如何在C/C++中调用Java
2008-09-14 17:02
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如何在C/C++中调用Java | 作者: 来源: 阅读 1971 人次 , 2006-5-10 10:59:00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[align=left] [/align] Java跨平台的特性使Java越来越受开发人员的欢迎,但也往往会听到不少的抱怨:用Java开发的图形用户窗口界面每次在启动的时候都会跳出一个控制台窗口,这个控制台窗口让本来非常棒的界面失色不少。 怎么能够让通过Java开发的GUI程序不弹出Java的控制台窗口呢?其实现在很多流行的开发环境例如JBuilder、Eclipse都是使用纯Java开发的集成环境。这些集成环境启动的时候并不会打开一个命令窗口,因为它使用了JNI(Java Native Interface)的技术。通过这种技术,开发人员不一定要用命令行来启动Java程序,可以通过编写一个本地GUI程序直接启动Java程序,这样就可避免另外打开一个命令窗口,让开发的Java程序更加专业。 JNI允许运行在虚拟机的Java程序能够与其它语言(例如C和C++)编写的程序或者类库进行相互间的调用。同时JNI提供的一整套的API,允许将Java虚拟机直接嵌入到本地的应用程序中。图1是Sun站点上对JNI的基本结构的描述。 图1 JNI基本结构描述图 本文将介绍如何在C/C++中调用Java方法,并结合可能涉及到的问题介绍整个开发的步骤及可能遇到的难题和解决方法。本文所采用的工具是Sun公司创建的 Java Development Kit (JDK) 版本 1.3.1,以及微软公司的Visual C++ 6开发环境。 环境搭建 为了让本文以下部分的代码能够正常工作,我们必须建立一个完整的开发环境。首先需要下载并安装JDK 1.3.1,其下载地址为“http://java.sun.com”。假设安装路径为C:/JDK。下一步就是设置集成开发环境,通过Visual C++ 6的菜单Tools→Options打开选项对话框如图2。 图2 设置集成开发环境图 将目录C:/JDK/include和C:/JDK/include/win32加入到开发环境的Include Files目录中,同时将C:/JDK/lib目录添加到开发环境的Library Files目录中。这三个目录是JNI定义的一些常量、结构及方法的头文件和库文件。集成开发环境已经设置完毕,同时为了执行程序需要把Java虚拟机所用到的动态链接库所在的目录C:/JDK /jre/bin/classic设置到系统的Path环境变量中。这里需要提出的是,某些开发人员为了方便直接将JRE所用到的DLL文件直接拷贝到系统目录下。这样做是不行的,将导致初始化Java虚拟机环境失败(返回值-1),原因是Java虚拟机是以相对路径来寻找所用到的库文件和其它一些相关文件的。至此整个JNI的开发环境设置完毕,为了让此次JNI旅程能够顺利进行,还必须先准备一个Java类。在这个类中将用到Java中几乎所有有代表性的属性及方法,如静态方法与属性、数组、异常抛出与捕捉等。我们定义的Java程序(Demo.java)如下,本文中所有的代码演示都将基于该Java程序,代码如下:
本地代码在调用Java方法之前必须先加载Java虚拟机,而后所有的Java程序都在虚拟机中执行。为了初始化Java虚拟机,JNI提供了一系列的接口函数Invocation API。通过这些API可以很方便地将虚拟机加载到内存中。创建虚拟机可以用函数 jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **pvm, void **penv, void *args)。对于这个函数有一点需要注意的是,在JDK 1.1中第三个参数总是指向一个结构JDK1_ 1InitArgs, 这个结构无法完全在所有版本的虚拟机中进行无缝移植。在JDK 1.2中已经使用了一个标准的初始化结构JavaVMInitArgs来替代JDK1_1InitArgs。下面我们分别给出两种不同版本的示例代码。 在JDK 1.1初始化虚拟机:
访问类方法 初始化了Java虚拟机后,就可以开始调用Java的方法。要调用一个Java对象的方法必须经过几个步骤: 1.获取指定对象的类定义(jclass) 有两种途径来获取对象的类定义:第一种是在已知类名的情况下使用FindClass来查找对应的类。但是要注意类名并不同于平时写的Java代码,例如要得到类jni.test.Demo的定义必须调用如下代码:
我们先来看看JNI中获取方法定义的函数:
打开命令行窗口并运行 javap -s -p jni.test.Demo 得到运行结果如下:
为了调用对象的某个方法,可以使用函数CallMethod或者CallStaticMethod(访问类的静态方法),根据不同的返回类型而定。这些方法都是使用可变参数的定义,如果访问某个方法需要参数时,只需要把所有参数按照顺序填写到方法中就可以。在讲到构造函数的访问时,将演示如何访问带参数的构造函数。 访问类属性 访问类的属性与访问类的方法大体上是一致的,只不过是把方法变成属性而已。 1.获取指定对象的类(jclass) 这一步与访问类方法的第一步完全相同,具体使用参看访问类方法的第一步。 2.读取类属性的定义(jfieldID) 在JNI中是这样定义获取类属性的方法的:
3.读取和设置属性值 有了属性的定义要访问属性值就很容易了。有几个方法用来读取和设置类的属性,它们是:GetField、SetField、GetStaticField、SetStaticField。比如读取Demo类的msg属性就可以用GetObjectField,而访问COUNT用GetStaticIntField,相关代码如下:
很多人刚刚接触JNI的时候往往会在这一节遇到问题,查遍了整个jni.h看到这样一个函数NewObject,它应该是可以用来访问类的构造函数。但是该函数需要提供构造函数的方法定义,其类型是jmethodID。从前面的内容我们知道要获取方法的定义首先要知道方法的名称,但是构造函数的名称怎么来填写呢?其实访问构造函数与访问一个普通的类方法大体上是一样的,惟一不同的只是方法名称不同及方法调用时不同而已。访问类的构造函数时方法名必须填写“”。下面的代码演示如何构造一个Demo类的实例:
创建一个新数组 要创建一个数组,我们首先应该知道数组元素的类型及数组长度。JNI定义了一批数组的类型jArray及数组操作的函数NewArray,其中就是数组中元素的类型。例如,要创建一个大小为10并且每个位置值分别为1-10的整数数组,编写代码如下:
访问数组首先应该知道数组的长度及元素的类型。现在我们把创建的数组中的每个元素值打印出来,代码如下:
中文字符的处理往往是让人比较头疼的事情,特别是使用Java语言开发的软件,在JNI这个问题更加突出。由于Java中所有的字符都是Unicode编码,但是在本地方法中,例如用VC编写的程序,如果没有特殊的定义一般都没有使用Unicode的编码方式。为了让本地方法能够访问Java中定义的中文字符及Java访问本地方法产生的中文字符串,我定义了两个方法用来做相互转换。 · 方法一,将Java中文字符串转为本地字符串
由于调用了Java的方法,因此难免产生操作的异常信息。这些异常没有办法通过C++本身的异常处理机制来捕捉到,但JNI可以通过一些函数来获取Java中抛出的异常信息。之前我们在Demo类中定义了一个方法throwExcp,下面将访问该方法并捕捉其抛出来的异常信息,代码如下:
有些时候需要使用多线程的方式来访问Java的方法。我们知道一个Java虚拟机是非常消耗系统的内存资源,差不多每个虚拟机需要内存大约在20MB左右。为了节省资源要求每个线程使用的是同一个虚拟机,这样在整个的JNI程序中只需要初始化一个虚拟机就可以了。所有人都是这样想的,但是一旦子线程访问主线程创建的虚拟机环境变量,系统就会出现错误对话框,然后整个程序终止。 其实这里面涉及到两个概念,它们分别是虚拟机(JavaVM *jvm)和虚拟机环境(JNIEnv *env)。真正消耗大量系统资源的是jvm而不是env,jvm是允许多个线程访问的,但是env只能被创建它本身的线程所访问,而且每个线程必须创建自己的虚拟机环境env。这时候会有人提出疑问,主线程在初始化虚拟机的时候就创建了虚拟机环境env。为了让子线程能够创建自己的env,JNI提供了两个函数:AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。下面代码就是子线程访问Java方法的框架:
关于时间的话题是我在实际开发中遇到的一个问题。当要发布使用了JNI的程序时,并不一定要求客户要安装一个Java运行环境,因为可以在安装程序中打包这个运行环境。为了让打包程序利于下载,这个包要比较小,因此要去除JRE(Java运行环境)中一些不必要的文件。但是如果程序中用到Java中的日历类型,例如java.util.Calendar等,那么有个文件一定不能去掉,这个文件就是[JRE]/lib/tzmappings。它是一个时区映射文件,一旦没有该文件就会发现时间操作上经常出现与正确时间相差几个小时的情况。下面是打包JRE中必不可少的文件列表(以Windows环境为例),其中[JRE]为运行环境的目录,同时这些文件之间的相对路径不能变。
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