java嵌入c,c++程序指南

jack_gogo 12年前

java中调用c(c++)写的dll文件的实现及步骤

JNI使用技巧点滴
本文为在 32 位 Windows 平台上实现 Java 本地方法提供了实用的示例、步骤和准则。本文中的示例使用 Sun Microsystems 公司创建的 Java Development Kit (JDK) 版本 1.4.1。用 C 语言编写的本地代码是用 Microsoft Visual C++ 6.0编译器编译生成。
简介
近日，由于项目需要，要在WEB页面实现图像转换功能，而VC在图像转换方面有着得天独厚的优势。我们首先用VC封装出图像转换的DLL，然后用JAVA的本地化方法JNI调用用于图像转换的DLL，最后用JavaBean调用JNI生成的DLL。
通过近几天在网上找资料和自己的摸索，收获很多，现总结如下，让以后做这方面的人少走弯路。
一. JAVA部分
1. 无包的情况：
实例一：
public class MyNative
{
static
{
System.loadLibrary( "MyNative" );
}
public native static void HelloWord();
public native static String cToJava();
}
说明：
1)在JAVA程序中，首先需要在类中声明所调用的库名称System.loadLibrary( String libname );，在库的搜寻路径中定位这个库。定位库的具体操作依赖于操作系统。在windows下，首先从当前目录查找，然后再搜寻”PATH”环境变量列出的目录。如果找不到该库，则会抛出UnsatisfiedLinkError。
2)这里加载的是JNI生成的DLL，而不是其他生成的DLL的名称。在这里，库的扩展名字可以不用写出来，究竟是DLL还是SO，由系统自己判断。
3) 还需要对将要调用的方法做本地声明，关键字为native。并且只需要声明，而不需要具体实现。实现放在C中实现，稍后将做说明。
4)如果加了static，表明是静态方法。如果不加，表明是一般的方法。加与不加，生成的头文件中有一个参数不同。稍后将做说明。
现在开始编译它:
用javac MyNative.h编译它，生成对应的class文件。
用javah MyNative ，就会生成对应的MyNative.h头文件。剩下的是就开始交给VC来完成了（我们用VC来实现对应的C实现部分）。
2. 有包的情况：
实例二：
package com..myNative;
public class MyNative
{
static
{
System.loadLibrary( "MyNative" );
}
public native static void HelloWord();
public native static String cToJava();
}
其他与上面相同，就是在用javac和javah时有所不同。对于有包的情况一定要注意这一点，开始时我的程序始终运行都不成功，问题就出在这里。
javac ./com/myNative/MyNative.java
javah com.myNative.MyNative
上面一句就不用解释了。对下面的一句解释一下：本类的前面均是包名。这样生成的头文件就是：com.myNative.MyNative.h。开始时，在这种情况下我用javah MyNative生成的头文件始终是MyNative.h。在网上查资料时，看见别人的头文件名砸那长，我的那短。但不知道为什么，现在大家和我一样知道为什么了吧。：）。有时还需要带上路径。具体查看javah的语法。
二．C实现部分
刚才用javah MyNative生成的MyNative.h头文件内容如下：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include
/* Header for class MyNative */
#ifndef _Included_MyNative
#define _Included_MyNative
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: MyNative
* Method: HelloWord
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyNative_HelloWord (JNIEnv *, jclass);
/*
* Class: MyNative
* Method: cToJava
* Signature: ()Ljava/lang/String;
*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_MyNative_cToJava (JNIEnv *, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
接下来,就是如何实现它了。其实，用JNI作出的东西也是DLL，被JAVA所调用。
在具体实现的时候，我们只关心两个函数原型：
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyNative_HelloWord(JNIEnv *, jclass);和 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_MyNative_cToJava(JNIEnv *, jclass);
现在让我们开始激动人心的第一步吧 : ) 。在project里面选择win32 Dynamic-link Library，然后点击下一步，其余的取默认。如果不取默认的，将会有dllmain()函数。取空DLL工程的话，将无这个函数。我在这里取的是空。
然后选择new->File->C++ Source File，生成一个空*.cpp文件。我们把他取名为MyNative。把 JNIEXPORT void JNICALL Java_MyNative_HelloWord(JNIEnv *, jclass);和 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_MyNative_cToJava(JNIEnv *, jclass);拷贝到CPP 文件中去。然后把头文件包含进来。
生成的MyNative.cpp内容如下：
#include
#include "MyNative.h"
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyNative_HelloWord (JNIEnv *env, jclass jobject)
{
printf("hello word!\n");
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_MyNative_cToJavaJNIEnv *env, jclass obj)
{
jstring jstr;
char str[]="Hello,word!\n";
jstr=env->NewStringUTF(str);
return jstr;
}
在编译前一定要注意下列情况。
注意：一定要把SDK中的include文件夹中(和它下面的win32文件夹下的头文件)的几个头文件拷贝到VC的include文件夹中。或者在VC的tools\options\directories中设置，把头文件给包含进来。
对程序的一点解释：
1)前文不是说过，加了static和不加只是一个参数的区别吗。就是jclass的不同，不加static这里就是jobject。也就是 JNIEXPORT void JNICALL Java_MyNative_HelloWord(JNIEnv *env, jobject obj)。
2)这里JNIEXPORT和JNICALL都是JNI的关键字，表示此函数是要被JNI调用的。而 jstring是以JNI为中介使JAVA的String类型与本地的string沟通的一种类型，我们可以视而不见，就当做String使用(具体对应见表一)。函数的名称是JAVA_再加上java程序的package路径再加函数名组成的（参见有包的情况）。参数中，我们也只需要关心在JAVA程序中存在的参数，至于JNIEnv*和jclass我们一般没有必要去碰它。
3)NewStringUTF()是JNI函数，从一个包含UTF格式编码字符的char类型数组中创建一个新的jstring对象。
4) 以上程序片断jstr=env->NewStringUTF(str);是C++中的写法，不必使用env指针。因为JNIEnv函数的C ++版本包含有直接插入成员函数，他们负责查找函数指针。而对于C的写法，应改为：jstr=(*env)->NewStringUTF(env, str);因为所有JNI函数的调用都使用env指针，它是任意一个本地方法的第一个参数。env指针是指向一个函数指针表的指针。因此在每个JNI函数访问前加前缀(*env)->，以确保间接引用函数指针。
在C和Java编程语言之间传送值时，需要理解这些值类型在这两种语言间的对应关系。这些都在头文件jni.h中，用typedef语句声明了这些类在目标平台上的代价类。头文件也定义了常量如：JNI_FALSE=0 和JNI_TRUE=1;
表一说明了Java类型和C类型之间的对应关系。
表一 Java类型和C类型
Java编程语言 C编程语言字节
boolean jboolean 1
byte jbyte 1
char jchar 2
short jshort 2
int jint 4
long jlong 8
float jfloat 4
double jdouble 8

现在开始对所写的程序进行编译。选择build->rebuild all对所写的程序进行编译。点击build->build MyNative.DLL生成DLL文件。
也可以用命令行cl来编译。具体参看其他书籍。
再次强调（曾经为这个东西大伤脑筋）：DLL放置地方
1) 当前目录。
2) 放在path所指的路径中
3) 自己在path环境变量中设置一个路径，要注意所指引的路径应该到.dll文件的上一级，如果指到.dll，则会报错。
下面就开始测试我们的所写的DLL吧（假设DLL已放置正确）。
public class mytest
{
public static void main(String[] args)
{
MyNative a=new MyNative();
a.HelloWord();
System.out.println(a.cToJava());
}
}
注意也要把MyNative.class放在与mytest.java同一个路径下。现在开始编译运行mytest，是不是在DOS窗口上输出：
Hello word!
Hello,world!
以上是我们通过JNI方法调用的一个简单C程序。但在实际情况中要比这复杂的多。特别是在通过JNI调用其他DLL时，还有很多的地方需要注意。
现在开始来讨论包含包的情况，步骤与上面的相同，只是有一点点不同。我们来看其中的一个函数。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_MyNative_MyNative_HelloWord (JNIEnv *env, jclass jobject)
{
printf("hello word!\n");
}
我们来观察函数名称。函数的名称是JAVA_再加上java程序的package路径再加函数名组成的。现在这句话应该理解了吧。
我们也写一个程序来测试包含包的情况。程序略。
javac ./com/MyNative/mytest.java
java mytest
是不是在DOS窗口上也显示同样的内容：）。
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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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 代码第 3 页（共16 页）

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. }

第二步接下来，我们需要将 Java 代码编译成字节码。完成这一步的方法之一是使用随 SDK 一起提供的 Java 编译器 javac。用来将 Java 代码编译成字节码的命令是：

javac Sample1.java

第三步是创建 C/C++ 头文件，它定义本机函数说明。完成这一步的方法之一是使用 javah.exe，它是随 SDK 一起提供的本机方法 C 存根生成器工具。这个工具被设计成用来创建头文件，该头文件为在 Java 源代码文件中所找到的每个 native 方法定义 C 风格的函数。这里使用的命令是：

javah Sample1
第四步当谈到编写 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
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_booleanMethod
10. (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) {
11. return !boolean;
12. }
13.
14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod
15. (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_intArrayMethod
24. (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(){}

步骤 5：创建共享库文件第 13 页（共16 页）

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

最后一步是运行 Java 程序，并确保代码正确工作。因为必须在 Java 虚拟机中执行所有 Java 代码，所以需要使用 Java 运行时环境。完成这一步的方法之一是使用 java，它是随 SDK 一起提供的 Java 解释器。所使用的命令是：

java Sample1

当运行 Sample1.class 程序时，应该获得下列结果：

PROMPT>java Sample1
intMethod: 25
booleanMethod: false
stringMethod: JAVA
intArrayMethod: 33

PROMPT>

来自ibm的jni教程
关键字：C++创建Java虚拟机 C函数调用java方法 java调用C\C++函数 JNI机制参数传递

毕业设计到了最后阶段，没想到遇到了技术上的难题。java里调用C函数的方法比较简单，就是JNI机制。但是要在C\C++里面调用java类，觉得这里有一些有关java底层实现即java虚拟机的有趣问题，比较难。现在就把java与C++的相互调用的方法，实现过程详细写下来。

首先，java调用C函数这个过程，《JNI机制》已有讲述，这里不再详述。现在说说参数传递的方法。一个类型的参数在JNI过程中要经过两次映射。比如在java程序里是int类型，JNI里对应就是jint类型，到了C++程序里相应转为本地类型int，如下表。

Java类型本地类型描述
boolean jboolean C/C++8位整型
byte jbyte C/C++带符号的8位整型
char jchar C/C++无符号的16位整型
short jshort C/C++带符号的16位整型
int jint C/C++带符号的32位整型
long jlong C/C++带符号的64位整型e
float jfloat C/C++32位浮点型
double jdouble C/C++64位浮点型
> String jstring 字符串对象
Object[] jobjectArray 任何对象的数组
boolean[] jbooleanArray 布尔型数组
byte[] jbyteArray 比特型数组
char[] jcharArray 字符型数组
short[] jshortArray 短整型数组
int[] jintArray 整型数组
long[] jlongArray 长整型数组
float[] jfloatArray 浮点型数组
double[] jdoubleArray 双浮点型数组
表一 JNI类型映射

此外，我们还可以把数组作为参数进行传递。如函数：
JNIEXPORT void JNICALL Java_pakage_class(JNIEnv *env, jobject, jintArray i){
//class在java中定义为native void class(int[] i);
jint* pi = (env)->GetIntArrayElements(i, 0 );//相当于获取数组首地址
jsize len = (env)->GetArrayLength(i);//获取数组长度
…
(env)->ReleaseIntArrayElements(i, pi, 0 );//用完后释放指针
}

函数 Java数组类型本地类型
GetBooleanArrayElements jbooleanArray jboolean
GetByteArrayElements jbyteArray jbyte
GetCharArrayElements jcharArray jchar
GetShortArrayElements jshortArray jshort
GetIntArrayElements jintArray jint
GetLongArrayElements jlongArray jlong
GetFloatArrayElements jfloatArray jfloat
GetDoubleArrayElements jdoubleArray jdouble
表二 JNI数组存取函数

其次，我们来看看在C++中如何调用访问Java的属性和方法。Java程序必须运行在java虚拟机上。Java程序启动时会加载java虚拟机。在 jdk1.4\jre\bin目录下，大家可以看到client和server两个文件夹，里面都是jvm.dll。它们都是加载虚拟机的库函数。两者有区别，但只是性能上的区别。如果我们自己加载的话，任何一个都可以。

C++中加载虚拟机：
添加设置以下两个include路径， JDK\INCLUDE； JDK\INCLUDE\WIN32

#define JNI_VERSION_1_4 0x00010004
#pragma comment (lib,"jvm.lib")
＃i nclude
＃i nclude
typedef jint (JNICALL *JNICreatePROC)(JavaVM **, void **, void *);
main（）{
JavaVM *jvm;
JNIEnv *env;
JavaVMInitArgs vm_args;
JavaVMOption options[3];
vm_args.version=JNI_VERSION_1_4;
/*设置初始化参数*/
options[0].optionString = "-Djava.compiler=NONE";
/*类路径，相对或绝对，可设多个，分号隔开*/
options[1].optionString = "-Djava.class.path=C:\\dijk\\JNI_Workplace\\MyCap\\MyCap\\Debug;.;..;";
options[2].optionString = " ";
vm_args.nOptions =3;
vm_args.options = options;
vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
//------------------------------加载jvm：
HINSTANCE jvmDll = LoadLibrary(“jdk1.4\\jre\\bin\\server\\jvm.dll”);
if (jvmDll == NULL) printf("加载JVM动态库错误。%l", ::GetLastError());
//查找JNI_CreateJavaVM过程。
JNICreatePROC jvmCreateProc = (JNICreatePROC)GetProcAddress(jvmDll, "JNI_CreateJavaVM");
if (jvmCreateProc == NULL)
{
FreeLibrary(jvmDll);
printf("查找JNI_CreateJavaVM过程错误。%l", ::GetLastError());
}
//创建JVM：

int res = (jvmCreateProc)(&jvm, (void **)&env, &vm_args);
if (res < 0 || jvm == NULL || env == NULL)
{
FreeLibrary(jvmDll);
printf( "创建JVM发生错误。");
}
//---------------------------------------------------------------------------------
j>FindClass(“pakage/class”);//加载启动类
if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE || jcl == NULL)
{
FreeLibrary(jvmDll);
printf("加载启动类失败。");
}
jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(jcl, “methodname” , "([Ljava/lang/String;"V);//此处的参数意义见注解1
if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE || mid == NULL)
{
FreeLibrary(jvmDll);
printf("查找启动方法失败。");
}
//-------------------------调用方法：
env-> CallStaticObjectMethod( jcl, mid); //第3，4…参数就是被调方法的参数
FreeLibrary(jvmDll);
}

注解1：methodname是java方法名，第三个参数可以这样得到：命令行下：
javap –p –s class> 双引号里头的就可以作为相应的参数。

注解2：GetStaticMethodID，CallStaticObjectMethod都是对静态成员而言，非静态成员对应GetMethodID，CallObjectMethod

到此为止，Java与C++的相互调用就实现了。朋友们请想一想，如果java本地方法的C++函数实现中，又调用java的方法，那该怎么办呢？这里面关系好象比较复杂，绕来绕去很容易让人糊涂。先写出源码：
Java程序：

import javax.swing.*;
public > static {
System.loadLibrary("mydll");
}
public native static int get();
public native static void set(int i);//有待c实现的方法
public static void fuction(int i){ // static
System.out.println("I am java fuction "+i);
JFrame j=new JFrame();
j.setVisible(true);
}
public static void main(String[] args)
{
myjava my=new myjava();
my.set(10);
System.out.println(my.get());//调用c实现的方法
my.fuction(1);
}
}

javac生成myjava.class,javah myjava生成myjava.h。myjava.h内容大致如下：
JNIEXPORT jint JNICALL Java_myjava_get
(JNIEnv *, jclass);
JNIEXPORT void JNICALL Java_myjava_set
(JNIEnv *, jclass, jint);

新建动态链接库工程mydll，添加myjava头文件，添加mydll.cpp。mydll.cpp源码如下：

＃i nclude "myjava.h"
int i=0;
JNIEXPORT jint JNICALL Java_myjava_get(JNIEnv *, jclass)
{
return i;
}
JNIEXPORT void JNICALL Java_myjava_set(JNIEnv *env, jclass, jint j)
{
i=j;
//启动类
const char StartClass[] = "myjava";
//启动方法
const char StartMethod[] = "fuction";
j>FindClass(StartClass);
if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE || jcl == NULL) {
printf("加载启动类失败。");
return;
}
//启动方法
jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(jcl, StartMethod , "(I)V");
if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE || mid == NULL) {
printf("查找启动方法失败。");
return ;
}
env-> CallStaticObjectMethod( jcl, mid,9);
return ;
}

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