java高级用法之:JNA中的Structure

简介

前面我们讲到了JNA中JAVA代码和native代码的映射,虽然可以通过TypeMapper来将JAVA中的类型和native中的类型进行映射,但是native中的数据类型都是基础类型,如果native中的数据类型是复杂的struct类型该如何进行映射呢?

不用怕,JNA提供了Structure类,来帮助我们进行这些映射处理。

native中的struct

什么时候会用到struct呢?一般情况下,当我们需要自定义一个数据类的时候,一般情况下,在JAVA中需要定义一个class(在JDK17中,可以使用更加简单的record来进行替换),但是为一个数据结构定义class显然有些臃肿,所以在native语言中,有一些更简单的数据结构叫做struct。

我们先看一个struct的定义:

typedef struct _Point {   int x, y; } Point; 

上面的代码中,我们定义了一个Pointer的struct数据类下,在其中定义了int的x和y值表示Point的横纵坐标。

struct的使用有两种情况,一种是值传递,一种是引用传递。先来看下这两种情况在native方法中是怎么使用的:

引用传递:

Point* translate(Point* pt, int dx, int dy); 

值传递:

Point translate(Point pt, int dx, int dy); 

Structure

那么对于native方法中的struct数据类型的使用方式,应该如何进行映射呢? JNA为我们提供了Structure类。

默认情况下如果Structure是作为参数或者返回值,那么映射的是struct*,如果表示的是Structure中的一个字段,那么映射的是struct。

当然你也可以强制使用Structure.ByReference 或者 Structure.ByValue 来表示是传递引用还是传值。

我们看下上面的native的例子中,如果使用JNA的Structure来进行映射应该怎么实现:

指针映射:

class Point extends Structure { public int x, y; } Point translate(Point pt, int x, int y); ... Point pt = new Point(); Point result = translate(pt, 100, 100); 

传值映射:

class Point extends Structure {     public static class ByValue extends Point implements Structure.ByValue { }     public int x, y; } Point.ByValue translate(Point.ByValue pt, int x, int y); ... Point.ByValue pt = new Point.ByValue(); Point result = translate(pt, 100, 100); 

Structure内部提供了两个interface,分别是ByValue和ByReference:

public abstract class Structure {      public interface ByValue { }      public interface ByReference { } 

要使用的话,需要继承对应的interface。

特殊类型的Structure

除了上面我们提到的传值或者传引用的struct,还有其他更加复杂的struct用法。

结构体数组作为参数

首先来看一下结构体数组作为参数的情况:

void get_devices(struct Device[], int size); 

对应结构体数组,可以直接使用JNA中对应的Structure数组来进行映射:

int size = ... Device[] devices = new Device[size]; lib.get_devices(devices, devices.length); 

结构体数组作为返回值

如果native方法返回的是一个指向结构体的指针,其本质上是一个结构体数组,我们应该怎么处理呢?

先看一下native方法的定义:

struct Display* get_displays(int* pcount); void free_displays(struct Display* displays); 

get_displays方法返回的是一个指向结构体数组的指针,pcount是结构体的个数。

对应的JAVA代码如下:

Display get_displays(IntByReference pcount); void free_displays(Display[] displays); 

对于第一个方法来说,我们只返回了一个Display,但是可以通过Structure.toArray(int) 方法将其转换成为结构体数组。传入到第二个方法中,具体的调用方式如下:

IntByReference pcount = new IntByReference(); Display d = lib.get_displays(pcount); Display[] displays = (Display[])d.toArray(pcount.getValue()); ... lib.free_displays(displays); 

结构体中的结构体

结构体中也可以嵌入结构体,先看下native方法的定义:

typedef struct _Point {   int x, y; } Point;  typedef struct _Line {   Point start;   Point end; } Line; 

对应的JAVA代码如下:

class Point extends Structure {   public int x, y; }  class Line extends Structure {   public Point start;   public Point end; } 

如果是下面的结构体中的指向结构体的指针:

typedef struct _Line2 {   Point* p1;   Point* p2; } Line2; 

那么对应的代码如下:

class Point extends Structure {     public static class ByReference extends Point implements Structure.ByReference { }     public int x, y; } class Line2 extends Structure {   public Point.ByReference p1;   public Point.ByReference p2; } 

或者直接使用Pointer作为Structure的属性值:

class Line2 extends Structure {   public Pointer p1;   public Pointer p2; }  Line2 line2; Point p1, p2; ... line2.p1 = p1.getPointer(); line2.p2 = p2.getPointer(); 

结构体中的数组

如果结构体中带有固定大小的数组:

typedef struct _Buffer {   char buf1[32];   char buf2[1024]; } Buffer; 

那么我们在JAVA中需要指定数据的大小:

class Buffer extends Structure {   public byte[] buf1 = new byte[32];   public byte[] buf2 = new byte[1024]; } 

如果结构体中是动态大小的数组:

typedef struct _Header {   int flags;   int buf_length;   char buffer[1]; } Header; 

那么我们需要在JAVA的结构体中定义一个构造函数,传入bufferSize的大小,并分配对应的内存空间:

class Header extends Structure {   public int flags;   public int buf_length;   public byte[] buffer;   public Header(int bufferSize) {     buffer = new byte[bufferSize];     buf_length = buffer.length;     allocateMemory();   } } 

结构体中的可变字段

默认情况下结构体中的内容和native memory的内容是一致的。JNA会在函数调用之前将Structure的内容写入到native memory中,并且在函数调用之后,将 native memory中的内容回写到Structure中。

默认情况下是将结构体中的所有字段都进行写入和写出。但是在某些情况下,我们希望某些字段不进行自动更新。这个时候就可以使用volatile关键字,如下所示:

class Data extends com.sun.jna.Structure {   public volatile int refCount;   public int value; } ... Data data = new Data(); 

当然,你也可以强制使用Structure.writeField(String)来将字段信息写入内存中,或者使用Structure.read() 来更新整个结构体的信息或者使用data.readField(“refCount”)来更新具体字段信息。

结构体中的只读字段

如果不想从JAVA代码中对Structure的内容进行修改,则可以将对应的字段标记为final。在这种情况下,虽然JAVA代码不能直接对其进行修改,但是仍然可以调用read方法从native memory中读取对应的内容并覆盖Structure中对应的值。

来看下JAVA中如何使用final字段:

class ReadOnly extends com.sun.jna.Structure {   public final int refCount;   {     // 初始化     refCount = -1;     // 从内存中读取数据     read();   } } 

注意所有的字段的初始化都应该在构造函数或者静态方法块中进行。

总结

结构体是native方法中经常会使用到的一种数据类型,JNA中对其进行映射的方法是我们要掌握的。

本文已收录于 http://www.flydean.com/08-jna-structure/

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