1 JNI

JNI，全名 Java Native Interface，是Java本地接口，JNI是Java调用Native 语言的一种特性，通过JNI可以使得Java与C/C++机型交互。简单点说就是JNI是Java中调用C/C++的统称。

Java程序中的函数可以调用Native语言写的函数，Native一般指的是C/C++编写的函数。
Native程序中的函数可以调用Java层的函数，也就是在C/C++程序中可以调用Java的函数。

1.1 JNI使用

1.1.1 声明Native方法

package TestJNI;
// 带包名

public class JNICallCpp {
	// 声明为native，表明是有外部来实现的
	public native void HannoTower(int topN, char from, char inter, char to);
	public native void HellCpp();

}

1.1.2 编译生成头文件

带包名编译

如果.java文件中带有包名，则编译时需要切换到包文件所在同级目录，适用命令javah 包名.类名。如，在E:\JavaProject\LearnJava\src目录下，打开cmd，输入 javah TestJNI.JNICallCpp。

E:
cd E:\JavaProject\LearnJava\src
javah TestJNI.JNICallCpp

不带包名编译

如果.java文件中没有包名，则编译时需要切换到.java文件所在同级目录，适用命令javah 类名。如，在E:\JavaProject\LearnJava\src\TestJNI\目录下，打开cmd，输入javah JNICallCpp。

E:
cd E:\JavaProject\LearnJava\src\TestJNI\
javah JNICallCpp

1.1.3 实现Native方法

将编译生成的头文件引入C++工程的头文件中，以及jni.h、jni_md.h并在新建源文件实现头文件中定义的JNI格式的的函数，由于JNI的数据类型与C++数据类型并不完全相同，因此需要进行数据类型转换，实现定义的函数后，编译为dll、so格式库文件，该文件中即包含该接口。

jni.h：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\include\jni.h
jni_md.h：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\include\win32\jni_md

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

#ifndef _Included_TestJNI_JNICallCpp
#define _Included_TestJNI_JNICallCpp
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     TestJNI_JNICallCpp
 * Method:    HannoTower
 * Signature: (ICCC)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNI_JNICallCpp_HannoTower
  (JNIEnv *, jobject, jint, jchar, jchar, jchar);

/*
 * Class:     TestJNI_JNICallCpp
 * Method:    HellCpp
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNI_JNICallCpp_HellCpp
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

#include "TestJNI_JNICallCpp.h"
#include<string>
#include<iostream>
//using namespace std;

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

	JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNI_JNICallCpp_HannoTower
	(JNIEnv *jni_env, jobject jobj, jint layer, jchar from, jchar inter, jchar to) {
		if (layer == 1) {
			//从Java传过来的参数jchar为unsigned int 16,不是char类型，需要强转
			std::cout << "Disk 1 from " << char(from) << " to " << char(to) << std::endl;
		}
		else {
			Java_TestJNI_JNICallCpp_HannoTower(jni_env, jobj, layer - 1, from, to, inter);
			std::cout << "Disk " << layer << " from " << char(from) << " to " << char(to) << std::endl;
			Java_TestJNI_JNICallCpp_HannoTower(jni_env, jobj, layer - 1, inter, from, to);
		}
	}

	JNIEXPORT void JNICALL Java_TestJNI_JNICallCpp_HellCpp
	(JNIEnv *, jobject) {
		std::cout << "Call Invoke JNI Func Success" << std::endl;
	}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

1.1.4 调用C/C++函数

import java.nio.file.FileSystems;

public class CallJNIFunc {
	//	一般在类的静态（static）代码块中加载动态库最合适，因为在创建类的实例时，类会被 ClassLoader 先加载到虚拟机，
	//	随后立马调用类的 static 静态代码块。这时再去调用 native 方法就万无一失了。加载动态库的两种方式：
	//	System.loadLibrary("HelloWorld");  
	//	System.load("/Users/yangxin/Desktop/libHelloWorld.jnilib"); 
	//	Can't load IA 32-bit .dll on a AMD 64-bit platform解决
	//	64位JVM不能调用32位动态库
	static {
	//	获取当前系统分隔符路径
		String separator = FileSystems.getDefault().getSeparator();
		String path = System.getProperty("user.dir");
		System.out.println(separator);
		if (separator == "\\") {
			path += "\\CLibs\\InvokeJNIFunc.dll";
		}
		else {
			path += "/CLibs/InvokeJNIFunc.dll";
		}
		System.out.println(path);
		System.load(path);
	}
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		// String path = System.getProperty("java.library.path");
		
		JNICallCpp jniCallCpp = new JNICallCpp();
		jniCallCpp.HellCpp();
		jniCallCpp.HannoTower(5, 'A', 'B', 'C');
	}
}

1.2 JNI头文件介绍

1.2.1 JNIEnv 类型和jobject类型

在上面的TestJNI_JNICallCpp.cpp文件中，Java_TestJNI_JNICallCpp_HannoTower方法中有两个参数，分别是JNIEnv *env,一个是jobjet jobj。下面简单介绍下这两个类型的作用。

1.2.1.1 JNIEnv 类型

JNIEnv类型实际上代表了Java环境，通过JNIEnv*指针就可以对Java端的代码进行操作。比如可以使用JNIEnv来创建Java类中的对象，调用Java对象的方法，获取Java对象中的属性等。JNIEnv类中有很多函数可以用，如下所示:

NewObject: 创建Java类中的对象。
NewString: 创建Java类中的String对象。
NewArray: 创建类型为Type的数组对象。
GetField: 获取类型为Type的字段。
SetField: 设置类型为Type的字段的值。
GetStaticField: 获取类型为Type的static的字段。
SetStaticField: 设置类型为Type的static的字段的值。
CallMethod: 调用返回类型为Type的方法。
CallStaticMethod: 调用返回值类型为Type的static 方法。

// 如，要调用Java中的Date类的getTime方法
// FindClass方法参数name是某个类的完整路径
(JNIEnv *env, jobject instance){
	jclass  class_date = env->FindClass("java/util/Date");
	//注意这里路径要换成/,不然会报illegal class name
	jmethodID  a_method = env->GetMethodID(class_date,"<init>","()V");
	jobject  a_date_obj = env->NewObject(class_date,a_method);
	jmethodID  date_get_time = env->GetMethodID(class_date,"getTime","()J");
	jlong get_time = env->CallLongMethod(a_date_obj,date_get_time);
	return get_time; 
}

1.2.1.1 Jobject 类型

Jobject可以看做是java中的类实例的引用。当然，情况不同，意义也不一样。如果native方法不是static, jobjet 就代表native方法的类实例。如果native方法是static, jobjet 就代表native方法的类的class 对象实例(static 方法不需要类实例的，所以就代表这个类的class对象)。

jclass GetObjectClass(jobject obj) 根据一个对象，获取该对象的类
jclass GetSuperClass(jclass obj) 获取一个传入的对象获取他的父类的jclass
GetMethodID: 获取非静态方法的ID
GetStaticMethodID: 获取静态方法的ID

// 根据jobject的类型，在JNI中写方法的时候如果是非静态的都会传一个jobject的对象
// 可以根据传入的来获取当前对象的类

(JNIEnv *env, jobject instance) {
	jclass  a_class = env->GetObjectClass(instance);
    //这里的a_class就是通过instance获取到的
	……
}

1.2.1.1 C++调用Java方法

(JNIEnv *env, jclass type) {
	jmethodID  a_method = env->GetMethodID(type,"describe","()Ljava/lang/String;"); 
    // 通过GetMethod方法获取方法的methodId.
	jobject jobj = env->AllocObject(type);                                          
    // 对jclass进行实例，相当于java中的new
	jstring pring= (jstring)(env)->CallObjectMethod(jobj,a_method);                
    // 类调用类中的方法
	char *print=(char*)(env)->GetStringUTFChars(pring,0);                           
    // 转换格式输出。
	return env->NewStringUTF(print);
}

1.3 JNI数据类型映射

基本的数据类型

Java类型	Native类型	域描述符
boolean	jboolean	Z
byte	jbyte	B
char	jchar	C
short	jshort	S
int	jnit	I
long	jlong	J
float	jfloat	F
double	jdouble	D
void	void	V

数组引用类型

如果是一维数组则遵循下表，如果是二维数组或更高维数组则对应的 Natvie类型为 jobjectArray，域描述符中使用 ‘[’ 的个数表示维数：

Java类型	Native类型	域描述符
int[]	jintArray	[I
float[]	jfloatArray	[f
byte[]	jbyteArray	[B
char[]	jcharArray	[C
short[]	jshortArray	[S
double[]	jdoubleArray	[D
long[]	jlongArray	[F
boolean[]	jbooleanArray	[Z

对象引用类型

对于其它引用类型，即 java 中的对象，其映射规则为：

Java类型	Native类型	域描述符
类名（如 Surface）	通常是 jobject，仅有一种例外，如果 java 类型是 String，则对应的native 类型是 jstring	以”L”开头，以”;”结尾中间是用”/” 隔开的包及类名（如 Landroid/view/Surface;）如果内部类则使用$连接内部类；

对象数组引用类型

如果是一维数组则遵循下表，如果是二维数组或更高维数组则对应的 native 类型为 jobjectArray，域描述符中使用 ‘[’ 的个数表示维数：

Java类型	Native类型	域描述符
类名（如 Surface）	通常是 jobject，仅有一种例外，如果 java 类型是 String，则对应的native 类型是 jstring	在对象引用类型的域描述符的基础上在左边添加’[‘字符

1.4 参考文献

Java文档：Contents (oracle.com)
JNI使用全面讲解：Android JNI使用全面讲解 - 知乎 (zhihu.com)

2 JNA

JNA，全名Java Native Access是建立在JNI技术基础之上的一个Java类库，可以方便地使用java直接访问动态链接库中的函数。不需要使用JNI重写动态链接库文件，而是有直接调用的API，大大简化了工作量。JNA将自动实现Java接口到native function的映射，但是JNA一般只适用于较为简单的C/C++库，如果接口、数据结构复杂的话就不推荐。而且JNA也只提供了C/C++对Java的接口转化。

JNA使用一个小型的JNI库插桩程序来动态调用本地代码。开发者使用Java接口描述目标本地库的功能和结构，这使得它很容易利用本机平台的功能，而不会产生多平台配置和生成JNI代码的高开销。这样的性能、准确性和易用性显然受到很大的重视。

2 .1 JNA使用

2.1.1 引入jar包

使用Maven配置或者从github下载最新的jna.jar文件(jna/GettingStarted.md at master · java-native-access/jna · GitHub)，并将jna.jar引入到工程文件中。

2.1.2 声明API接口

定义了一个接口，继承自Library 或StdCallLibrary，默认的是继承Library ，如果动态链接库里的函数是以stdcall方式输出的，那么就继承StdCallLibrary，比如众所周知的kernel32库。
接口内部需要一个公共静态常量：INSTANCE，通过这个常量，就可以获得这个接口的实例，从而使用接口的方法，也就是调用外部dll/so的函数。该常量通过Native.loadLibrary()这个API函数获得，该函数有2个参数：
- 第一个参数是动态链接库dll/so的名称，但不带.dll或.so这样的后缀，这符合JNI的规范，因为带了后缀名就不可以跨操作系统平台了。搜索动态链接库路径的顺序是：先从当前类的当前文件夹找，如果没有找到，再在工程当前文件夹下面找win32/win64文件夹，找到后搜索对应的dll文件，如果找不到再到WINDOWS下面去搜索，再找不到就会抛异常了。比如上例中printf函数在Windows平台下所在的dll库名称是msvcrt，而在其它平台如Linux下的so库名称是c。
- 第二个参数是本接口的Class类型。JNA通过这个Class类型，根据指定的.dll/.so文件，动态创建接口的实例。该实例由JNA通过反射自动生成。然后在MainActivity中调用sayHello方法。
接口中只需要定义你要用到的函数或者公共变量，不需要的可以不定义，注意参数和返回值的类型，应该和链接库中的函数类型保持一致。

// This is the standard, stable way of mapping, which supports extensive
// customization and mapping of Java to native types
// 声明接口，继承Library，用于加载库文件

//继承Library，用于加载库文件
public interface CLibrary extends Library {
	String dllName = "/Clibs/CompileDLL.dll";
	@SuppressWarnings("deprecation")
	// 加载动态链接库
	// 直接写动态库名称，动态库需要到为source或者代码添加动态库路径为source
	// CLibrary instance = (CLibrary) Native.loadLibrary(dllName, CLibrary.class);

	CLibrary instance = (CLibrary) Native.loadLibrary(dllName, CLibrary.class);

	// 链接动态库中的方法
	double seekArea(int a, int b);
}

2.1.3 调用C/C++函数

定义好接口后，就可以使用接口中的函数即相应dll/so中的函数了。通过接口中的实例进行调用，非常简单。

package TestJNA;

public class JNACallCpp {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub

		double res = CLibrary.instance.seekArea(2, 2);
		System.out.println("the area is:" + res);
	}

}

2.2 JNA数据类型映射

基本的数据类型

Native Type	Size	Java Type	Common Windows Types
char	8-bit integer	byte	BYTE, TCHAR
short	16-bit integer	short	WORD
wchar_t	16/32-bit character	char	TCHAR
int	32-bit integer	int	DWORD
int	boolean value	boolean	BOOL
long	32/64-bit integer	NativeLong	LONG
long long	64-bit integer	long	__int64
float	32-bit FP	float
double	64-bit FP	double
char*	C string	String	LPCSTR
void*	pointer	Pointer	LPVOID, HANDLE, LPXXX

复杂的数据类型

Java 类型	C 类型	原生表现
boolean	int	32位整数(可定制)
byte	char	8位整数
char	wchar_t	平台依赖
short	short	16位整数
int	int	32位整数
long	long long, __int64	64位整数
float	float	32位浮点数
double	double	64位浮点数
Buffer/Pointer	pointer	平台依赖(32或64位指针)
[] (基本类型的数组)	pointer/array	32或64位指针(参数/返回值)邻接内存(结构体成员)
String	char*	/0结束的数组 (native encoding or jna.encoding)
WString	wchar_t*	/0结束的数组(unicode)
String[]	char**	/0结束的数组的数组
WString[]	wchar_t**	/0结束的宽字符数组的数组
Structure	struct*/struct	指向结构体的指针(参数或返回值) (或者明确指定是结构体指针)结构体(结构体的成员) (或者明确指定是结构体)
Union	union	等同于结构体
Structure[]	struct[]	结构体的数组，邻接内存
Callback	(*fp)()	Java函数指针或原生函数指针
NativeMapped	varies	依赖于定义
NativeLong	long	平台依赖(32或64位整数)
PointerType	pointer	和Pointer相同

结构体数据类型

**Structure 子类中的公共字段的顺序，必须与C 语言中的结构的顺序一致。否则会报错！**因为，Java 调用动态链接库中的C 函数，实际上就是一段内存作为函数的参数传递给C函数。动态链接库以为这个参数就是C 语言传过来的参数。同时，C 语言的结构体是一个严格的规范，它定义了内存的次序。因此，JNA 中模拟的结构体的变量顺序绝对不能错。

// C语言结构体
struct UserStruct{
    long id;
    wchar_t* name;
    int age;
};

#define MYLIBAPI extern "C" __declspec( dllexport )
MYLIBAPI void sayUser(UserStruct* pUserStruct);

// Java构造
public static class UserStruct extends Structure{
    public NativeLong id;
    public WString name;
    public int age;
    public static class ByReference extends UserStruct implements Structure.ByReference {}
    public static class ByValue extends UserStruct implements Structure.ByValue {}
    @Override
    protected List getFieldOrder() {
	return Arrays.asList(new String[] { "id", "name", "age"});
    }

}
// 定义C++函数接口
public void sayUser(UserStruct.ByReference struct);

// Java调用
UserStruct userStruct=new UserStruct ();
userStruct.id=new NativeLong(100);
userStruct.age=30;
userStruct.name=new WString("奥巴马");
TestDll1.INSTANCE.sayUser(userStruct);

2.3 参考文献

JNA官方文档：Overview (JNA API) (java-native-access.github.io)
Github：jna/GettingStarted.md at master · java-native-access/jna · GitHub
JNA实战笔记汇总：JNA实战笔记汇总<一> 简单认识JNA|成功调用JNA - 简书 (jianshu.com)
JNA使用示例：[Java JNA （三）—— 结构体使用及简单示例 - 疯狂的小萝卜头 - 博客园 (cnblogs.com)](

3 文件说明

名称	说明
CLibs	编译好的DLL文件，`CompileDLL.dll、InvokeJNIFunc.dll`
CompileDLL	JNA调用`CompileDLL.dl`l的C++源文件
InvokeJNIFunc	JNI调用`InvokeJNIFunc.dll`的C++源文件
Jar	jna的jar包
src	java调用测试源文件

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1 JNI

1.1 JNI使用

1.1.1 声明Native方法

1.1.2 编译生成头文件

1.1.3 实现Native方法

1.1.4 调用C/C++函数

1.2 JNI头文件介绍

1.2.1 JNIEnv 类型和jobject类型

1.2.1.1 JNIEnv 类型

1.2.1.1 Jobject 类型

1.2.1.1 C++调用Java方法

1.3 JNI数据类型映射

1.4 参考文献

2 JNA

2 .1 JNA使用

2.1.1 引入jar包

2.1.2 声明API接口

2.1.3 调用C/C++函数

2.2 JNA数据类型映射

2.3 参考文献

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1 JNI

1.1 JNI使用

1.1.1 声明Native方法

1.1.2 编译生成头文件

1.1.3 实现Native方法

1.1.4 调用C/C++函数

1.2 JNI头文件介绍

1.2.1 JNIEnv 类型和jobject类型

1.2.1.1 JNIEnv 类型

1.2.1.1 Jobject 类型

1.2.1.1 C++调用Java方法

1.3 JNI数据类型映射

1.4 参考文献

2 JNA

2 .1 JNA使用

2.1.1 引入jar包

2.1.2 声明API接口

2.1.3 调用C/C++函数

2.2 JNA数据类型映射

2.3 参考文献

3 文件说明