Android NDK开发三 JNI基础

1 JNI 概念

JNI 全称 Java Native Interface,Java 本地化接口,可以通过 JNI 调用系统提供的 API。操作系统,无论是 Linux,Windows 还是 Mac OS,或者一些汇编语言写的底层硬件驱动都是 C/C++ 写的。因此通过JNI就可以调用这些底层的API。JNI 可以说是 C /C++语言和 Java 语言交流的适配器、中间件,下面我们来看看JNI调用示意图

这里写图片描述

一般在开发中,我们用JNI主要是调用C/C++ 编写的so库,及一般用于java c/c++混合编程

2 JNI 与Android NDK

1.JNI 与 NDK 区别
JNI: JNI是一套编程接口,用来实现Java代码与本地的C/C++代码进行交互;
NDK: NDK是Google开发的一套开发和编译工具集,可以生成动态链接库,主要用于Android的JNI开发;

2.JNI在Android中作用
JNI可以调用本地代码库(即C/C++代码),并通过 Dalvik 虚拟机与应用层和应用框架层进行交互,Android中JNI代码主要位于应用层和应用框架层;

应用层: 该层是由JNI开发,主要使用标准JNI编程模型;
应用框架层: 使用的是Android中自定义的一套JNI编程模型,该自定义的JNI编程模型弥补了标准JNI编程模型的不足;

3 JNI 数据类型

jni.h 头文件是为了让 C/C++ 类型和 Java 原始类型相匹配的头文件
由jni.h 头文件知道,jni.h有很多类型预编译的定义,并且区分了 C 和 C++的不同环境。

#ifdef HAVE_INTTYPES_H
# include <inttypes.h>      /* C99 */
typedef uint8_t         jboolean;       /* unsigned 8 bits */
typedef int8_t          jbyte;          /* signed 8 bits */
typedef uint16_t        jchar;          /* unsigned 16 bits */
typedef int16_t         jshort;         /* signed 16 bits */
typedef int32_t         jint;           /* signed 32 bits */
typedef int64_t         jlong;          /* signed 64 bits */
typedef float           jfloat;         /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double          jdouble;        /* 64-bit IEEE 754 */
#else
typedef unsigned char   jboolean;       /* unsigned 8 bits */
typedef signed char     jbyte;          /* signed 8 bits */
typedef unsigned short  jchar;          /* unsigned 16 bits */
typedef short           jshort;         /* signed 16 bits */
typedef int             jint;           /* signed 32 bits */
typedef long long       jlong;          /* signed 64 bits */
typedef float           jfloat;         /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double          jdouble;        /* 64-bit IEEE 754 */
#endif

/* "cardinal indices and sizes" */
typedef jint            jsize;

#ifdef __cplusplus
/*
 * Reference types, in C++
 */
class _jobject {};
class _jclass : public _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
class _jarray : public _jobject {};
class _jobjectArray : public _jarray {};
class _jbooleanArray : public _jarray {};
//……

typedef _jobject*       jobject;
typedef _jclass*        jclass;
typedef _jstring*       jstring;
typedef _jarray*        jarray;
typedef _jobjectArray*  jobjectArray;
typedef _jbooleanArray* jbooleanArray;
//……

#else /* not __cplusplus */

/*
 * Reference types, in C.
 */
typedef void*           jobject;
typedef jobject         jclass;
typedef jobject         jstring;
typedef jobject         jarray;
typedef jarray          jobjectArray;
typedef jarray          jbooleanArray;
//……

#endif

当是C++环境时,jobject, jclass, jstring, jarray 等都是继承自_jobject类,而在 C 语言环境是,则它的本质都是空类型指针typedef void* jobject;

1 基本数据类型

下图是Java基本数据类型和本地类型的映射关系,这些基本数据类型都是可以直接在 Native 层直接使用
这里写图片描述

2 引用数据类型
这里写图片描述

需要注意的是,在native层我们无法直接使用java对象,需要进行转化
1)引用类型不能直接在 Native 层使用,需要根据 JNI 函数进行类型的转化后,才能使用;一般转化为Jobject 或者jclass
2)多维数组(含二维数组)都是引用类型,需要使用 jobjectArray 类型存取其值;
例如,二维整型数组就是指向一位数组的数组,其声明使用方式如下:

    //获得一维数组的类引用,即jintArray类型  
    jclass intArrayClass = env->FindClass("[I");   
    //构造一个指向jintArray类一维数组的对象数组,该对象数组初始大小为length,类型为 jsize
    jobjectArray obejctIntArray  =  env->NewObjectArray(length ,intArrayClass , NULL);

3 方法和变量 ID
在native层时,我们队java中的变量及方法也是无法直接使用的。当 Native 层需要调用 Java 的某个方法时,需要通过 JNI 函数获取它的 ID,根据 ID 调用 JNI 函数获取该方法;变量的获取也是类似。ID 的结构体如下:

struct _jfieldID;                       /* opaque structure */
typedef struct _jfieldID* jfieldID;     /* field IDs */

struct _jmethodID;                      /* opaque structure */
typedef struct _jmethodID* jmethodID;   /* method IDs */

在使用java对象的变量或者方法时,一般有以下两步
1. 获取变量或者方法的id jfieldID或者jmethodID

  jfieldID    (*GetFieldID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
  jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);

2 根据id调用java对象的变量或者方法

4 JNI 描述符

1域描述符
基本类型描述符:
下面是基本的数据类型的描述符,除了 boolean 和 long 类型分别是 Z 和 J 外,其他的描述符对应的都是Java类型名的大写首字母。另外,void 的描述符为 V
这里写图片描述

引用类型描述符
一般引用类型描述符的规则如下,注意不要丢 ;

L + 类描述符 + ;

String 类型的域描述符为:

Ljava/lang/String;

数组的域描述符特殊一点,如下,其中有多少级数组就有多少个“[”,数组的类型为类时,则有分号”;”,为基本类型时没有分号”;”

[ + 其类型的域描述符

下面举一些常见的类型的例子,例如:

int[]    描述符为 [I
double[] 描述符为 [D
String[] 描述符为 [Ljava/lang/String;
Object[] 描述符为 [Ljava/lang/Object;
int[][]  描述符为 [[I
double[][] 描述符为 [[D

2 类描述符
类描述符是类的完整名称:包名+类名,java 中包名用 . 分割,jni 中改为用 / 分割
如,Java 中 java.lang.String 类的描述符为 java/lang/String
例:native 层获取 Java 的类对象,需要通过 FindClass() 函数获取, jni.h 的函数定义如下

//C
jclass  (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
//C++
jclass FindClass(const char* name)
    { return functions->FindClass(this, name); }

字符串参数就是类的引用类型描述符,如 Java 对象 cn.cfanr.jni.JniTest,对应字符串为Lcn/cfanr/jni/JniTest; 如下:

jclass jclazz = env->FindClass("Lcn/cfanr/jni/JniTest;");

3 方法描述符
方法描述符需要将所有参数类型的域描述符按照声明顺序放入括号,然后再加上返回值类型的域描述符,其中没有参数时,不需要括号,如下规则:

(参数……)返回类型
Java 层方法   ——>  JNI 函数签名
String getString()  ——>  Ljava/lang/String;
int sum(int a, int b)  ——>  (II)I
void main(String[] args) ——> ([Ljava/lang/String;)V

另外,对应在 jni.h 获取 Java 方法的 native 函数如下,其中 jclass 是获取到的类对象,name 是 Java 对应的方法名字,sig 就是上面说的方法描述符

//C
jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
//C++
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
    { return functions->GetMethodID(this, clazz, name, sig); }

不过在实际编程中,如果使用 javah 工具来生成对应的 native 代码,就不需要手动编写对应的类型转换了。

有关JNI的基础就介绍到这里了,下一篇将介绍JNI的高级知识,例如 JNIEnv,JNI中方法注册的方式,JNI调用java对象变量及方法

参考:
http://www.jianshu.com/p/ac00d59993aa
JNI开发系列①JNI概念及开发流程 - 简书
JNI 数据类型映射、域描述符说明 - qinjuning - CSDN博客
Android JNI 之 JNIEnv 解析 - 韩曙亮 - CSDN博客
Android 开发 之 JNI入门 - NDK从入门到精通 -韩曙亮 - CSDN博客
JNI 两种注册过程实战 - Android - 掘金
Andoid NDK编程 注册native函数 // Coding Life

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