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如何在C/C++中調(diào)用Java
java跨平臺的特性使Java越來越受開發(fā)人員的歡迎,但也往往會聽到不少的抱怨:用Java開發(fā)的圖形用戶窗口界面每次在啟動的時候都會跳出一個控制臺窗口,這個控制臺窗口讓本來非常棒的界面失色不少。怎么能夠讓通過Java開發(fā)的GUI程序不彈出Java的控制臺窗口呢?下面是小編為大家?guī)淼年P(guān)于如何在C/C++中調(diào)用Java的知識,歡迎閱讀。
如何在C/C++中調(diào)用Java
java跨平臺的特性使Java越來越受開發(fā)人員的歡迎,但也往往會聽到不少的抱怨:用Java開發(fā)的圖形用戶窗口界面每次在啟動的時候都會跳出一個控制臺窗口,這個控制臺窗口讓本來非常棒的界面失色不少。怎么能夠讓通過Java開發(fā)的GUI程序不彈出Java的控制臺窗口呢?其實現(xiàn)在很多流行的開發(fā)環(huán)境例如JBuilder、Eclipse都是使用純Java開發(fā)的集成環(huán)境。這些集成環(huán)境啟動的時候并不會打開一個命令窗口,因為它使用了JNI(Java Native Interface)的技術(shù)。通過這種技術(shù),開發(fā)人員不一定要用命令行來啟動Java程序,可以通過編寫一個本地GUI程序直接啟動Java程序,這樣就可避免另外打開一個命令窗口,讓開發(fā)的Java程序更加專業(yè)。
JNI答應(yīng)運行在虛擬機的Java程序能夠與其它語言(例如C和C++)編寫的程序或者類庫進(jìn)行相互間的調(diào)用。同時JNI提供的一整套的API,答應(yīng)將Java虛擬機直接嵌入到本地的應(yīng)用程序中。圖1是Sun站點上對JNI的基本結(jié)構(gòu)的描述。
本文將介紹如何在C/C++中調(diào)用Java方法,并結(jié)合可能涉及到的問題介紹整個開發(fā)的步驟及可能碰到的難題和解決方法。本文所采用的工具是Sun公司創(chuàng)建的 Java Development Kit (JDK) 版本 1.3.1,以及微軟公司的Visual C++ 6開發(fā)環(huán)境。
環(huán)境搭建
為了讓本文以下部分的代碼能夠正常工作,我們必須建立一個完整的開發(fā)環(huán)境。首先需要下載并安裝JDK 1.3.1,其下載地址為“http://java.sun.com”。假設(shè)安裝路徑為C:JDK。下一步就是設(shè)置集成開發(fā)環(huán)境,通過Visual C++ 6的菜單Tools→Options打開選項對話框如圖2。
將目錄C:JDKinclude和C:JDKincludewin32加入到開發(fā)環(huán)境的Include Files目錄中,同時將C:JDKlib目錄添加到開發(fā)環(huán)境的Library Files目錄中。這三個目錄是JNI定義的一些常量、結(jié)構(gòu)及方法的頭文件和庫文件。集成開發(fā)環(huán)境已經(jīng)設(shè)置完畢,同時為了執(zhí)行程序需要把Java虛擬機所用到的動態(tài)鏈接庫所在的目錄C:JDK jreinclassic設(shè)置到系統(tǒng)的Path環(huán)境變量中。這里需要提出的是,某些開發(fā)人員為了方便直接將JRE所用到的DLL文件直接拷貝到系統(tǒng)目錄下。這樣做是不行的,將導(dǎo)致初始化Java虛擬機環(huán)境失敗(返回值-1),原因是Java虛擬機是以相對路徑來尋找所用到的庫文件和其它一些相關(guān)文件的。至此整個JNI的開發(fā)環(huán)境設(shè)置完畢,為了讓此次JNI旅程能夠順利進(jìn)行,還必須先預(yù)備一個Java類。在這個類中將用到Java中幾乎所有有代表性的屬性及方法,如靜態(tài)方法與屬性、數(shù)組、異常拋出與捕捉等。我們定義的Java程序(Demo.java)如下,本文中所有的代碼演示都將基于該Java程序,代碼如下:
package jni.test; /** * 該類是為了演示JNI如何訪問各種對象屬性等 * @author liudong */ public class Demo { //用于演示如何訪問靜態(tài)的基本類型屬性 public static int COUNT = 8; //演示對象型屬性 public String msg; PRivate int[] counts; public Demo() { this("缺省構(gòu)造函數(shù)"); } /** * 演示如何訪問構(gòu)造器 */ public Demo(String msg) { System.out.println(":" + msg); this.msg = msg; this.counts = null; } /** * 該方法演示如何訪問一個訪問以及中文字符的處理 */ public String getMessage() { return msg; } /** * 演示數(shù)組對象的訪問 */ public int[] getCounts() { return counts; } /** * 演示如何構(gòu)造一個數(shù)組對象 */ public void setCounts(int[] counts) { this.counts = counts; } /** * 演示異常的捕捉 */ public void throwExcp() throws IllegalaccessException { throw new IllegalAccessException("exception occur."); } }
初始化虛擬機
本地代碼在調(diào)用Java方法之前必須先加載Java虛擬機,而后所有的Java程序都在虛擬機中執(zhí)行。為了初始化Java虛擬機,JNI提供了一系列的接口函數(shù)Invocation API。通過這些API可以很方便地將虛擬機加載到內(nèi)存中。創(chuàng)建虛擬機可以用函數(shù) jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **pvm, void **penv, void *args)。對于這個函數(shù)有一點需要注重的是,在JDK 1.1中第三個參數(shù)總是指向一個結(jié)構(gòu)JDK1_ 1InitArgs, 這個結(jié)構(gòu)無法完全在所有版本的虛擬機中進(jìn)行無縫移植。在JDK 1.2中已經(jīng)使用了一個標(biāo)準(zhǔn)的初始化結(jié)構(gòu)JavaVMInitArgs來替代JDK1_1InitArgs。下面我們分別給出兩種不同版本的示例代碼。
在JDK 1.1初始化虛擬機:
#include int main() { JNIEnv *env; JavaVM *jvm; JDK1_1InitArgs vm_args; jint res; /* IMPORTANT: 版本號設(shè)置一定不能漏 */ vm_args.version = 0x00010001; /*獲取缺省的虛擬機初始化參數(shù)*/ JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args); /* 添加自定義的類路徑 */ sprintf(classpath, "%s%c%s", vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH); vm_args.classpath = classpath; /*設(shè)置一些其他的初始化參數(shù)*/ /* 創(chuàng)建虛擬機 */ res = JNI_CreateJavaVM(&jvm,&env,&vm_args); if (res < 0) { fprintf(stderr, "Can't create Java VM "); exit(1); } /*釋放虛擬機資源*/ (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm); }
JDK 1.2初始化虛擬機:
/* invoke2.c */ #include int main() { int res; JavaVM *jvm; JNIEnv *env; JavaVMInitArgs vm_args; JavaVMOption options[3]; vm_args.version=JNI_VERSION_1_2;//這個字段必須設(shè)置為該值 /*設(shè)置初始化參數(shù)*/ options[0].optionString = "-Djava.compiler=NONE"; options[1].optionString = "-Djava.class.path=."; options[2].optionString = "-verbose:jni";//用于跟蹤運行時的信息 /*版本號設(shè)置不能漏*/ vm_args.version = JNI_VERSION_1_2; vm_args.nOptions = 3; vm_args.options = options; vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE; res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args); if (res < 0) { fprintf(stderr, "Can't create Java VM "); exit(1); } (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm); fprintf(stdout, "Java VM destory. "); }
為了保證JNI代碼的可移植性,建議使用JDK 1.2的方法來創(chuàng)建虛擬機。JNI_CreateJavaVM函數(shù)的第二個參數(shù)JNIEnv *env,就是貫穿整個JNI始末的一個參數(shù),因為幾乎所有的函數(shù)都要求一個參數(shù)就是JNIEnv *env。
訪問類方法
初始化了Java虛擬機后,就可以開始調(diào)用Java的方法。要調(diào)用一個Java對象的方法必須經(jīng)過幾個步驟:
1.獲取指定對象的類定義(jclass)
有兩種途徑來獲取對象的類定義:第一種是在已知類名的情況下使用FindClass來查找對應(yīng)的類。但是要注重類名并不同于平時寫的Java代碼,例如要得到類jni.test.Demo的定義必須調(diào)用如下代碼:
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "jni/test/Demo");//把點號換成斜杠
然后通過對象直接得到其所對應(yīng)的類定義:
jclass cls = (*env)-> GetObjectClass(env, obj); //其中obj是要引用的對象,類型是jobject
2.讀取要調(diào)用方法的定義(jmethodID)
我們先來看看JNI中獲取方法定義的函數(shù):
jmethodID (JNICALL *GetMethodID)(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig); jmethodID (JNICALL *GetStaticMethodID)(JNIEnv *env, jclass class, const char *name, const char *sig);
這兩個函數(shù)的區(qū)別在于GetStaticMethodID是用來獲取靜態(tài)方法的定義,GetMethodID則是獲取非靜態(tài)的方法定義。這兩個函數(shù)都需要提供四個參數(shù):env就是初始化虛擬機得到的JNI環(huán)境;第二個參數(shù)class是對象的類定義,也就是第一步得到的obj;第三個參數(shù)是方法名稱;最重要的是第四個參數(shù),這個參數(shù)是方法的定義。因為我們知道Java中答應(yīng)方法的多態(tài),僅僅是通過方法名并沒有辦法定位到一個具體的方法,因此需要第四個參數(shù)來指定方法的具體定義。但是怎么利用一個字符串來表示方法的具體定義呢?JDK中已經(jīng)預(yù)備好一個反編譯工具javap,通過這個工具就可以得到類中每個屬性、方法的定義。下面就來看看jni.test.Demo的定義:
打開命令行窗口并運行 javap -s -p jni.test.Demo 得到運行結(jié)果如下:
Compiled from Demo.java public class jni.test.Demo extends java.lang.Object { public static int COUNT; /* I */ public java.lang.String msg; /* Ljava/lang/String; */ private int counts[]; /* [I */ public jni.test.Demo(); /* ()V */ public jni.test.Demo(java.lang.String); /* (Ljava/lang/String;)V */ public java.lang.String getMessage(); /* ()Ljava/lang/String; */ public int getCounts()[]; /* ()[I */ public void setCounts(int[]); /* ([I)V */ public void throwExcp() throws java.lang.IllegalAccessException; /* ()V */ static {}; /* ()V */ }
我們看到類中每個屬性和方法下面都有一段注釋。注釋中不包含空格的內(nèi)容就是第四個參數(shù)要填的內(nèi)容(關(guān)于javap具體參數(shù)請查詢JDK的使用幫助)。下面這段代碼演示如何訪問jni.test.Demo的getMessage方法:
/* 假設(shè)我們已經(jīng)有一個jni.test.Demo的.實例obj */ jmethodID mid; jclass cls = (*env)-> GetObjectClass (env, obj);//獲取實例的類定義 mid=(*env)->GetMethodID(env,cls,"getMessage"," ()Ljava/lang/String; "); /*假如mid為0表示獲取方法定義失敗*/ jstring msg = (*env)-> CallObjectMethod(env, obj, mid); /* 假如該方法是靜態(tài)的方法那只需要將最后一句代碼改為以下寫法即可: jstring msg = (*env)-> CallStaticObjectMethod(env, cls, mid); */
3.調(diào)用方法
為了調(diào)用對象的某個方法,可以使用函數(shù)CallMethod或者CallStaticMethod(訪問類的靜態(tài)方法),根據(jù)不同的返回類型而定。這些方法都是使用可變參數(shù)的定義,假如訪問某個方法需要參數(shù)時,只需要把所有參數(shù)按照順序填寫到方法中就可以。在講到構(gòu)造函數(shù)的訪問時,將演示如何訪問帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。
訪問類屬性
訪問類的屬性與訪問類的方法大體上是一致的,只不過是把方法變成屬性而已。
1.獲取指定對象的類(jclass)
這一步與訪問類方法的第一步完全相同,具體使用參看訪問類方法的第一步。
2.讀取類屬性的定義(jfieldID)
在JNI中是這樣定義獲取類屬性的方法的:
jfieldID (JNICALL *GetFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig); jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
這兩個函數(shù)中第一個參數(shù)為JNI環(huán)境;clazz為類的定義;name為屬性名稱;第四個參數(shù)同樣是為了表達(dá)屬性的類型。前面我們使用javap工具獲取類的具體定義的時候有這樣兩行:
public java.lang.String msg; /* Ljava/lang/String; */
其中第二行注釋的內(nèi)容就是第四個參數(shù)要填的信息,這跟訪問類方法時是相同的。
3.讀取和設(shè)置屬性值
有了屬性的定義要訪問屬性值就很輕易了。有幾個方法用來讀取和設(shè)置類的屬性,它們是:GetField、SetField、GetStaticField、SetStaticField。比如讀取Demo類的msg屬性就可以用GetObjectField,而訪問COUNT用GetStaticIntField,相關(guān)代碼如下:
jfieldID field = (*env)->GetFieldID(env,obj,"msg"," Ljava/lang/String;"); jstring msg = (*env)-> GetObjectField(env, cls, field);//msg就是對應(yīng)Demo的msg jfieldID field2 = (*env)->GetStaticFieldID(env,obj,"COUNT","I"); jint count = (*env)->GetStaticIntField(env,cls,field2);
訪問構(gòu)造函數(shù)
很多人剛剛接觸JNI的時候往往會在這一節(jié)碰到問題,查遍了整個jni.h看到這樣一個函數(shù)NewObject,它應(yīng)該是可以用來訪問類的構(gòu)造函數(shù)。但是該函數(shù)需要提供構(gòu)造函數(shù)的方法定義,其類型是jmethodID。從前面的內(nèi)容我們知道要獲取方法的定義首先要知道方法的名稱,但是構(gòu)造函數(shù)的名稱怎么來填寫呢?其實訪問構(gòu)造函數(shù)與訪問一個普通的類方法大體上是一樣的,惟一不同的只是方法名稱不同及方法調(diào)用時不同而已。訪問類的構(gòu)造函數(shù)時方法名必須填寫“”。下面的代碼演示如何構(gòu)造一個Demo類的實例:
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "jni/test/Demo"); /** 首先通過類的名稱獲取類的定義,相當(dāng)于Java中的Class.forName方法 */ if (cls == 0) jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env,cls,"","(Ljava/lang/String;)V "); if(mid == 0) jobject demo = jenv->NewObject(cls,mid,0); /** 訪問構(gòu)造函數(shù)必須使用NewObject的函數(shù)來調(diào)用前面獲取的構(gòu)造函數(shù)的定義 上面的代碼我們構(gòu)造了一個Demo的實例并傳一個空串null */
數(shù)組處理
創(chuàng)建一個新數(shù)組
要創(chuàng)建一個數(shù)組,我們首先應(yīng)該知道數(shù)組元素的類型及數(shù)組長度。JNI定義了一批數(shù)組的類型jArray及數(shù)組操作的函數(shù)NewArray,其中就是數(shù)組中元素的類型。例如,要創(chuàng)建一個大小為10并且每個位置值分別為1-10的整數(shù)數(shù)組,編寫代碼如下:
int i = 1; jintArray array;//定義數(shù)組對象 (*env)-> NewIntArray(env, 10); for(; i<= 10; i++) (*env)->SetIntArrayRegion(env, array, i-1, 1, &i);
訪問數(shù)組中的數(shù)據(jù)
訪問數(shù)組首先應(yīng)該知道數(shù)組的長度及元素的類型,F(xiàn)在我們把創(chuàng)建的數(shù)組中的每個元素值打印出來,代碼如下:
int i; /* 獲取數(shù)組對象的元素個數(shù) */ int len = (*env)->GetArrayLength(env, array); /* 獲取數(shù)組中的所有元素 */ jint* elems = (*env)-> GetIntArrayElements(env, array, 0); for(i=0; i< len; i++) printf("ELEMENT %d IS %d ", i, elems[i]);
中文處理
中文字符的處理往往是讓人比較頭疼的事情,非凡是使用Java語言開發(fā)的軟件,在JNI這個問題更加突出。由于Java中所有的字符都是Unicode編碼,但是在本地方法中,例如用VC編寫的程序,假如沒有非凡的定義一般都沒有使用Unicode的編碼方式。為了讓本地方法能夠訪問Java中定義的中文字符及Java訪問本地方法產(chǎn)生的中文字符串,我定義了兩個方法用來做相互轉(zhuǎn)換。
· 方法一,將Java中文字符串轉(zhuǎn)為本地字符串
/** 第一個參數(shù)是虛擬機的環(huán)境指針第二個參數(shù)為待轉(zhuǎn)換的Java字符串定義第三個參數(shù)是本地存儲轉(zhuǎn)換后字符串的內(nèi)存塊第三個參數(shù)是內(nèi)存塊的大小 */ int JStringToChar(JNIEnv *env, jstring str, LPTSTR desc, int desc_len) { int len = 0; if(desc==NULLstr==NULL) return -1; //在VC中wchar_t是用來存儲寬字節(jié)字符(UNICODE)的數(shù)據(jù)類型 wchar_t *w_buffer = new wchar_t[1024]; ZeroMemory(w_buffer,1024*sizeof(wchar_t)); //使用GetStringChars而不是GetStringUTFChars wcscpy(w_buffer,env->GetStringChars(str,0)); env->ReleaseStringChars(str,w_buffer); ZeroMemory(desc,desc_len); //調(diào)用字符編碼轉(zhuǎn)換函數(shù)(Win32 API)將UNICODE轉(zhuǎn)為ASCII編碼格式字符串 //關(guān)于函數(shù)WideCharToMultiByte的使用請參考MSDN len = WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,w_buffer,1024,desc,desc_len,NULL,NULL); //len = wcslen(w_buffer); if(len>0 && len
· 方法二,將C的字符串轉(zhuǎn)為Java能識別的Unicode字符串
jstring NewJString(JNIEnv* env,LPCTSTR str) { if(!env !str) return 0; int slen = strlen(str); jchar* buffer = new jchar[slen]; int len = MultiByteToWideChar(CP_ACP,0,str,strlen(str),buffer,slen); if(len>0 && len < slen) buffer[len]=0; jstring js = env->NewString(buffer,len); [] buffer; return js; }
異常
由于調(diào)用了Java的方法,因此難免產(chǎn)生操作的異常信息。這些異常沒有辦法通過C++本身的異常處理機制來捕捉到,但JNI可以通過一些函數(shù)來獲取Java中拋出的異常信息。之前我們在Demo類中定義了一個方法throwExcp,下面將訪問該方法并捕捉其拋出來的異常信息,代碼如下:
/** 假設(shè)我們已經(jīng)構(gòu)造了一個Demo的實例obj,其類定義為cls */ jthrowable excp = 0;/* 異常信息定義 */ jmethodID mid=(*env)->GetMethodID(env,cls,"throwExcp","()V"); /*假如mid為0表示獲取方法定義失敗*/ jstring msg = (*env)-> CallVoidMethod(env, obj, mid); /* 在調(diào)用該方法后會有一個IllegalAccessException的異常拋出 */ excp = (*env)->ExceptionOccurred(env); if(excp){ (*env)->ExceptionClear(env); //通過訪問excp來獲取具體異常信息 /* 在Java中,大部分的異常信息都是擴展類java.lang.Exception,因此可以訪問excp的toString 或者getMessage來獲取異常信息的內(nèi)容。訪問這兩個方法同前面講到的如何訪問類的方法是相同的。 */ }
線程和同步訪問
有些時候需要使用多線程的方式來訪問Java的方法。我們知道一個Java虛擬機是非常消耗系統(tǒng)的內(nèi)存資源,差不多每個虛擬機需要內(nèi)存大約在20MB左右。為了節(jié)省資源要求每個線程使用的是同一個虛擬機,這樣在整個的JNI程序中只需要初始化一個虛擬機就可以了。所有人都是這樣想的,但是一旦子線程訪問主線程創(chuàng)建的虛擬機環(huán)境變量,系統(tǒng)就會出現(xiàn)錯誤對話框,然后整個程序終止。
其實這里面涉及到兩個概念,它們分別是虛擬機(JavaVM *jvm)和虛擬機環(huán)境(JNIEnv *env)。真正消耗大量系統(tǒng)資源的是jvm而不是env,jvm是答應(yīng)多個線程訪問的,但是env只能被創(chuàng)建它本身的線程所訪問,而且每個線程必須創(chuàng)建自己的虛擬機環(huán)境env。這時候會有人提出疑問,主線程在初始化虛擬機的時候就創(chuàng)建了虛擬機環(huán)境env。為了讓子線程能夠創(chuàng)建自己的env,JNI提供了兩個函數(shù):AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。下面代碼就是子線程訪問Java方法的框架:
DWord WINAPI ThreadProc(PVOID dwParam) { JavaVM jvm = (JavaVM*)dwParam;/* 將虛擬機通過參數(shù)傳入 */ JNIEnv* env; (*jvm)-> AttachCurrentThread(jvm, (void**)&env, NULL); ......... (*jvm)-> DetachCurrentThread(jvm); }
時間
關(guān)于時間的話題是我在實際開發(fā)中碰到的一個問題。當(dāng)要發(fā)布使用了JNI的程序時,并不一定要求客戶要安裝一個Java運行環(huán)境,因為可以在安裝程序中打包這個運行環(huán)境。為了讓打包程序利于下載,這個包要比較小,因此要去除JRE(Java運行環(huán)境)中一些不必要的文件。但是假如程序中用到Java中的日歷類型,例如java.util.Calendar等,那么有個文件一定不能去掉,這個文件就是[JRE]lib zmappings。它是一個時區(qū)映射文件,一旦沒有該文件就會發(fā)現(xiàn)時間操作上經(jīng)常出現(xiàn)與正確時間相差幾個小時的情況。下面是打包JRE中必不可少的文件列表(以Windows環(huán)境為例),其中[JRE]為運行環(huán)境的目錄,同時這些文件之間的相對路徑不能變。
文件名目錄 hpi.dll [JRE]in ioser12.dll [JRE]in java.dll [JRE]in net.dll [JRE]in verify.dll [JRE]in zip.dll [JRE]in jvm.dll [JRE]inclassic rt.jar [JRE]lib tzmappings [JRE]lib
由于rt.jar有差不多10MB,但是其中有很大一部分文件并不需要,可以根據(jù)實際的應(yīng)用情況進(jìn)行刪除。例如程序假如沒有用到Java Swing,就可以把涉及到Swing的文件都刪除后重新打包。
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