上一篇部落格裡我們講了怎樣通過JNI和動態連結庫實現從Java調C/C++，今天我們來講怎麼在C/C++中獲取Java的資料型別以及呼叫Java的方法。

    接著上一篇所講，我們通過在Java程式碼中宣告native方法，再用javah工具生成標頭檔案，然後編寫標頭檔案中的函式，實現功能，再編譯成庫檔案，又Java虛擬機器在執行時動態載入和呼叫，那麼這次的重點就是如何編寫實現函式。

    在這之前，我先講一下關於Java的native方法在編譯成函式時的命名重整規則。熟悉C++朋友可能知道，C++支援函式過載，函式名可能是相同的，但引數不同，或者是類內函式，或者是名字空間內函式，有或者兼而有之。這就是通過命名重整做到得，系統在搜尋一個符號（函式）的地址時，無法區分兩個名字相同的符號，而在C語言中，函式名字就是其符號，這就導致了C語言無法過載相同名字的函式。而C++通過一套重整規則，把名字空間路徑，類名，返回值，函式名，引數，常量值等都作為命名的一部分，這就形成了一個函式獨有的函式簽名，也就有了唯一的標示。雖然因為編譯器對這套規則沒有統一的標準而引發很多問題，但卻能為我們今天要講的Java方法的命名帶來一些啟發。下面我們來看一段Java程式碼：

public class Hello {
	public native static void hello();
	public native static void hello(String s);
	public native void hello(int i);
	public native String hello(char c);
}

    在這個類中，我分別定義了幾個函式名相同，但函式簽名不同的方法。接下來我們生成對應的標頭檔案：

#include <jni.h>
/* Header for class Hello */

#ifndef _Included_Hello
#define _Included_Hello
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     Hello
 * Method:    hello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_hello__
  (JNIEnv *, jclass);

/*
 * Class:     Hello
 * Method:    hello
 * Signature: (Ljava/lang/String;)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_hello__Ljava_lang_String_2
  (JNIEnv *, jclass, jstring);

/*
 * Class:     Hello
 * Method:    hello
 * Signature: (I)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_hello__I
  (JNIEnv *, jobject, jint);

/*
 * Class:     Hello
 * Method:    hello
 * Signature: (C)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Hello_hello__C
  (JNIEnv *, jobject, jchar);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
 

    在註釋中可以看到函式對應的類名，方法名和引數返回值。可以看出Java函式是以Java_為字首，類名（包含包路徑），函式名，引數（類名或者型別名），過載限定符號__作為函式名。這裡要注意沒有返回值，因為返回值本質上不影響函式簽名，所以在重整的時候沒有納入。這裡我想說的是，JVM實際上就是根據這個命名去搜索需要呼叫的本地函式，所以我們編寫的庫中儘量不要包含相同名字的庫，也不要使用相近的命名方法，以防編譯錯誤或者執行時的不正常。這算是我們和JVM的一個約定。

    下面我們繼續看上面標頭檔案的程式碼，可以看到每個函式的第一個引數都是一個名為JNIEnv的型別，這個引數實際上就是呼叫本地函式的虛擬機器執行緒的環境資訊，也是JNI技術中底層程式碼呼叫Java方法的關鍵介面，我們在編寫JNI時最常用到的介面。但是現在我們先跳過它，晚點再講。可以看到第二個引數有jobject或者是jclass，從名字我們可以看出來，jobject就是一個具體的Java物件，而jclass是一個Java類的物件，就有點像Java中的Class類（即類的類），為什麼會有兩種不同的引數，其實看看Java程式碼就知道了，jobject的函式是類內函式（成員函式），jclass的函式是靜態函式，靜態函式是對整個類而言，而成員函式是對類的一個具體物件作用的。這有點像C++中的成員函式中隱式的傳進了一個this指標，而靜態函式沒有。而之後的引數就是真正的函式的形參對應的實參。可以看到一些像jint，jchar，jstring的型別。下面我們先開啟jni.h來看看這些型別是怎麼定義的，先看看基本型別：

typedef unsigned char   jboolean;
typedef unsigned short  jchar;
typedef short           jshort;
typedef float           jfloat;
typedef double          jdouble;

typedef jint            jsize;

    這幾行程式碼我就不解釋了，但可能眼尖的朋友會提出一個問題，為什麼沒有jint和jlong？這就要從作業系統的資料模型說起，對於不同位數的CPU，我們通常會安裝等於或小於其位數的作業系統，而我們的資料模型就是由這些作業系統定義的。其中用的最多的就是LP和LLP型別。為什麼jni標頭檔案沒有直接對int和long（或者說long long）定義的原因就在此。對於不同的資料型別，int有可能是16位，32位，甚至64位的，而long有可能是32位或64位的。這就導致了不一致性，Java為了避免這種狀況，把這些不一致的地方分在了jni_md.h這個標頭檔案中，讓我們來看看：

typedef int jint;
#ifdef _LP64 /* 64-bit Solaris */
typedef long jlong;
#else
typedef long long jlong;
#endif

    上面的程式碼是我的64位Linux上的程式碼，因為這個型別的系統int型別確定是32位，所以沒有分開定義，但是jlong卻不一樣，有的系統中long是32位（LLP64，比如Windows和一些類Unix系統），所以jlong就會被定義為long long型別（或者__int64，在Windows系統上），反之如果是LP64的就會被定義為long型別。

    在回到jni.h這個檔案中，我們下面來看一下類的定義：

#ifdef __cplusplus

class _jobject {};
class _jclass : public _jobject {};
class _jthrowable : public _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
class _jarray : public _jobject {};
class _jbooleanArray : public _jarray {};
class _jbyteArray : public _jarray {};
class _jcharArray : public _jarray {};
class _jshortArray : public _jarray {};
class _jintArray : public _jarray {};
class _jlongArray : public _jarray {};
class _jfloatArray : public _jarray {};
class _jdoubleArray : public _jarray {};
class _jobjectArray : public _jarray {};

typedef _jobject *jobject;
typedef _jclass *jclass;
typedef _jthrowable *jthrowable;
typedef _jstring *jstring;
typedef _jarray *jarray;
typedef _jbooleanArray *jbooleanArray;
typedef _jbyteArray *jbyteArray;
typedef _jcharArray *jcharArray;
typedef _jshortArray *jshortArray;
typedef _jintArray *jintArray;
typedef _jlongArray *jlongArray;
typedef _jfloatArray *jfloatArray;
typedef _jdoubleArray *jdoubleArray;
typedef _jobjectArray *jobjectArray;

    這裡最上面有一個巨集，指的是這塊是C++程式碼，因為在C中沒有類和繼承的概念，所以一這塊內容只在C++程式碼中存在，下面我們來看看C的版本：

#else

struct _jobject;

typedef struct _jobject *jobject;
typedef jobject jclass;
typedef jobject jthrowable;
typedef jobject jstring;
typedef jobject jarray;
typedef jarray jbooleanArray;
typedef jarray jbyteArray;
typedef jarray jcharArray;
typedef jarray jshortArray;
typedef jarray jintArray;
typedef jarray jlongArray;
typedef jarray jfloatArray;
typedef jarray jdoubleArray;
typedef jarray jobjectArray;

#endif

    熟悉C/C++程式設計的朋友應該知道這兩者是等價的。不過看到這裡應該又很多人有一個疑問，為什麼jobject，jclass和其它定義類都是空類，那麼我們在這頭拿到的不都是指向一個空類物件的指標嗎？是的，所以在C/C++中是無法直接訪問這些物件的，只能直接訪問基本型別（jint，jchar等）。那我們要如何來訪問Java物件，其實，在JVM呼叫本底方法時，就在一張本地程式登錄檔中把函式呼叫相關的引數變數物件和全域性變數註冊進去了，這張表不需要使用者自己呼叫，只要使用之前提到的JNIEnv指標去掉用就可以了，下面我們來看看這個指標的實現：

struct JNINativeInterface_;

struct JNIEnv_;

#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv;
#endif

struct JNINativeInterface_ {
    void *reserved0;
    void *reserved1;
    void *reserved2;

    void *reserved3;
    jint (JNICALL *GetVersion)(JNIEnv *env);

    jclass (JNICALL *DefineClass)
      (JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
       jsize len);
    ......
};

struct JNIEnv_ {
    const struct JNINativeInterface_ *functions;
#ifdef __cplusplus

    jint GetVersion() {
        return functions->GetVersion(this);
    }
    jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
                       jsize len) {
        return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, len);
    }
    ......
};

    上面的程式碼很清晰的表達了JNIEnv的作用，就是作為Java層和本地庫層的一個通訊渠道，我們所需要的變數都可以通過它來獲取，關於JNIEnv的使用我只提一點，就是在C中是

    (*env)->xxx(xxx);

    而在C++中則是：

    env->xxx(xxx);

    這個差異在上面的程式碼中已經揭示，C++中的JNIEnv是JNIEnv_的型別定義，所以可以直接使用指標操作，而C中是JNINativeInterface的指標，所以要先解引用再使用。關於怎麼去呼叫JNIEnv可以參考官方文件，請記住傳進來的物件不能直接使用，因為他們只是一個標示，要獲得物件成員屬性還得依靠JNIEnv，這點是在JNI程式設計中一定要牢記並且要養成習慣的。

    今天就先講到這裡，更多關於JNI的資訊可以參考官方文件或者標頭檔案，甚至感興趣的朋友可以去下載jdk的原始碼來閱讀。只要記住一點，JNI是用來作為介面的，一般會在其他函式或者庫中實現功能。