JNI调用C++方法指南

概述

JNI（Java Native Interface）用来在Java中调用其他语言编写的代码。本文主要介绍如何在Java中调用C++程序。

测试环境：Ubuntu 20.04.6 LTS, JDK 8, G++ 9.4.0

JNI的入门

Java中提供了native关键字，用于指示方法实现由本地代码来提供。对于C++程序而言，可以将源码打包为静态库或动态库。在JNI中通常使用动态库，这样可以避免将Java字节码和本地代码混合在同一个的二进制文件中。

下面通过一个示例来演示JNI的具体用法。

步骤1：定义Java类HelloJNI，其源代码如下：

public class HelloJNI {static {System.loadLibrary("native"); // 加载指定的本地库, 使得可以通过JNI调用库中定义的本地方法}public static void main(String[] args) {new HelloJNI().sayHello("Linux");}private native void sayHello(String name); // 通过native修饰的本地方法, 需要将其链接到本地代码实现
}

---

步骤2：通过命令javac -h . HelloJNI.java编译Java源文件并自动生成C++头文件，生成的HelloJNI.h的源码如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloJNI */#ifndef _Included_HelloJNI
#define _Included_HelloJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/** Class:     HelloJNI* Method:    sayHello* Signature: (Ljava/lang/String;)V*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject, jstring);#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

本地方法声明JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject, jstring)中包含三个参数：

• JNIENV *：代表Java环境，通过该指针可以对Java端的代码进行操作
• jobject：代表该native方法对应的类对象实例。注意，若该native方法有static修饰，则其代表这个native方法对应的类实例
• jstring：传递的参数，对应Java中的String类型

---

步骤3：定义头文件同名的文件HelloJNI.cpp，并在其中实现sayHello()方法：

#include "HelloJNI.h"
#include <iostream>JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JJNIEnv* env, jobject thisObject, jstring name){const char* str = env->GetStringUTFChars(name, NULL);std::cout << "Hello " << str << std::endl;
}

步骤4：编译C++代码为动态库：

# 获取.o文件
g++ -c -fPIC -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux HelloJNI.cpp
# 打包
g++ -shared HelloJNI.o -o libnative.so

步骤5：运行Java代码：

java -Djava.library.path=. HelloJNI# 结果
Hello Linux

说明：-Djava.library.path=.：指定JVM查找本地库的路径为当前目录。

JNI的高级功能

JNI提供了一组特定的类型用于在C++和Java语言中传递数据。

基本数据类型

下表描述了Java基本类型在C++中对应的本地类型。

Java Type	Native Type	Description
boolean	jboolean	unsigned 8 bits
byte	jbyte	signed 8 bits
char	jchar	unsigned 16 bits
short	jshort	signed 16 bits
int	jint	signed 32 bits
long	jlong	signed 64 bits
float	jfloat	32 bits
double	jdouble	64 bits
void	void	not applicable

引用类型

JNI还支持多种应用类型，其对应关系如下：

Java Type	Native Type	Description
Class	jclass	Class类型
Object	jobject	Java中的对象
String	jstring	字符串
Object[]	jobjectArray	对象类型数组
boolean[]	jbyteArray	布尔型数组
char[]	jcharArray	字符型数组
short[]	jshortArray	短整型数组
int[]	jintArray	整形数组
long[]	jlongArray	长整型数组
float[]	jfloatArray	浮点型数组
double[]	jdoubleArray	双浮点型数组

使用示例

Java类源码：

public class TypeTest {static{System.loadLibrary("typetest");}public static void main(String[] args) {TypeTest test = new TypeTest();int[] arr = {3, 1, 5, 9, 2};System.out.println(test.add(4, 5));System.out.println(test.circle(5.0));int[] brr = test.sortArray(arr);for(int num:brr){System.out.print(num + " ");}System.out.println();}public native int add(int a, int b);public native double circle(double radius);public native int[] sortArray(int[] array);
}

C++类头文件：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class TypeTest */#ifndef _Included_TypeTest
#define _Included_TypeTest
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/** Class:     TypeTest* Method:    add* Signature: (II)I*/
JNIEXPORT jint JNICALL Java_TypeTest_add(JNIEnv *, jobject, jint, jint);/** Class:     TypeTest* Method:    circle* Signature: (D)D*/
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_TypeTest_circle(JNIEnv *, jobject, jdouble);/** Class:     TypeTest* Method:    sortArray* Signature: ([I)[I*/
JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_TypeTest_sortArray(JNIEnv *, jobject, jintArray);#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

C++类方法实现：

#include "TypeTest.h"
#include <algorithm>const double PI = 3.14;JNIEXPORT jint JNICALL Java_TypeTest_add(JNIEnv * env, jobject obj, jint a, jint b){return a + b;
}JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_TypeTest_circle(JNIEnv * env, jobject obj, jdouble radius){return PI * radius * radius;
}JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_TypeTest_sortArray(JNIEnv * env, jobject obj, jintArray arr){// 获取数组长度jsize length = env->GetArrayLength(arr);// 获取数组元素jint* elements = env->GetIntArrayElements(arr, 0);std::sort(elements, elements + length);// 创建新的 jintArray 并设置排序后的元素jintArray result = env->NewIntArray(length);env->SetIntArrayRegion(result, 0, length, elements);// 释放原始数组env->ReleaseIntArrayElements(arr, elements, 0);return result;
}

编译运行参考JNI入门章节，不作重复赘述。

结语

参考资料：

• Chapter 3: JNI Types and Data Structures