从 Java 代码调用 C/C++ 的六个步骤

从 Java 程序调用 C 或 C ++ 代码的过程由六个步骤组成。 我们将在下面几页中深入讨论每个步骤，但还是先让我们迅速地浏览一下它们。

  1. 编写 Java 代码。我们将从编写 Java 类开始，这些类执行三个任务：声明将要调用的本机方法；装入包含本机代码的共享库；然后调用该本机方法。
  2. 编译 Java 代码。在使用 Java 类之前，必须成功地将它们编译成字节码。
  3. 创建 C/C++ 头文件。C/C++ 头文件将声明想要调用的本机函数说明。然后，这个头文件与 C/C++ 函数实现（请参阅步骤 4）一起来创建共享库（请参阅步骤 5）。
  4. 编写 C/C++ 代码。这一步实现 C 或 C++ 源代码文件中的函数。C/C++ 源文件必须包含步骤 3 中创建的头文件。
  5. 创建共享库文件。从步骤 4 中创建的 C 源代码文件来创建共享库文件。
  6. 运行 Java 程序。运行该代码，并查看它是否有用。我们还将讨论一些用于解决常见错误的技巧。

步骤 1：编写 Java 代码

我们从编写 Java 源代码文件开始，它将声明本机方法（或方法），装入包含本机代码的共享库，然后实际调用本机方法。

这里是名为 Sample1.java 的 Java 源代码文件的示例：

1. public class Sample1 2. { 3.   public native int intMethod(int n); 4.   public native boolean booleanMethod(boolean bool); 5.   public native String stringMethod(String text); 6.   public native int intArrayMethod(int[] intArray); 7. 8.   public static void main(String[] args) 9.   {10.     System.loadLibrary("Sample1");11.     Sample1 sample = new Sample1();12.     int     square = sample.intMethod(5);13.     boolean bool   = sample.booleanMethod(true);14.     String  text   = sample.stringMethod("JAVA");15.     int     sum    = sample.intArrayMethod(16.                         new int[]{1,1,2,3,5,8,13} );17.18.     System.out.println("intMethod: " + square);19.     System.out.println("booleanMethod: " + bool);20.     System.out.println("stringMethod: " + text);21.     System.out.println("intArrayMethod: " + sum);22.   }23. }


这段代码做了些什么？

native 关键字的使用，它只能随方法一起使用。native 关键字告诉 Java 编译器：方法是用 Java 类之外的本机代码实现的，但其声明却在 Java 中。只能在 Java 类中声明本机方法，而不能实现它，所以本机方法不能拥有方法主体。

现在，让我们逐行研究一下代码：

native

  •  方法。
  • 在第 10 行，我们装入了包含这些本机方法的实现的共享库文件。（到步骤 5 时，我们将创建该共享库文件。）
  • 最终，从第 12 行到第 15 行，我们调用了本机方法。注：这个操作和调用非本机 Java 方法的操作没有差异。

注：基于 UNIX 的平台上的共享库文件通常含有前缀“lib”。在本例中，第 10 行可能是 System.loadLibrary("libSample1"); 。请一定要注意您在步骤 5：创建共享库文件中生成的共享库文件名。

步骤 2：编译 Java 代码

javac。 用来将 Java 代码编译成字节码的命令是：

javac Sample1.java

步骤 3：创建 C/C++ 头文件

native

javah Sample1


在 Sample1.java 上运行 javah.exe

下面的 Sample1.h 是对我们的 Java 代码运行 javah 工具所生成的 C/C++ 头文件：

1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ 2. #include <jni.h> 3. /* Header for class Sample1 */ 4.  5. #ifndef _Included_Sample1 6. #define _Included_Sample1 7. #ifdef __cplusplus 8. extern "C" { 9. #endif10.11. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod12.   (JNIEnv *, jobject, jint);13.14. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod15.   (JNIEnv *, jobject, jboolean);16. 17. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod18.  (JNIEnv *, jobject, jstring);19.20. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod21.  (JNIEnv *, jobject, jintArray);22. 23. #ifdef __cplusplus24. }25. #endif26. #endif


关于 C/C++ 头文件

native 方法声明有很大差异。JNIEXPORT 和 JNICALL 是用于导出函数的、依赖于编译器的指示符。返回类型是映射到 Java 类型的 C/C++ 类型。附录 A：JNI 类型中完整地说明了这些类型。JNIEnv 和 jobject 的指针。指向 JNIEnvjobject 参数引用当前对象。因此，如果 C 或 C++ 代码需要引用 Java 函数，则这个 jobject 充当引用或指针，返回调用的 Java 对象。函数名本身是由前缀“Java_”加全限定类名，再加下划线和方法名构成的。

步骤 4：编写 C/C++ 代码

当谈到编写 C/C++ 函数实现时，有一点需要牢记：说明必须和 Sample1.h 的函数声明完全一样。我们将研究用于 C 实现和 C++ 实现的完整代码，然后讨论两者之间的差异。

C 函数实现

以下是 Sample1.c，它是用 C 编写的实现：

1. #include "Sample1.h" 2. #include <string.h> 3.  4. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod 5.   (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) { 6.    return num * num; 7. } 8.  9. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod10.   (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) {11.   return !boolean;12. }13.14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod15.   (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) {16.     const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0);17.     char cap[128];18.     strcpy(cap, str);19.     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, str);20.     return (*env)->NewStringUTF(env, strupr(cap));21. }22. 23. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod24.   (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) {25.     int i, sum = 0;26.     jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, array);27.     jint *body = (*env)->GetIntArrayElements(env, array, 0);28.     for (i=0; i<len; i++)29.     {       sum += body[i];30.     }31.     (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, array, body, 0);32.     return sum;33. }34. 35. void main(){}


C++ 函数实现

以下是 Sample1.cpp（C++ 实现）

1. #include "Sample1.h" 2. #include <string.h> 3. 4.JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod 5.  (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) { 6.   return num * num; 7. } 8. 9. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod10.   (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) {11.   return !boolean;12. }13.14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod15.   (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) {16.     const char *str = env->GetStringUTFChars(string, 0);17.     char cap[128];18.     strcpy(cap, str);19.     env->ReleaseStringUTFChars(string, str);20.     return env->NewStringUTF(strupr(cap));21. }22. 23. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod24.   (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) {25.     int i, sum = 0;26.     jsize len = env->GetArrayLength(array);27.     jint *body = env->GetIntArrayElements(array, 0);28.     for (i=0; i<len; i++)29.     {       sum += body[i];30.     }31.     env->ReleaseIntArrayElements(array, body, 0);32.     return sum;33. }34.35. void main(){}


C 和 C++ 函数实现的比较

(*env)->”作前缀，目的是为了取出函数指针所引用的值。在 C++ 中，JNIEnv

C 语法：

jsize len = (*env)->GetArrayLength(env,array);

C++ 语法：

jsize len =env->GetArrayLength(array);

步骤 5：创建共享库文件

接下来，我们创建包含本机代码的共享库文件。大多数 C 和 C++ 编译器除了可以创建机器代码可执行文件以外，也可以创建共享库文件。用来创建共享库文件的命令取决于您使用的编译器。下面是在 Windows 和 Solaris 系统上执行的命令。

Windows：

cl -Ic:\jdk\include -Ic:\jdk\include\win32 -LD Sample1.c -FeSample1.dll

Solaris：

cc -G -I/usr/local/jdk/include -I/user/local/jdk/include/solaris Sample1.c -o Sample1.so

步骤 6：运行 Java 程序

java，它是随 SDK 一起提供的 Java 解释器。所使用的命令是：

java Sample1


Sample1.class

PROMPT>java Sample1intMethod: 25booleanMethod: falsestringMethod: JAVAintArrayMethod: 33PROMPT>


故障排除

当使用 JNI 从 Java 程序访问本机代码时，您会遇到许多问题。您会遇到的三个最常见的错误是：

  • 无法找到动态链接。它所产生的错误消息是：

java.lang.UnsatisfiedLinkError

  • 。这通常指无法找到共享库，或者无法找到共享库内特定的本机方法。
  • 无法找到共享库文件。当用 

System.loadLibrary(String libname)

  •  方法（参数是文件名）装入库文件时，请确保文件名拼写正确以及没有指定扩展名。还有，确保库文件的位置在类路径中，从而确保 JVM 可以访问该库文件。
  • 无法找到具有指定说明的方法。确保您的 C/C++ 函数实现拥有与头文件中的函数说明相同的说明。

结束语

从 Java 调用 C 或 C++ 本机代码（虽然不简单）是 Java 平台中一种良好集成的功能。虽然 JNI 支持 C 和 C++，但 C++ 接口更清晰一些并且通常比 C 接口更可取。

正如您已经看到的，调用 C 或 C++ 本机代码需要赋予函数特殊的名称，并创建共享库文件。当利用现有代码库时，更改代码通常是不可取的。要避免这一点，在 C++ 中，通常创建代理代码或代理类，它们有专门的 JNI 所需的命名函数。然后，这些函数可以调用底层库函数，这些库函数的说明和实现保持不变。