从Java调用C函数

在Java中调用C函数是一个很常见的需求，尤其是在需要实现高性能的部分时。在本文中，我们将介绍如何使用Java Native Interface（JNI）从Java中调用C函数。

JNI简介

JNI是Java平台的一部分，它允许Java代码调用本地（非Java）应用程序。它提供了一组C库和Java接口，使得Java应用程序能够与本地（非Java）代码进行交互。JNI提供了一个唯一的接口，使得Java代码和C代码之间的交互变得容易。

步骤

从Java中调用C函数需要以下步骤：

1. 定义C函数
2. 编写包含C函数声明的头文件
3. 实现C函数
4. 创建一个本地库
5. 获取并加载本地库
6. 编写Java类来使用本地库

定义C函数

我们将从简单的例子开始：实现一个C函数，返回两个整数的和。

下面是函数的C实现：

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_MyClass_add(JNIEnv *env, jobject obj, jint a, jint b)
{
    return a + b;
}

这个函数的声明包含以下几个部分：

• JNIEXPORT: JNI函数的可见性声明符。它告诉编译器，该函数是从本地代码中导出的，可以在Java代码中访问。
• jint: 声明要返回的Java数据类型。在这个例子中，我们要返回一个整数。
• JNICALL: 声明调用该函数需要的Java虚拟机参数。
• Java_com_example_MyClass_add: 声明需要调用的Java方法的名称。该名称由Java类名、方法名称和方法签名组成。在这个例子中，我们将调用名为add的方法，该方法位于名为com.example.MyClass的Java类中。方法签名(II)I表示该方法需要两个整数作为参数，并返回一个整数。

编写头文件

在Java代码中调用本地方法时，需要知道C函数的原型。为此，在编写C函数时，需要编写一个包含C函数声明的头文件。

下面是包含刚才定义的C函数的头文件com_example_MyClass.h的内容：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_example_MyClass */

#ifndef _Included_com_example_MyClass
#define _Included_com_example_MyClass
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_example_MyClass
 * Method:    add
 * Signature: (II)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_MyClass_add
  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

在这个头文件中，我们包含了jni.h头文件，并定义了com.example.MyClass中的add()方法的原型。

实现C函数

现在，我们需要实现刚才定义的C函数。

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_MyClass_add(JNIEnv *env, jobject obj, jint a, jint b)
{
    return a + b;
}

在这个例子中，我们只是简单地将两个参数添加起来，并将结果返回。在实际应用中，C函数可能会涉及到更复杂的操作，例如读写文件、网络通信、调用系统库等等。

创建本地库

现在，我们需要将C函数编译成本地库。我们可以使用静态库或动态库，具体取决于平台和需求。在这个例子中，我们创建了一个动态链接库（DLL）。

我们可以使用一些工具来编译和链接 C 函数。例如，在 Windows 上，我们可以使用 Microsoft Visual C++ 编译器和链接器。在 Linux 上，我们可以使用 gcc 编译器和链接器。

获取并加载本地库

在本地编写了C函数并将其编译为动态链接库后，我们需要加载该库。在Java中，我们可以使用System.loadLibrary()方法来加载库。

public class MyApp {
    static {
        System.loadLibrary("MyLibrary");
    }
}

在这个例子中，我们加载名为MyLibrary的本地库。加载库可以在静态代码块中进行，这样可以保证在调用其他方法之前，本地库已经被加载。如果不提前加载本地库，那么在调用本地方法时，将会抛出UnsatisfiedLinkError异常。

编写Java类

现在，我们可以使用本地库中的C函数了。在Java中，我们将使用native关键字声明本地方法，并在其中调用C函数。

public class MyClass {
    static {
        System.loadLibrary("MyLibrary");
    }

    public native int add(int a, int b);
}

在这个例子中，我们声明了一个名为add()的本地方法，在其中调用了名为Java_com_example_MyClass_add()的C函数。当Java程序运行时，它将调用这个函数，并将结果返回给Java调用者。

测试

代码编写完毕后，我们可以编写一个简单的测试类来测试我们刚刚编写的C函数。在下面的代码中，我们创建了一个MyClass对象，用它调用本地的add()方法，将两个整数相加。

public class MyApp {
    public static void main(String[] args) {
        MyClass myClass = new MyClass();
        int result = myClass.add(1, 2);
        System.out.println("Result: " + result);
    }
}

当我们运行这个测试类时，输出将为Result: 3，这意味着我们的C函数被成功调用。

结论

使用JNI从Java中调用C函数是实现高性能应用程序的一种常见方式。要实现这一点，我们需要定义C函数、编写头文件、实现C函数、编译本地库、获取和加载本地库、编写Java类和测试代码。虽然这个过程可能有些复杂，但它可以帮助我们实现高性能应用程序。