android JNI - JAVA 및 C / C ++ : JNI 안내서 쉬우면서도 자세히 안내

안드로이드 애플리케이션이나 다른 일반적인 자바 애플리케이션을 작성하는 중 C / C ++로 코드를 작성해야하는 경우가 있습니다. Java는 모든 배열 액세스, 모든 타입 캐스트, 함수 호출 및 리턴 등에 대한 많은 보안 검사가있는 동적 언어입니다. 이러한 검사는 성능에 영향을 미치고 이미지를 조작하려는 경우 C로 작성하는 것이 좋습니다.

JNI - 자바 네이티브 인터페이스

JNI는 네이티브 C / C ++ 코드를 인터페이싱하기위한 java 확장입니다. 다음 상황에서 사용해야합니다.

알고리즘 실행 - 성능 향상 (보안 검사 없음 및 동적 기능 없음)
포인터로 작업 - 예를 들어 하드웨어에 액세스해야하는 경우
Java에서 사용할 수없는 호출 함수 - 예를 들어 ioctl과 같은 일부 시스템 호출

동일한 주소 공간 - 다른 힙

Java는 가비지 컬렉터 인 자동 메모리 관리를 사용합니다. C / C ++에서 수동 메모리 관리 사용 (malloc-free / new-delete)

가비지 수집기는 메모리를 관리하고 조각을 최소화하고 불필요한 메모리 영역을 할당 해제하기 위해 객체를 이동합니다. 이것은 시스템이 프로세스 주소 공간에 2 개의 다른 힙을 생성하는 이유입니다. 하나는 Java 용이고 다른 하나는 native 용입니다. C 코드에서 C 코드로의 배열은 항상 주소로 처리됩니다. Java 코드에서 Java 코드로의 송신 배열은 항상 참조로 수행됩니다 . Java에서 C로 배열을 전송하는 사소한 JNI 구현은 값 으로 수행됩니다 (java 힙에서) 자바 배열이 있고 네이티브 함수로 보내고 싶다면 먼저 네이티브 힙에 복사해야합니다. 함수가 리턴 한 후 다시 복사하십시오. 똑똑한 구현에서는 가비지 수집기가 함수가 반환 될 때까지 배열을 고정하고 주소 만 보냅니다.

우리가 가지고있는 또 다른 문제는 문자열 조작입니다. C 문자열은 null로 끝나는 문자 ( '\ 0')로 끝나는 문자 배열입니다. Java에서는 속성과 메소드를 가진 객체이므로 java에서 C로 문자열을 보내는 동안 null로 끝나는 char을 추가해야하며 때때로 문자열을 원시 힙에 복사해야합니다.

내 예제에서는 Android Studio를 사용하여 기본 코드가있는 Android 애플리케이션을 작성합니다.Android에서는 JNI를 사용하기 위해 NDK를 설치해야합니다.

간단한 예 :

먼저 Gradle 스크립트에 기본 지원을 추가해야합니다.

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     externalNativeBuild   { 
         cmake   { 
             path   "CMakeLists.txt" 
         } 
     } 

빌드 시스템에 cmake를 사용하고 있으며 다른 모든 선언은 CMakeLists.txt 파일에 있습니다.

네이티브 지원을 추가하려면 먼저 라이브러리 (공유 객체 또는 DLL)를로드해야합니다.

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    static   { 
         System . loadLibrary ( "native-lib" ) ; 
     } 

이 코드는 libnative-lib.so 파일을로드합니다 (또는 Windows 응용 프로그램의 경우 native-lib.dll).

이제 java 클래스에서 native 함수를 선언해야합니다. - C 함수를 호출하려면이 함수를 호출해야합니다.

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

C의 심볼 이름은 Java_ [package] _ [class] _function이어야합니다. 따라서 com.devarea.jnitest 패키지의 MainActivity 클래스에서 네이티브 함수를 선언하려면 C 코드를 정확히 다음과 같이 작성해야합니다.

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jint  JNICALL  Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_add 
          ( JNIEnv   * env ,   jobject  instance ,   jint   a ,   jint   b )  
 { 
     return   a + b ; 
 } 

파일 확장자가 cpp이면 extern "C"가 필요하므로 기호 이름은 함수 이름으로 만 사용됩니다.

이 함수는 4 개의 매개 변수를 가져옵니다.

JNIEnv - JNI 인터페이스의 포인터 - 많은 함수 포인터를 가지는 클래스
jobject - Java 객체
jint a, jint b - java 정수에 대한 typedef

함수를 정적으로 선언하면 jclass가됩니다. 두 번째 매개 변수는 Java 클래스 객체를 나타냅니다.

우리는 jobject와 jclass를 사용하여 C 코드의 자바 프로퍼티와 메소드에 접근 할 수있다 - 아래를 보라.

기본 유형

자바 원시 (byte, short, int, long, float, double, char, boolean)는 값으로 전달되므로 이들과 함께 사용하기 쉽다. C 코드에서 정확한 typedef를 사용한다.

문자열

문자열은 Java와 C에서 서로 다르므로 특별한 처리가 필요합니다.

Java 문자열을 C로 보내기 :

자바 코드 :

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 public   native   int   getStrLen ( String   s ) ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jint  JNICALL 
 Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_getStrLen ( JNIEnv   * env ,   jobject  instance ,   jstring  s_ )   { 
     const   char   * s   =   env -> GetStringUTFChars ( s_ ,   0 ) ; 
 
     jint  len = strlen ( s ) ; 
 
     env -> ReleaseStringUTFChars ( s_ ,   s ) ; 
     return   len ; 
 } 

먼저 자바 문자열을 원시 힙에 복사 한 다음 길이를 계산하고 기본 문자열을 해제합니다.

Java 힙에 문자열을 고정하고 포인터 만 보낼 수도 있습니다 (ReleaseStringUTFChars는 고정 해제에 필요합니다)

VM이 실제로 문자열을 복사했는지 알 필요가있는 경우 주소로 jboolean 변수를 두 번째 인수로 보낼 수 있습니다.

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     jboolean   b ; 
     const   char   * s   =   env -> GetStringUTFChars ( s_ ,   & b ) ; 
 
     if ( b ) 
         puts ( "we have a copy" ) ; 

C에서 Java로 문자열 반환 :

자바 코드 :

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 public   native   String   stringFromJNI ( ) ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jstring  JNICALL  Java_com_mabel_developer_jnitest_MainActivity_stringFromJNI ( 
         JNIEnv   * env , 
         jobject   /* this */ )   { 
     std :: string   hello   =   "Hello from C++" ; 
 
     return   env -> NewStringUTF ( hello . c_str ( ) ) ; 
 } 

배열

C 코드에 java 배열을 보내려는 경우 :

Java 코드

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 public   static   native   int   addArray ( int   [ ] arr ) ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jint  JNICALL 
 Java_com_devarea_MainActivity_addArray 
         ( JNIEnv   * env ,   jclass  type ,   jintArray  jarr )   { 
 
     jint   * arr   =   env -> GetIntArrayElements ( jarr ,   NULL ) ; 
     int   res = 0 ; 
     int   size   =   env -> GetArrayLength ( jarr ) ; 
     for ( int   i = 0 ; i < size ; i ++ ) 
         res += arr [ i ] ; 
 
     env -> ReleaseIntArrayElements ( jarr ,   arr ,   0 ) ; 
     return   res ; 
 } 

먼저 GetIntArrayElements를 사용하여 Java Array를 C로 복사 한 다음 배열 크기를 묻고 c 배열을 조작하고 놓습니다.

문자열 처리와 비슷합니다.

C에서 Java Array 반환 :

자바 코드 :

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 public   static   native   int [ ]   getArray ( ) ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jintArray  JNICALL 
 Java_com_mabel_devarea_MainActivity_getArray 
         ( JNIEnv   * env ,   jclass  type )   { 
 
     int   arr [ 10 ] = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 0 } ; 
     jintArray  ret   =   env -> NewIntArray ( 10 ) ; 
 
     env -> SetIntArrayRegion ( ret , 0 , 10 , arr ) ; 
 
     return   ret ; 
 
 } 

글로벌 및 로컬 참조 :

로컬 및 글로벌 참조의 차이점을 이해하는 것이 매우 중요합니다. 네이티브 코드를 전달하고 객체를 처리하면 VM이 로컬 참조를 만들고 함수가 반환 할 때까지 객체가 이동하거나 해제되지 않습니다.

레퍼런스를 네이티브 코드의 글로벌 변수에 저장하고 다른 호출 중에 참조를 사용하려면 어떻게해야합니까?

자바 코드 :

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 public   static   native   void   saveArray ( int   [ ] arr ) ; 
 public   static   native   int   addArray ( ) ; 

saveArray에서 참조를 저장하고 addArray에 사용합니다.

C 코드 :

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 jintArray  gl_arr ; 
 
 extern   "C" 
 JNIEXPORT  void   JNICALL 
 Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_saveArray ( JNIEnv   * env ,   jclass  type ,   jintArray  arr_ )   { 
 
     gl_arr   =   arr_ ; 
 } 
 
 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jint  JNICALL 
 Java_com_devarea_MainActivity_addArray ( JNIEnv   * env ,   jclass  type )   { 
     jint   * arr   =   env -> GetIntArrayElements ( gl_arr ,   NULL ) ; 
     int   res = 0 ; 
     int   size   =   env -> GetArrayLength ( gl_arr ) ; 
     for ( int   i = 0 ; i < size ; i ++ ) 
         res += arr [ i ] ; 
 
     env -> ReleaseIntArrayElements ( gl_arr ,   arr ,   0 ) ; 
     return   res ; 
 } 

이것은 잘못된 코드입니다 !!!

VM에 객체에 대한 참조를 저장하고 있으므로 이동하지 않거나 호출간에 해제 할 수 있도록 VM에 알려야합니다. 이를 위해서는 전역 참조를 선언해야합니다.

올바른 C 코드 :

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 jintArray  gl_arr ; 
 
 extern   "C" 
 JNIEXPORT  void   JNICALL 
 Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_saveArray 
         ( JNIEnv   * env ,   jclass  type ,   jintArray  arr_ )   { 
 
     gl_arr   =   ( jintArray   ) env -> NewGlobalRef ( ( jobject )   arr_ ) ; 
 } 
 
 extern   "C" 
 JNIEXPORT  jint  JNICALL 
 Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_addArray 
         ( JNIEnv   * env ,   jclass  type )   { 
 
     jint   * arr   =   env -> GetIntArrayElements ( gl_arr ,   NULL ) ; 
     int   res = 0 ; 
     int   size   =   env -> GetArrayLength ( gl_arr ) ; 
     for ( int   i = 0 ; i < size ; i ++ ) 
         res += arr [ i ] ; 
 
     env -> ReleaseIntArrayElements ( gl_arr ,   arr ,   0 ) ; 
     env -> DeleteGlobalRef ( gl_arr ) ; 
     return   res ; 
 } 

직접 버퍼 액세스

때로는 많은 양의 데이터로 작업해야하며 VM이 데이터를 복사하지 않도록해야합니다. 이 경우 ByteBuffer를 사용할 수 있습니다.

자바 코드 :

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 ByteBuffer  buf   =   ByteBuffer . allocateDirect ( 1000 ) ; 
 processData ( buf ) ; 
 
 . . . . . 
 
 
 public   static   native   void   processData ( ByteBuffer  buf ) ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  void   JNICALL 
 Java_com_devarea_jnitest_MainActivity_processData ( JNIEnv   * env ,   jclass  type ,   jobject  buf )   { 
 
     char   * data = ( char   * ) env -> GetDirectBufferAddress ( buf ) ; 
 
     int   len   =   env -> GetDirectBufferCapacity ( buf ) ; 
 
     for ( int   i = 0 ; i < len ; i ++ ) 
     { 
         data [ i ] = 'X' ; 
     } 
 } 

둘 이상의 기능에서 동일한 버퍼를 사용하는 경우 매우 유용 할 수 있습니다. 또한 네이티브 코드 (malloc 사용) 내에서 버퍼를 만들고 env -> NewDirectByteBuffer를 사용하여 Java 코드로 반환 할 수 있습니다

반사

JNI에서 유일하게 지원되는 타입은 문자열과 배열이고, 다른 객체는 jobject로 전달되며, 리플렉션을 사용해야하는 데이터, 속성 및 메서드에 액세스하려는 경우 :

예제 - 자바 코드 :

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 package   com . example . testjni ; 
 
 public   class   Nlib   { 
	 public   native   int   func ( int   a , int   b ) ; 
	
	 private   int   getNum ( int   a ) 
	 { 
		 return   a + 100 ; 
	 } 
	 static  
	 { 
		 System . loadLibrary ( "testJNI" ) ; 
	 } 
 } 

"func"는 멤버 함수이므로 Nlib 객체를 만들고 func을 호출 할 때 사용해야합니다.

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 Nlib  obj = new   Nlib ( ) 
 obj . func ( ) 

obj (this)가 jobject로 전달됩니다.

C 코드 :

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 JNIEXPORT  jint  JNICALL  Java_com_example_testjni_Nlib_func 
   ( JNIEnv   * env ,   jobject  obj ,   jint   a ,   jint   b ) 
 { 
	 jclass  cl = env -> GetObjectClass ( obj ) ; 
 
	 jmethodID   m = env -> GetMethodID ( cl , "getNum" , "(I)I" ) ; 
 
	 jint  num = env -> CallIntMethod ( obj , m , a + b ) ; 
 
	 return   num ; 
 
 } 

이 예에서는 obj에 대한 Class 객체를 검색 한 다음 리플렉션을 사용하여 getNum 함수의 메서드 객체를 가져 와서 정수를 매개 변수로 가져 와서 정수를 반환합니다. 마지막으로 우리는 객체 obj를 사용하여 함수를 호출하고 인자로 + b를 전송합니다.

이 메서드를 사용하면 모든 함수를 호출 할 수 있지만 작성하기가 복잡합니다 (이 예제와 같은 private 함수를 호출 할 수도 있음)

JNI_OnLoad

네이티브 라이브러리를 초기화하는 함수를 작성할 수 있습니다.이 함수의 한 용도는 함수 포인터 테이블을로드하여 긴 함수 이름을 제거하는 것입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

자바 코드 :

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 public   class   MyLib   { 
     static   { 
         System . loadLibrary ( "mylib" ) ; 
     } 
 
     public   native   static   long   f1 ( long   n ) ; 
     public   native   static   long   f2 ( long   n ) ; 
     public   native   static   long   f3 ( long   n ) ; 
 
 } 

C ++ 코드 :

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 namespace   com_example_cpptest   { 
 
     static   jlong  myf1 ( JNIEnv   * env ,   jclass  clazz ,   jlong   n )   { 
         // implement; 
     } 
     static   jlong  myf2 ( JNIEnv   * env ,   jclass  clazz ,   jlong   n )   {  
        // implement;  
     } 
     static   jlong  myf3 ( JNIEnv   * env ,   jclass  clazz ,   jlong   n )   {  
        // implement;  
     }   
 
 
     static   JNINativeMethod  method_table [ ]   =   { 
             {   "f1" ,   "(J)J" ,   ( void   * )   myf1   } , 
             {   "f2" ,   "(J)J" ,   ( void   * )   myf2   } , 
             {   "f3" ,   "(J)J" ,   ( void   * )   myf3   } 
     } ; 
 } 
 
 using   namespace   com_example_cpptest ; 
 
 jint  JNI_OnLoad ( JavaVM *   vm ,   void *   reserved )   { 
     JNIEnv *   env ; 
     javaVM   =   vm ; 
     if   ( vm -> GetEnv ( reinterpret_cast < void * * > ( &env ) ,   JNI_VERSION_1_6 )   !=   JNI_OK )   { 
         return   JNI_ERR ; 
     }   else   { 
         jclass  clazz   =   env -> FindClass ( "com/devarea/jnitest/MyLib" ) ; 
         if   ( clazz )   { 
             jint  ret   =   env -> RegisterNatives ( clazz ,   method_table ,   sizeof ( method_table )   /   sizeof ( method_table [ 0 ] ) ) ; 
             env -> DeleteLocalRef ( clazz ) ; 
             return   ret   ==   0   ?   JNI_VERSION_1_6   :   JNI_ERR ; 
         }   else   { 
             return   JNI_ERR ; 
         } 
     } 
 } 

코드에서 알 수 있듯이 이런 식으로 함수 포인터를 사용하기 때문에 긴 기호 이름을 가진 함수를 선언 할 필요가 없습니다.

네이티브 스레드로 작업하기

때로는 네이티브 코드에 스레드를 만들려고합니다. 예를 들어 작업을 비동기로 만들려면 네이티브 시스템 호출 또는 함수를 사용하면됩니다.

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 static   jlong  fibNR ( JNIEnv   * env ,   jclass  clazz ,   jlong   n )   { 
         pthread_t  t1 ; 
         pthread_create ( & t1 , NULL , threadfn , ( void * ) n ) ; 
         return   0 ; 
 } 

이제 간단히 threadfn 함수를 작성하십시오. 그러나 당신이 JNI 인터페이스에 접근하기를 원하지 않는다면 - 매개 변수 env는 각각의 쓰레드를 위해 만들어지고 만약 당신이 커스텀 쓰레드에서 그것을 사용하고자한다면 당신은 하나를 생성해야한다. 이 작업은 AttachCurrentThread를 사용하여 수행됩니다.

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     static   void   * threadfn ( void   * p ) 
     { 
         jlong  res   =   longlastfn ( ( long ) p ) ; 
         JNIEnv   * env ; 
         int   n = javaVM -> AttachCurrentThread ( & env , NULL ) ; 
 
         // use env to access any function 
 
         javaVM -> DetachCurrentThread ( ) ; 
         return   ( void * ) res ; 
     } 
 
 
     static   jlong  fibNR ( JNIEnv   * env ,   jclass  clazz ,   jlong   n )   { 
         pthread_t  t1 ; 
         pthread_create ( & t1 , NULL , threadfn , ( void * ) n ) ; 
         return   0 ; 
     } 

JNI_OnLoad에 전역 변수로 저장하거나 스레드를 만드는 함수에서 env에서 가져 와서 javaVM에 액세스 할 수 있습니다.

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 JavaVM   * vm ; 
 env -> GetJavaVM ( & vm ) ; 

예외 처리

다음 두 가지 경우에 예외를 사용할 수 있습니다.

Java 예외를 생성하는 원시 코드 호출 :

자바 코드 :

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 public   native   void   getException ( )   throws   IOException ; 

C 코드 :

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 extern   "C" 
 JNIEXPORT  void   JNICALL 
 Java_com_mabel_developer_jnitest_MainActivity_getException ( JNIEnv   * env ,   jclass  type )   { 
 
     // Do something and if you want to throw exception: 
 
     jclass  cl   =   env -> FindClass ( "java/io/IOException" ) ; 
     env -> ThrowNew ( cl , "error from JNI" ) ; 
 
     return ; 
 
 } 

두 번째 경우는 native에서 Java 코드를 호출하고 예외를 throw하는지 확인합니다.

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 env -> CallIntMethod ( obj ,   method ,   10 ,   20 ) ; 
 if ( env -> ExceptionCheck ( ) ) 
 { 
      // handle exception 
      env -> ExceptionClear ( ) ; 
 } 

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스마트폰앱

JAVA 및 C / C ++ : JNI 안내서 쉬우면서도 자세히 안내

JAVA 및 C / C ++ : JNI 안내서

JNI - 자바 네이티브 인터페이스

동일한 주소 공간 - 다른 힙

간단한 예 :

기본 유형

문자열

배열

글로벌 및 로컬 참조 :

직접 버퍼 액세스

반사

JNI_OnLoad

네이티브 스레드로 작업하기

예외 처리

" JAVA AND C / C ++ : JNI GUIDE "에 대한 2 가지 생각