JNI官方文档翻译3-基本数据类型 字符串 数组

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        在使用JNI的时候，你问的最多的问题莫过于 Java的数据类型和C/C++的数据类型怎么一对一映射。在我们的HelloWord例子当中，我们并没有传入任何参数给我们的java层print方法，native方法也并没有返回任何数据而是void，本地方法只是简单的打印一个字符串，然后就返回了。实际开发中我们都需要传入参数，返回参数，本章就会讨论如何从java层向底层传数据，以及如何从底层向java层返回数据。我们从基本数据类型 字符串 数组开始， 下一章再介绍如何传任意类型的数据，以及如何访问他们的数据和方法。

我们来看一个不同于HelloWord的例子Prompt.java ：等待用户输入，再把输入的字符串返回，源代码如下：

class Prompt {
    // native method that prints a prompt and reads a line
    private native String getLine(String prompt);//本地方法声明
    public static void main(String args[]) {
        Prompt p = new Prompt();
        String input = p.getLine("Type a line: ");//getLine方法返回用户输入的字符串
        System.out.println("User typed: " + input);
    }
    static {
        System.loadLibrary("Prompt");//加载动态库
    }
}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject this, jstring prompt);

*env 指向了一个函数表（JNI API），我们要和虚拟机交互，都需要调用JNI API才能完成， 并且env是一个二级指针

参数jobject this 有时候会不一样，如果你的native方法声明为static 则这个参数就代表Promt这个类，否则代表这个类的对象this

Java数据类型包括原生数据类型和引用数据类型：

原生数据类型int float double char 等

引用数据类型就是对象 String Array

JNI将这两类数据类型区别开来，原生数据类型-> C数据类型的映射是很直白的，很好理解，例如 int -> jint    float-> jfloat

JNI将一个对象当做一个”不透明引用“ 传给底层方法 ，这个不透明引用其实是一个指针，指向虚拟机中的某个数据结构，这个数据结构对开发人员来说是不透明的。也就是说，这个数据结构的定义，你看不到，你只能通过一些JNI提供的API来和他们进行交互， 这就需要JNIEnv这个函数表了。举个例子java.lang.String 对应的JNI类型为jstring，jstring引用的字符串和我们的C代码是不相关的，明白了吗？我再解释一下：你可以把jstring想象成一个访问java.lang.String 对象的一个id，我们通过这个id能够访问到这个字符串，但是单从这个id来看，我们不知道这个字符串是什么，必须通过JNIEnv的函数才能访问到这个字符串。例如一些方法：GetStringUTFChars()

jobject 类型有一些子类型 比如 jstring(java String) jobjectArray （java对象数组）, 其实这个java层是一个道理，这里简单提一下。

下面看一下如何访问字符串：

这个方法接受一个字符串参数jstring 然后返回一个jstring , jstring 和 char*还是有区别的，所以你不能把他们混淆使用，下面的代码执行会出错

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt)
{
/* ERROR: incorrect use of jstring as a char* pointer */
printf("%s", prompt);//直接把jstring当成char*来使用是错误的
...
}

JNI支持Unicode UTF-8 和char* 之间来回转换的函数。Unicode是2个字节，UTF-8最高达到7个字节

GetStringUTFChars方法能够将Unicode串转换成UTF-8编码的C串，如果你确定你传入的是7bit的ASCII串，那么printf会正确输出，后面讲解怎么输出非ASCII串

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt)
{
    char buf[128];
    const jbyte *str;
    str = (*env)->GetStringUTFChars(env, prompt, NULL);
    if (str == NULL) {
        return NULL; /* OutOfMemoryError already thrown */
    }
    printf("%s", str);
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, prompt, str);
    /* We assume here that the user does not type more than
    * 127 characters */
    scanf("%s", buf);
    return (*env)->NewStringUTF(env, buf);
}

别忘记调用ReleaseStringUTFChars，因为GetStringUTFChars 返回的指针是申请来的内存，保存我们的char*串，如果你不调用这个方法，就会产生内存泄漏。

Tip： 如果JNI方法返回的是指针，你就要考虑，是否有对应的方法来释放这个指针的内存，这或许是个好习惯。

new一个字符串：

你可以使用NewStringUTF方法来new一个java字符串，如果返回NULL说明没内存，会抛OutOfMemory异常，同上。如果成功则返回一个jstring类型的数据

你不需要担心jstring的释放问题，因为这是一个java层的String，释放的工作交给虚拟机GC吧。

其他JNI字符串函数：

GetStringChars 和 ReleaseStringChars 返回Unicode编码的C字符串，注意，是C串类型是UTF-8还是Unicode编码。

GetStringChars 有个参数isCopy ，如果设置成JNI_TRUE   那么会返回一份拷贝 JNI_FALSE的话就直接指向原始内存地址。当设置成JNI_FALSE时，你最好别去修改内存中的内容，这违背了java.lang.String 的设计原则：不能修改字符串。一般我们都传NULL，即拷贝字符串，如果传JNI_TRUE，也需要调用ReleaseStringChars，这就和GC相关了。

为了能够直接返回java层String的char*而不拷贝，java2 sdk release1.2引入了一对新的JNI API：  Get/ReleaseStringCritical，表面看来和Get/ReleaseStringChars 很像，但是实际上它的使用限制还是很多的。你可以把get release之间的代码当成一个critical reigion，特殊的区域，在这个区域里，你不许再调用JNI函数，或者能够引起当前线程阻塞的函数，比如等待IO，这个限制使得虚拟机在这个区域里禁止垃圾回收机制，也就是说，当你拿到了一个指向java层string的native char* 时，垃圾回收不会运行，会被阻塞。

native code 在这个区域不能调用block阻塞函数，也不能new java对象，否则虚拟机可能就会死锁。考虑如下情形：另一个线程触发了垃圾回收，不能向下执行(直到当前线程不阻塞，并且跳出Get/ReleaseStringCritical之间的区域启动垃圾回收), 也就是说垃圾回收被阻塞了，与此同时，当前线程因为阻塞也不能向下执行了，且垃圾回收线程也被阻塞了，它需要等待另一个线程释放锁，且这个线程也等待执行垃圾回收，这样可能就会造成死锁。

但是你可以在这个特殊区域调用Get/ReleaseStringCritical， overlap，嵌套调用，比如如下代码片段：

jchar *s1, *s2;
s1 = (*env)->GetStringCritical(env, jstr1);
if (s1 == NULL) {
... /* error handling */
}
s2 = (*env)->GetStringCritical(env, jstr2);
if (s2 == NULL) {
(*env)->ReleaseStringCritical(env, jstr1, s1);
... /* error handling */
}
... /* use s1 and s2 */
(*env)->ReleaseStringCritical(env, jstr1, s1);
(*env)->ReleaseStringCritical(env, jstr2, s2);

可以被允许在这个特殊区域调用的函数有Get/ReleaseStringCritical 和Get/ReleasePrimitiveArrayCritical ，JNI不支持GetStringUTFCritical 和 ReleaseStringUTFCritical

Java 2 SDK release 1.2其他的函数GetStringRegion 和 GetStringUTFRegion ，这些函数会接受一个预分配的buffer作为参数，我们的getLine也可以这样实现：

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt)
{
    /* assume the prompt string and user input has less than 128 characters */
    char outbuf[128], inbuf[128];
    int len = (*env)->GetStringLength(env, prompt);
    (*env)->GetStringUTFRegion(env, prompt, 0, len, outbuf);
    printf("%s", outbuf);
    scanf("%s", inbuf);
    return (*env)->NewStringUTF(env, inbuf);
}

GetStringUTFRegion比GetStringUTFChars 要简单很多，因为GetStringUTFRegion并不会分配内存，我们也不用检查out-of-memory。

JNI 有关字符串的函数概要：

这么多函数，我们如何选择呢？

也就是说：如果你的目标版本是1.1或者同时1.1,1.2，你别无选择，只有Get/ReleaseStringChars and Get/ReleaseStringUTFChars

如果你的目标版本是1.2或1.2以上，并且你希望copy字符串到你预分配的数组里，请用GetStringRegion or GetStringUTFRegion.对于固定长度的或者比较短小的字符串，这两个函数是再合适不过的了，他们的优势是他们不需要分配内存，也就不会导致out-of-memory异常，访问子串使用本方法也是合适的选择。

GetStringCritical的使用就得小心了，你不能在特殊区域内阻塞，或者调用除了上面提到的方法外的任何JNI函数，否则，就会导致系统死锁。我们用一个例子演示一下：

/* This is not safe! */
const char *c_str = (*env)->GetStringCritical(env, j_str, 0);
if (c_str == NULL) {
... /* error handling */
}
fprintf(fd, "%s\n", c_str);
(*env)->ReleaseStringCritical(env, j_str, c_str);

下面的代码片段是安全的：

/* This code segment is OK. */
const char *c_str = (*env)->GetStringCritical(env, j_str, 0);
if (c_str == NULL) {
... /* error handling */
}
DrawString(c_str);
(*env)->ReleaseStringCritical(env, j_str, c_str);

总之，在使用Get/ReleaseStringCritical的时候你一定要格外的小心，确保这个特殊区域的代码永远不会阻塞。(少做调用即可，除非你确定，你的调用一定不阻塞)

以上就是关于JNI操作字符串的一切，下面我们讨论下一个主题，访问数组

JNI对于原生数据类型的数组，和引用类型的数组的对待方式是不一样的，原生数据类型的数组包含原生类型的数据，例如int boolean， 引用类型的数组包含引用类型的数据，比如对象的实例和其他的数组(二维数组)  例如 如下java代码片段：

int[] iarr;
float[] farr;//原生数组
Object[] oarr;//引用数组
int[][] arr2;//二维数组

class IntArray {
    private native int sumArray(int[] arr);//本地方法
    public static void main(String[] args) {
        IntArray p = new IntArray();
        int arr[] = new int[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i] = i;
        }
        int sum = p.sumArray(arr);//调用本地方法
        System.out.println("sum = " + sum);
    }
    static {
        System.loadLibrary("IntArray");
    }
}

/* This program is illegal! */
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)
{
    int i, sum = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        sum += arr[i];
    }
}

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)
{
jint buf[10];
jint i, sum = 0;
(*env)->GetIntArrayRegion(env, arr, 0, 10, buf);//拷贝到一个jint buffer里进行操作
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        sum += buf[i];
    }
    return sum;
}

下面介绍如何访问原生数据类型数组的方法：

上个例子，我们用GetIntArrayRegion 将数据拷贝到一个C buffer里， 10是数组的长度，因为我们知道数组的长度是10，所以不会越界。JNI支持SetIntArrayRegion函数，来操作改变Int型数组中的某些数据，其他类型 float boolean 也支持，SetFloatArrayRegion.

JNI支持一族函数Get/Release<Type>ArrayElements， 重写上面的例子：

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)
{
    jint *carr;
    jint i, sum = 0;
    carr = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, NULL);
    if (carr == NULL) {
        return 0; /* exception occurred */
    }
    for (i=0; i<10; i++) {
        sum += carr[i];
    }
    (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, carr, 0);
    return sum;
}

JNI操作数组的函数：

我们如何选择这些函数呢？

如果你需要拷贝数组到一个预分配的buffer Get/Set<Type>ArrayRegion是最好的选择，越界会抛ArrayIndexOutOfBoundsException，适合小数组，因为这涉及到在栈上分配数组，小数组代价小，并且这个函数可以拷贝子数组，subarray

如果数组大小未知，可以尝试Get/ReleasePrimitiveArrayCritical 前提是Java 2 SDK release 1.2.， 并且要多加小心。

使用Get/Release<type>ArrayElements 总是安全的，并且1.1， 1.2 版本通用，要么直接返回一个指针给你，要么拷贝一份数据，然后将拷贝的数据的指针给你。

访问引用类型数组：另一对JNI函数 GetObjectArrayElement 根据给定的index返回数据 SetObjectArrayElement 同理，和原生数据类型的数组不同，你一次拿不到那么多的数据，Get/Set<Type>ArrayRegion 是不支持的。

字符串和数组都是引用类型，你可以用Get/SetObjectArrayElement 来操作字符串数组和数组的数组（二维数组）.

如下代码访问一个二维数组，然后打印数组中的内容：

class ObjectArrayTest {
    private static native int[][] initInt2DArray(int size);//初始化二维数组
    public static void main(String[] args) {
        int[][] i2arr = initInt2DArray(3);//3x3大小
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
             for (int j = 0; j < 3; j++) {
                System.out.print(" " + i2arr[i][j]);
             }
             System.out.println();
        }
    }
    static {
        System.loadLibrary("ObjectArrayTest");
    }
}

JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_ObjectArrayTest_initInt2DArray(JNIEnv *env,
jclass cls,
int size)//注意一下，返回值是jobjectArray，你可能会觉得是jintArray
{
    jobjectArray result;
    int i;
    jclass intArrCls = (*env)->FindClass(env, "[I");//[I代表int[]
    if (intArrCls == NULL) {
        return NULL; /* exception thrown */
    }
<pre name="code" class="cpp">    

0 1 2
1 2 3
2 3 4

DeleteLocalRef调用保证了不会因为申请内存而发生out-of-memory ，后面详细介绍为什么要调用这个方法。

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