IntelliJ IDEA 平台下 JNI 编程(四)—本地 C 代码访问 JAVA 对象

本文主要针对C代码中访问JVM中对象的普通变量、静态属性、普通函数、静态函数进行举例讲解,通过本文的学习将进一步理解JNIEnv在本地代码和Java之间的重要性。有了前面几篇文章的基础,学习起本文来将更容易。好了,接下来往下学习吧~。

1. 访问实例对象的属性

下面实现一个简单的功能:在本地C代码中,修改Java类实例的属性值。首先在Java类中定义2个简单的属性,代码如下:

package com.huachao.java;

/**
 * Created by HuaChao on 2017/03/22.
 */
public class HelloJNI { 
    private int number = 88;
    private String message = "Hello from Java";


    static {
        System.loadLibrary("HelloJNI");
    }

    private native void modifyField();

    public static void main(String[] args) {
        HelloJNI obj = new HelloJNI();
        obj.modifyField();
        System.out.println("Java类中,number的值为:" + obj.number);
        System.out.println("Java类中,message属性为:" + obj.message);
    }

}

上面代码很简单,就是定义了一个本地函数modifyField(),还有两个属性number和message。接下来,生成c代码的头文件后,c代码对应的函数代码如下:

#include<jni.h>
#include <stdio.h>
#include "com_huachao_java_HelloJNI.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_modifyField
  (JNIEnv * env,jobject thisObj){
       //获取实例对象类的引用
       jclass thisClass = (*env)->GetObjectClass(env, thisObj);

       // 获取实例对象的nunber对应的属性ID,int类型
       jfieldID fidNumber = (*env)->GetFieldID(env, thisClass, "number", "I");
       if (NULL == fidNumber) return;

       //获取实例对象中对应的属性的值
       jint number = (*env)->GetIntField(env, thisObj, fidNumber);
       printf("在C代码中,number属性值为:%d\n", number);

       // 修改number的值
       number = 99;
       (*env)->SetIntField(env, thisObj, fidNumber, number);

       // 同理,获取类对象中的message的属性ID
       jfieldID fidMessage = (*env)->GetFieldID(env, thisClass, "message", "Ljava/lang/String;");
       if (NULL == fidMessage) return;

       // 获取给定属性ID的属性对象
       jstring message = (*env)->GetObjectField(env, thisObj, fidMessage);

       // 创建C语言中的字符串
       const char *cStr = (*env)->GetStringUTFChars(env, message, NULL);
       if (NULL == cStr) return;

       printf("在C代码中, 字符串message为:%s\n", cStr);
       (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, message, cStr);

       // 创建新的C字符串,并赋值给实例对象的属性
       message = (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from C");
       if (NULL == message) return;

       // 修改实例对象的属性值
       (*env)->SetObjectField(env, thisObj, fidMessage, message);
 }

编译为dll文件后,运行结果如下:

Java类中,number的值为:99
Java类中,message属性为:Hello from C
在C代码中,number属性值为:88
在C代码中, 字符串message为:Hello from Java

看到运行结果觉得挺奇怪,因为先调用modifyField函数,在打印结果中先打印了Java中的代码后打印C中的代码。现在我也还不清楚具体原因,但从结果上看,是先执行本地代码的。因此打印的先后顺序暂时可不管他,我目前认为是c的输出流和Java的输出流在输出到IntelliJ的控制台时合并的先后顺序造成的吧,如果有小伙伴知道原因,可以在评论中指出。

下面对代码进行解释,访问实例对象的属性可分为如下步骤:

  1. 首先是通过 jobject 指代的实例对象获取实例对象在Java虚拟机中对应的 Class 对象,即对应于 jclass 类型。这一步通过调用 JNIEnv 对象的 jclass GetObjectClass(JNIEnv *env, jobject obj); 函数来完成。
  2. 接下来,获取用于标识属性的ID对象,即 jfieldID 类型对象。通过调用 JNIEnvjfieldID GetFieldID(JNIEnv *env, jclass cls, const char *name, const char *sig); 函数实现。GetFieldID函数前两个参数不用解释,第三个参数是表示Java类中属性的名称,第四个参数表示属性的描述符。关于描述符在 《IntelliJ IDEA平台下JNI编程(二)—类型映射》 已经做过介绍,不清楚的可以回去查阅。
  3. 接下来是根据属性的ID获取属性的值,通过调用 JNIEnvNativeType Get<type>Field(JNIEnv *env, jobject obj, jfieldID fieldID); 来实现。此时可获取Java实例对象的的属性。
  4. 如果需要对实例对象的属性进行修改,调用 JNIEnvvoid Set<type>Field(JNIEnv *env, jobject obj, jfieldID fieldID, NativeType value); 实现。

可以看到,在C代码中访问Java实例对象的属性与Java中通过反射的方法访问非常类似。只是这里用到了ID的方式来进行访问,而不是Java反射中的Field对象来访问。这主要是在跨越两种语言相互访问内存时,通过唯一标识码来间接访问效率更高也更简单。

2. 访问类的静态变量

因为静态变量是属于类对象,即Class对象。因此在访问静态变量时,c代码获取到对应的jclass对象后,即可访问。下面通过一个简单例子说明,首先在HelloJNI.java类中添加一个静态变量。

private static double price = 55.66;

在c代码的 Java_com_huachao_java_HelloJNI_modifyField 中,代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_modifyField
  (JNIEnv * env,jobject thisObj){

     // 获取实例对象类的引用
       jclass thisClass = (*env)->GetObjectClass(env, thisObj);

      // 获取静态变量,并修改静态变量的值
      jfieldID fidNumber = (*env)->GetStaticFieldID(env, thisClass, "price", "D");
      if (NULL == fidNumber) return;
      jdouble number = (*env)->GetStaticDoubleField(env, thisClass, fidNumber);
      printf("In C, the double is %f\n", number);
      number = 77.88;
      (*env)->SetStaticDoubleField(env, thisClass, fidNumber, number);
 }

运行结果如下:

Java类中,price的值为:77.88
In C, the double is 55.660000

静态变量的访问过程跟实例变量类似,只是对应的函数多了static部分,这里不再继续解释。

3. 调用Java的对象方法和静态方法

调用Java的函数过程与访问Java属性过程一致,有了前面的经验后,学习起调用函数来更容易了。下面同样通过一个简单例子来学习。首先在Java类中,定义3个具有代表性的函数:有返回值的对象方法、无返回值的对象方法,以及有返回值的静态方法。

package com.huachao.java;

/**
 * Created by HuaChao on 2017/03/22.
 */
public class HelloJNI {


    static {
        System.loadLibrary("HelloJNI");
    }

    private native void nativeMethod();

    private int sum(int n1, int n2) {
        return n1 + n2;
    }

    private static double avg(int n1, int n2) {
        return (double) ((n1 + n2) * 1.0f / 2);
    }

    private void display() {
        System.out.println("invoke display()");

    }

    public static void main(String[] args) {
        HelloJNI obj = new HelloJNI();
        obj.nativeMethod();
    }

}

在c代码中,同样是获取方法的id后,再调用方法。

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_nativeMethod
  (JNIEnv * env,jobject thisObj){

     // 获取实例对象类的引用
     jclass thisClass = (*env)->GetObjectClass(env, thisObj);
     //获取方法ID,注意普通函数和静态函数的获取区别
     jmethodID sumId = (*env)->GetMethodID(env, thisClass, "sum", "(II)I");
     jmethodID avgId = (*env)->GetStaticMethodID(env, thisClass, "avg", "(II)D");
     jmethodID displayId = (*env)->GetMethodID(env, thisClass, "display", "()V");

     if (NULL == sumId) return;
     if (NULL == avgId) return;
     if (NULL == displayId) return;

    //调用方法,注意调用静态方程和普通方法的区别
     (*env)->CallVoidMethod(env, thisObj, displayId);
     double avgRs=(*env)->CallStaticDoubleMethod(env,thisClass,avgId,1,3);
     printf("avg(1,3)=%f\n",avgRs);
     int sumRs=(*env)->CallIntMethod(env,thisObj,sumId,1,3);
     printf("sum(1,3)=%d\n",sumRs);
 }

运行结果如下:

invoke display()
avg(1,3)=2.000000
sum(1,3)=4

代码中解释很清楚了,这里就不再解释。

4. 调用父类中被覆盖的方法

构造一个简单的继承关系:

package com.huachao.java;

/**
 * Created by HuaChao on 2017/03/22.
 */
class Parent {
    protected void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Parent");
    }
}

public class HelloJNI {


    static {
        System.loadLibrary("HelloJNI");
    }

    private void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Child");
    }

    private native void nativeMethod();

    public static void main(String[] args) {
        HelloJNI obj = new HelloJNI();
        obj.nativeMethod();
    }

}

在c代码中,通过子类的实例调用父类的被覆盖的函数方法如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_nativeMethod
  (JNIEnv * env,jobject thisObj){

     // 在JVM中查找指定的Class对象
     jclass parentClass=(*env)->FindClass( env,"com/huachao/java/Parent");
     jmethodID sayHelloId = (*env)->GetMethodID(env, parentClass, "sayHello", "()V");
     if (NULL == sayHelloId) return;

     (*env)->CallNonvirtualVoidMethod(env, thisObj, parentClass,sayHelloId);

 }

运行结果如下:

Hello in Parent

注意GetMethodID函数,因为传入的是 com/huachao/java/Parent 对应的Class对象,因此返回的ID是指 com/huachao/java/Parent 类中的 sayHello 函数。调用父类的函数通过 CallNonvirtual<TYPE>Method 来实现。 CallNonvirtual<TYPE>Method 函数有如下几种原型:

NativeType CallNonvirtual<type>Method(JNIEnv *env, jobject obj, jclass cls, jmethodID methodID, ...);
NativeType CallNonvirtual<type>MethodA(JNIEnv *env, jobject obj, jclass cls, jmethodID methodID, const jvalue *args);
NativeType CallNonvirtual<type>MethodV(JNIEnv *env, jobject obj, jclass cls, jmethodID methodID, va_list args);

学到这里会发现,c代码中要想访问JVM中对象,必须通过 JNIEnv 提供的函数来间接完成。这也进一步加深了对 JNIEnv 的了解。

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