Android NDK开发之旅10--JNI--JNI数据类型与方法属性访问

JNI数据类型

基本数据

Java基本数据类型与JNI数据类型的映射关系

Java类型->JNI类型->C类型

JNI的基本数据类型有(左边是Java,右边是JNI):

boolean             jboolean
byte                jbyte
char                jchar
short               jshort
int                 jint
long                jlong
float               jfloat
double              jdouble
void                void

引用类型(对象)

String              jstring
Object              jobject

数组,基本数据类型的数组
byte[]              jByteArray
对象数组
object[](String[])  jobjectArray

native函数参数说明

每个native函数,都至少有两个参数(JNIEnv*,jclass或者jobject)。

1)当native方法为静态方法时:
jclass 代表native方法所属类的class对象(JniTest.class)。

2)当native方法为非静态方法时:
jobject 代表native方法所属的对象。

native函数的头文件可以自己写。

关于属性与方法的签名

一、属性的签名

属性的签名其实就是属性的类型的简称,对应关系如下:

Java属性的签名.png

尤其注意的是,类的签名格式就是:

L完整包名;

其中完整包名用 / 代替.

末尾的 ; 不能省略

数组的签名就是:

[类型签名

其中,多为数组就用多个[

二、方法的签名

获取方法的签名比较麻烦一些,通过下面的方法也可以拿到属性的签名。

打开命令行,输入javap,出现以下信息:

javap命令.png

上述信息告诉我们,通过以下命令就可以拿到指定类的所有属性、方法的签名了,很方便有木有?!

javap -s -p 完整类名

我们通过cd命令,来到Java工程的bin目录,然后输入命令:

D:\WebPrj\TestJni\bin>javap -s -p com.test.JniTest
Compiled from "JniTest.java"
public class com.test.JniTest {
  public java.lang.String str;
    descriptor: Ljava/lang/String;
  public static int NUM;
    descriptor: I
  static {};
    descriptor: ()V

  public com.test.JniTest();
    descriptor: ()V

  public static native java.lang.String getStringFromC();
    descriptor: ()Ljava/lang/String;

  public native void accessField();
    descriptor: ()V

  public native void accessStaticField();
    descriptor: ()V

  public int genRandomInt(int);
    descriptor: (I)I

  public native void accessMethod();
    descriptor: ()V

  public native void accessStaticMethod();
    descriptor: ()V

  public static java.lang.String getUUID();
    descriptor: ()Ljava/lang/String;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
}

其中,descriptor就是我们需要的签名了,注意签名中末尾的分号不能省略。

方法签名的规律就是,括号不可以省略:

(参数类型签名)返回值类型签名

C/C++访问Java的属性、方法

有以下几种情况:

  1. 访问Java类的非静态属性。
  2. 访问Java类的静态属性。
  3. 访问Java类的非静态方法。
  4. 访问Java类的静态方法。
  5. 间接访问Java类的父类的方法。
  6. 访问Java类的构造方法。

一、访问Java的非静态属性

Java方法中,通过调用accessField,利用C修改静态属性

public String str = "Li lu";

//访问非静态属性str,修改它的值
public native void accessField();

C代码如下:(头文件可以不写,直接写实现)

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_accessField
(JNIEnv * env, jobject jobj){

    //通过对象拿到Class
    jclass clz = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
    //拿到对应属性的ID
    jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, clz, "str", "Ljava/lang/String;");
    //通过属性ID拿到属性的值
    jstring jstr = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);

    //通过Java字符串拿到C字符串,第三个参数是一个出参,用来告诉我们GetStringUTFChars内部是否复制了一份字符串
    //如果没有复制,那么出参为isCopy,这时候就不能修改字符串的值了,因为Java中常量池中的字符串是不允许修改的(但是jstr可以指向另外一个字符串)
    char* cstr = (*env)->GetStringUTFChars(env, jstr, NULL);
    //在C层修改这个属性的值
    char res[20] = "I love you : ";
    strcat(res, cstr);

    //重新生成Java的字符串,并且设置给对应的属性
    jstring jstr_new = (*env)->NewStringUTF(env, res);
    (*env)->SetObjectField(env, jobj, fid, jstr_new);

    //最后释放资源,通知垃圾回收器来回收
    //良好的习惯就是,每次GetStringUTFChars,结束的时候都有一个ReleaseStringUTFChars与之呼应
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstr, cstr);
}

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {

    JniTest test = new JniTest();
    System.out.println(test.str);
    //修改非静态属性str
    test.accessField();
    System.out.println(test.str);
    
}

二、访问Java的静态属性

Java代码如下:

//访问静态属性NUM,修改它的值
public static int NUM = 1;

public native void accessStaticField();

C代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_accessStaticField
(JNIEnv * env, jobject jobj){
    //与上面类似,只不过是某些方法需要加上Static
    jclass clz = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
    jfieldID fid = (*env)->GetStaticFieldID(env, clz, "NUM", "I");
    jint jInt = (*env)->GetStaticIntField(env, clz, fid);
    jInt++;
    (*env)->SetStaticIntField(env, clz, fid, jInt);
}

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {
    
    JniTest test = new JniTest();
    System.out.println(NUM);
    test.accessStaticField();
    System.out.println(NUM);

}

三、访问Java的非静态方法

Java代码如下,通过调用accessMethod,在底层用C语言调用genRandomInt方法

//产生指定范围的随机数
public int genRandomInt(int max){
    System.out.println("genRandomInt 执行了...max = "+ max);
    return new Random().nextInt(max); 
}

public native void accessMethod();

C代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_accessMethod
(JNIEnv * env, jobject jobj){
    jclass clz = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
    //拿到方法的ID,最后一个参数是方法的签名
    jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, clz, "genRandomInt", "(I)I");
    //调用该方法,最后一个是可变参数,就是调用该方法所传入的参数
    //套路是如果返回是:Call返回类型Method
    jint jInt = (*env)->CallIntMethod(env, jobj, mid, 100);
    printf("output from C : %d", jInt);
}

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {
    
    JniTest test = new JniTest();
    test.accessMethod();

}

四、访问Java的静态方法

Java代码如下,通过调用accessStaticMethod,在底层用C语言调用getUUID方法

public native void accessStaticMethod();

//产生UUID字符串
public static String getUUID(){
    System.out.println("getUUID 执行了...");
    return UUID.randomUUID().toString();
}

C代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_accessStaticMethod
(JNIEnv * env, jobject jobj){
    jclass clz = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
    jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, clz, "getUUID", "()Ljava/lang/String;");

    //调用java的静态方法,拿到返回值
    jstring jstr = (*env)->CallStaticObjectMethod(env, clz, mid);

    //把拿到的Java字符串转换为C的字符串
    char* cstr= (*env)->GetStringUTFChars(env, jstr, NULL);

    //后续操作,产生以UUID为文件名的文件
    char fielName[100];
    sprintf(fielName, "D:\\%s.txt", cstr);
    FILE* f = fopen(fielName, "w");
    fputs(cstr, f);
    fclose(f);

    printf("output from C : File had saved", jstr);
}

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {

    JniTest test = new JniTest();
    test.accessStaticMethod();

}

五、间接访问Java类的父类的方法

Java代码如下:

父类:

package com.test;

public class Human {
    protected void speek() {
        System.out.println("Human Speek");
    }   
}

子类:

package com.test;

public class Man extends Human {
    @Override
    protected void speek() {
        // 可以通过super关键字来访问父类的方法
        // super.speek();
        System.out.println("Man Speek");
    }
}

在TestJni类中有Human属性:

//父类的引用指向子类的对象
Human man= new Man();

public native void accessNonvirtualMethod();

如果是直接使用man.speek()的话,访问的是子类Man的方法
但是通过底层C的方式可以间接访问到父类Human的方法,跳过子类的实现,甚至你可以直接哪个父类(如果父类有多个的话),这是Java做不到的。

下面是C代码实现,无非就是属性和方法的访问:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_accessNonvirtualMethod
(JNIEnv * env, jobject jobj){
    //先拿到属性man
    jclass clz=(*env)->GetObjectClass(env, jobj);
    jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, clz, "man", "Lcom/test/Human;");
    jobject man = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);

    //拿到父类的类,以及speek的方法id
    jclass clz_human = (*env)->FindClass(env, "com/test/Human");
    jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, clz_human, "speek", "()V");

    //调用自己的speek实现
    (*env)->CallVoidMethod(env, man, mid);
    //调用父类的speek实现
    (*env)->CallNonvirtualVoidMethod(env, man, clz_human, mid);
}
  1. 当有这个类的对象的时候,使用(*env)->GetObjectClass(),相当于Java中的test.getClass()
  2. 当有没有这个类的对象的时候,(*env)->FindClass(),相当于Java中的Class.forName("com.test.TestJni")

这里直接使用CallVoidMethod,虽然传进去的是父类的Method ID,但是访问的让然是子类的实现。

最后,通过CallNonvirtualVoidMethod,访问不覆盖的父类方法(C++使用virtual关键字来覆盖父类的实现),当然你也可以指定哪个父类(如果有多个父类的话)。

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {

    JniTest test = new JniTest();
    //这时候是调用子类Man的方法
    test.man.speek();
    //但是通过JNI的方式,可以访问到父类的speek方法
    test.accessNonvirtualMethod();

}

六、访问Java类的构造方法

Java代码如下,通过调用accessConstructor,在底层用C语言调用java.util.Date产生一个当前的时间戳,并且返回。

//调用Date的构造函数
public native long accessConstructor();

C代码如下:

JNIEXPORT jlong JNICALL Java_com_test_JniTest_accessConstructor
(JNIEnv * env, jobject jobj){

    jclass clz_date = (*env)->FindClass(env, "java/util/Date");
    //构造方法的函数名的格式是:<init>
    //不能写类名,因为构造方法函数名都一样区分不了,只能通过参数列表(签名)区分
    jmethodID mid_Date = (*env)->GetMethodID(env, clz_date, "<init>", "()V");;

    //调用构造函数
    jobject date = (*env)->NewObject(env, clz_date, mid_Date);

    //注意签名,返回值long的属性签名是J
    jmethodID mid_getTime= (*env)->GetMethodID(env, clz_date, "getTime", "()J");
    //调用getTime方法
    jlong jtime = (*env)->CallLongMethod(env, date, mid_getTime);

    return jtime;
}

最后在Java中测试:

public static void main(String[] args) {

    JniTest test = new JniTest();
    //直接在Java中构造Date然后调用getTime
    Date date = new Date();
    System.out.println(date.getTime());
    //通过C语音构造Date然后调用getTime
    long time = test.accessConstructor();
    System.out.println(time);

}

总结

属性、方法的访问的使用是和Java的反射API类似的。

综合进阶案例——JNI返回中文乱码问题

测试乱码问题:

public native void testChineseIn(String chinese);//传进去
public native String testChineseOut();//取出来会乱码

public static void main(String[] args) {

    //传中文进去,然后转为C字符串,直接在C层输出是没有问题的
    JniTest test = new JniTest();
    test.testChineseIn("我爱你");
    //C层将C字符串转换为JavaString然后输出,就会乱码
    System.out.println(test.testChineseOut());

}

C代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_JniTest_testChineseIn
(JNIEnv * env, jobject jobj, jstring chinese){

    char* c_chinese = (*env)->GetStringUTFChars(env, chinese, NULL);
    printf("%s", c_chinese);
}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_JniTest_testChineseOut
(JNIEnv * env, jobject jobj){

    char* c_str = "我爱你";
    jstring j_str = (*env)->NewStringUTF(env, c_str);
    return j_str;
}

结果输出,其中第一条是C返回的乱码,第二条是传进去在C层打印的结果:

ÎҰ®Ä
我爱你
可以看到C执行的速度要比Java快。
原因分析,调用NewStringUTF的时候,产生的是UTF-16的字符串,但是我们需要的时候UTF-8字符串。

解决办法,通过Java的String类的构造方法来进行字符集变换。

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_JniTest_testChineseOut
(JNIEnv * env, jobject jobj){

    //需要返回的字符串
    char* c_str = "我爱你";
    //jstring j_str = (*env)->NewStringUTF(env, c_str);

    //通过调用构造方法String string = new String(byte[], charsetName);来解决乱码问题

    //0.找到String类
    jclass clz_String =  (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
    jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, clz_String, "<init>", "([BLjava/lang/String;)V");

    //准备new String的参数:byte数组以及字符集
    //1.创建字节数组,并且将C的字符串拷贝进去
    jbyteArray j_byteArray = (*env)->NewByteArray(env, strlen(c_str));
    (*env)->SetByteArrayRegion(env, j_byteArray, 0, strlen(c_str), c_str);
    //2.创建字符集的参数,这里用Windows的more字符集GB2312
    jstring charsetName = (*env)->NewStringUTF(env, "GB2312");

    //调用
    jstring j_new_str = (*env)->NewObject(env, clz_String, mid, j_byteArray, charsetName);
    return j_new_str;

}

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