h的头文件
4. 使用C/C++实现本地方法
5. 将C/C++编写的文件生成动态连接库

　　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], 并对这个例子作了修改。

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连接库，在Windows系统下加载的就是SampleC.dll, 在Linux系统下加载的就是SampleC.so。注意不能够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，可是这个DLL文件就是咱们稍后要使用C/C++编译生成的文件。

　　这4个native关键字修饰的方法就是须要咱们用C/C++实现的方法。

三. 使用javac命令编译全部的java类

　　编译Sample.java，使用命令行(Windows下是cmd) javac Sample.java 能够看到生成两个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 能够生成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

 　　这个h文件至关于咱们在java里面的接口，这里声明了四个方法，而后在咱们的本地方法里面实现这个方法，也就是说咱们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致。

　　在注释中咱们能够看到这样一个东西 Signature, 这个是方法的签名. 关于Signature, 下面经过一个表格来讲明.

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

　　在每一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

　　可使用C语言来实现, 也可使用C++来实现, 下面说说C语言的实现.

　　建立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()这个方法, 是用来在Java和C之间转换字符串的, 由于Java自己都使用了双字节的字符, 而C语言自己都是单字节的字符, 因此须要进行转换.

　　JNIEnv *是每一个函数都有的参数, 它包含了不少有用的方法, 使用起来相似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, 可是在C语言中, 这些对象必须手动回收. 不然可能形成内存泄漏.

　　函数的名字一眼看到就能够猜出功能, 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连接库

　　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 便可看到以下结果：

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

参考文献：

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