Android jni/ndk编程二：jni数据类型转换(primitive,String,array)
前一篇文章中我们初步的认识了jni的相关概念，并通过静态和动态的方式体验了一把jni编程。这一片文章将进一步探究jni编程的基本知识，并且将重点集中在java数据类型映射到本地数据类型这一方面。
一.数据类型映射概述
从我们开始jni编程起，就不可能避开函数的参数与返回值的问题。java语言的数据类型和c/c++有很多不同的地方，所以我们必须考虑当在java层调用c/c++函数时，怎么正确的把java的参数传给c/c++函数，怎么正确的从c/c++函数获取正确的函数返回值；反之，当我们在c/c++中使用java的方法或属性时，如何确保数据类型能正确的在java和c/c++之间转换。
回顾我们上一篇文章中的那个c函数：
#include 这个函数非常简单，它没有接受参数，但是它返回了一个字符串给java层。我们不能简单的使用return “jni say hello to you”;而是使用了NewStringUTF函数做了个转换，这就是数据类型的映射。
普通的jni函数一般都会有两个参数：JNIEnv * env, jobject obj，第三个参数起才是该函数要接受的参数，所以这里说它没有接受参数。
1.1JNIEnv * env
JNIEnv是一个线程相关的结构体, 该结构体代表了 Java 在本线程的运行环境 。这意味不同的线程各自拥有各一个JNIEnv结构体，且彼此之间互相独立，互不干扰。NIEnv结构包括了JNI函数表，这个函数表中存放了大量的函数指针，每一个函数指针又指向了具体的函数实现，比如，例子中的NewStringUTF函数就是这个函数表中的一员。
JVM,JNIEnv与native function的关系可用如下图来表述：
1.2 jobject obj
这个参数的意义取决于该方法是静态还是实例方法(static or an instance method)。
当本地方法作为一个实例方法时，第二个参数相当于对象本身，即this. 当本地方法作为
一个静态方法时，指向所在类. 在本例中，sayHello方法是实例方法，所以obj就相当于this指针。
二.基本数据类型的映射
在Java中有两类数据类型：primitive types，如，int, float, char；另一种为
reference types，如，类，实例，数组。
java基本类型与c/c++基本类型可以直接对应，对应方式由jni规范定义：
JNI基本数据类型的定义在jni.h中：
typedef unsigned char jboolean; /* unsigned 8 bits */
typedef signed char jbyte; /* signed 8 bits */
typedef unsigned short jchar; /* unsigned 16 bits */
typedef short jshort; /* signed 16 bits */
typedef int jint; /* signed 32 bits */
typedef long long jlong; /* signed 64 bits */
typedef float jfloat; /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double jdouble; /* 64-bit IEEE 754 */也就是说jni.h中定义的数据类型已经是c/c++数据类型了，我们使用jint等类型的时候要明白其实使用的就是int 数据类型。
2.1实践
我们在上一篇博客中实现的程序的基础上进一步实验，现在给native_sayHello函数添加一个参数，c代码如下：
#include 这里还是使用动态的方式注册本地方法，相比较之前的代码，这里只做了两处修改：
1.native_sayHello增加了一个参数jint num;
2.函数签名也随之改变： “(I)Ljava/lang/String;”，之前是 “()Ljava/lang/String;”
android层的代码也随之改变：
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
textView = (TextView) findViewById(R.id.text);
String hehe = this.sayHello(12345);
textView.setText(hehe);
}
public native String sayHello(int num);这样就会在TextView中显示出jni accept num : 12345。
这个实验验证了java基本类型可以直接对应到c/c++的基本类型。
三.字符串的转换
java的String与c/c++的字符串有很大不同，二者之间不能直接对应，其转换需要通过jni函数来实现。
jni支持Unicode和utf-8两种编码格式的转换。Unicode代表的了16-bit字符集，utf-8则兼容ASCII码，java虚拟机使用的Unicode编码，c/c++则默认使用ASCII码。这因为jni支持Unicode和utfbain吗之间的转换，所以我们可以使用Jni规范提供的函数在java与c/c++之间转换数据类型。
这一节我们从字符串说起，jni使用的字符串类型是jstring，我们先看看它的定义：
c++中：
class _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
typedef _jstring* jstring;可见在c++中jstring是_jsting*类型的指针，_jstring是一个继承了_jobject类的类。
c中：
typedef void* jobject;
typedef jobject jstring;可见jstring就是一个void *类型的指针。
3.1 java->native
java虚拟机传递下来的字符串是存储在java虚拟机内部的字符串，这个字符串当然使用的是Unicode编码了，使用c编程的时候，传递下来的jstring类型是一个void *类型的指针，它指向java虚拟机内部的一个字符串，我们不能使用这个字符串，是因为它的编码方式是Unicode编码，我们需要把它转换为utf-8编码格式，这样我们就可以在c/c++中访问这个转换后的字符串了。
我们可以使用jni规范提供的一下连个函数转换Unicode编码和utf-8编码:
const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*);
void (*ReleaseStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, const char*);使用GetStringUTFChars函数时，要记得检测其返回值，因为调用该函数会有内存分配操作，失败后，该函数返回NULL，并抛OutOfMemoryError异常。
调用完GetStringUTFChars函数后，我们还要调用ReleaseStringUTFChars函数释放在GetStringUTFChars中分配的内存。不释放的话就会出现内存泄漏了。
3.2 native->java
有了以上两个函数，我们就可以把java中的字符串转换为c/c++中使用的字符串了，而把c/c++使用的字符串转换为java使用的字符串这件事我们之前已经做过了，我们可以使用使用NewStringUTF构造java.lang.String；如果此时没有足够的内存，NewStringUTF将抛OutOfMemoryError异常，同时返回NULL。
NewStringUTF定义如下：
jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);可见它接受一个char 类型的指针，char 就是我们可以在c/c++中用来指向字符串的指针了。
通过以上的学习，我们可以尝试使用这三个方法做个验证了，还是在原来的基础上修改.
3.3实站
这次实战，我们要开始使用android的logcat工具了，这个工具可以打印一些Log出来，方便我们使用。使用android logcat只需三步：
1.包含头文件
#include 2.配置Android.mk
在Android.mk中添加： LOCAL_LDLIBS := -llog
3.定义LOGI,LOGE等宏
在使用前：
#define LOG_TAG "HELLO_JNI"
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,__VA_ARGS__)这样我们就可以使用LOGI,LOGE来打印我们的Log了。
jni方法只是改为传递一个字符串进去：
jstring native_sayHello(JNIEnv * env, jobject obj,jstring str){
LOGE("JNI: native_sayHello");
char array[50];
char array1[50];
const char * local_str = (*env)->GetStringUTFChars(env,str,NULL);
LOGE("local_str: %s,length:%d",local_str,strlen(local_str));
strncpy(array,local_str,strlen(local_str)+1);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env,str,local_str);
LOGE("array: %s",array);
snprintf(array1,sizeof(array),"jni : %s",array);
LOGE("array1: %s",array1);
return (*env)->NewStringUTF(env,array1);
}我们只是做了轻微的改动，native_sayHello接受一个jstring类型的参数，我们把这个参数转换为utf-8格式的字符串，然后添加一点我们Local的信息，然后再返回给java层。假如我们在android中这样调用native方法：
String hehe = this.sayHello(“java say hello to jni”);
此时，app就会显示：
jni:java say hello to jni
以上我们对java字符串和c/c++之间字符串的转换做了简单的学习和尝试。jni规范还提供了许多用于字符串处理的函数：
jsize (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring);
const jchar* (*GetStringChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*);
void (*ReleaseStringChars)(JNIEnv*, jstring, const jchar*);这三个函数用于操作unicode字符串。当jstring指向一个unicode字符串时，我们可以使用GetStringLength获取这个unicode字符串的长度。unicode字符串不同于utf-8格式的字符串，utf-8格式的字符串一‘\0’结尾，unicode编码的字符串则不同，因此，我们需要GetStringLength来获得unicode字符串的长度。
GetStringChars与ReleaseStringChars用来获取和释放unicode编码的字符串，一般不怎么用，但如果操作系统支持unicode编码的话，这两个函数会很有用。
GetStringChars与GetStringUTFChars的第三个参数需要做进一步解释。如果我们使用他们中的某一个函数从JVM中获得一个字符串，我们不知道这个字符串是指向JVM中的原始字符串还是是一份原始字符串的拷贝，但我们可以通过第三个参数来得知这一信息。这一信息是有用的，我们知道JVM中的字符串是不能更改的，如果获得的字符串是JVM中的原始字符串，第三个参数就为JNI_FALSE，那我们不可以修改它，但如果它是一份拷贝,第三个参数就为JNI_TRUE，则意味着我们可以修改它。
通常我们不关心它，只需要把第三个参数置为NULL即可。
四.jdk 1.2中新的字符串操作函数
4.1Get/RleaseStringCritical
为尽可能的避免内存分配，返回指向java.lang.String内容的指针，Java 2 SDKrelease 1.2提供了：Get/RleaseStringCritical. 这对函数有严格的使用原则。当使用这对函数时，这对函数间的代码应被当做临界区(critical region). 在该代码区，不要调用任何会阻塞当前线程和分配对象的JNI函数，如IO之类的操作。上述原则，可以避免JavaVM执行GC。因为在执行Get/ReleaseStringCritical区的代码
时，GC被禁用了，如果因某些原因在其他线程中引发了JavaVM执行GC操作，VM有死锁的危险：当前线程A进入Get/RelaseStringCritical区，禁用了GC，如果其他线程B中有GC请求，因A线程禁用了GC，所以B线程被阻塞了；而此时，如果B线程被阻塞时已经获得了一个A线程执行后续工作时需要的锁；死锁发生了。
jni不支持Get/RleaseStringUTFCritical这样的函数，因为一旦涉及到字符串编码的转换，便使java虚拟机产生对数据的赋值行为，这样无法避免没存分配。
为避免死锁，此时应尽量避免调用其他JNI方法。
4.2GetStringRegion/GetStringUTFRegion
这两个函数的作用是向准备好的缓冲区写数据进去。
void (*GetStringRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, jchar*);
void (*GetStringUTFRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, char*);简单用法举例：
char outbuf[128];
int len = (*env)->GetStringLength(env, prompt);
(*env)->GetStringUTFRegion(env, prompt, 0, len, outbuf);其中prompt是java层传下来的字符串。这个函数可以直接把jstring类型的字符串写入到outbuf中。这个函数有三个参数：第一个是outbuf的其实位置，第二个是写入数据的长度，第三个参数是outbuf。注意，数据的长度是unicode编码的字符串长度，我们需要使用GetStringLength来获取。
注：GetStringLength/GetStringUTFLength这两个函数，前者是Unicode编码长度，后者
是UTF编码长度。
五.jni字符串操作函数总结
且看下图：
六.jni字符串操作函数总结
对于小尺寸字串的操作，首选Get/SetStringRegion和Get/SetStringUTFRegion，因为栈
上空间分配，开销要小的多；而且没有内存分配，就不会有out-of-memory exception。如
果你要操作一个字串的子集，这两个函数函数的starting index和length正合要求。
GetStringCritical/ReleaseStringCritical函数的使用必须非常小心，他们可能导致死锁。
七.访问数组
JNI处理基本类型数组和对象数组的方式是不同的。
7.1访问基本类型数组
JNI支持通过Get/ReleaseArrayElemetns返回Java数组的一个拷贝(实现优良的
VM，会返回指向Java数组的一个直接的指针，并标记该内存区域，不允许被GC)。
jni.h中的定义如下：
jboolean* (*GetBooleanArrayElements)(JNIEnv*, jbooleanArray, jboolean*);
jbyte* (*GetByteArrayElements)(JNIEnv*, jbyteArray, jboolean*);
jchar* (*GetCharArrayElements)(JNIEnv*, jcharArray, jboolean*);
jshort* (*GetShortArrayElements)(JNIEnv*, jshortArray, jboolean*);
jint* (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*);
jlong* (*GetLongArrayElements)(JNIEnv*, jlongArray, jboolean*);
jfloat* (*GetFloatArrayElements)(JNIEnv*, jfloatArray, jboolean*);
jdouble* (*GetDoubleArrayElements)(JNIEnv*, jdoubleArray, jboolean*);
void (*ReleaseBooleanArrayElements)(JNIEnv*, jbooleanArray,
jboolean*, jint);
void (*ReleaseByteArrayElements)(JNIEnv*, jbyteArray,
jbyte*, jint);
void (*ReleaseCharArrayElements)(JNIEnv*, jcharArray,
jchar*, jint);
void (*ReleaseShortArrayElements)(JNIEnv*, jshortArray,
jshort*, jint);
void (*ReleaseIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray,
jint*, jint);
void (*ReleaseLongArrayElements)(JNIEnv*, jlongArray,
jlong*, jint);
void (*ReleaseFloatArrayElements)(JNIEnv*, jfloatArray,
jfloat*, jint);
void (*ReleaseDoubleArrayElements)(JNIEnv*, jdoubleArray,
jdouble*, jint);GetArrayRegion函数可以把获得的数组写入一个提前分配好的缓冲区中。
SetArrayRegion可以操作这一缓冲区。
其定义如下：
void (*GetBooleanArrayRegion)(JNIEnv*, jbooleanArray,
jsize, jsize, jboolean*);
void (*GetByteArrayRegion)(JNIEnv*, jbyteArray,
jsize, jsize, jbyte*);
void (*GetCharArrayRegion)(JNIEnv*, jcharArray,
jsize, jsize, jchar*);
void (*GetShortArrayRegion)(JNIEnv*, jshortArray,
jsize, jsize, jshort*);
void (*GetIntArrayRegion)(JNIEnv*, jintArray,
jsize, jsize, jint*);
void (*GetLongArrayRegion)(JNIEnv*, jlongArray,
jsize, jsize, jlong*);
void (*GetFloatArrayRegion)(JNIEnv*, jfloatArray,
jsize, jsize, jfloat*);
void (*GetDoubleArrayRegion)(JNIEnv*, jdoubleArray,
jsize, jsize, jdouble*);
/* spec shows these without const; some jni.h do, some don't */
void (*SetBooleanArrayRegion)(JNIEnv*, jbooleanArray,
jsize, jsize, const jboolean*);
void (*SetByteArrayRegion)(JNIEnv*, jbyteArray,
jsize, jsize, const jbyte*);
void (*SetCharArrayRegion)(JNIEnv*, jcharArray,
jsize, jsize, const jchar*);
void (*SetShortArrayRegion)(JNIEnv*, jshortArray,
jsize, jsize, const jshort*);
void (*SetIntArrayRegion)(JNIEnv*, jintArray,
jsize, jsize, const jint*);
void (*SetLongArrayRegion)(JNIEnv*, jlongArray,
jsize, jsize, const jlong*);
void (*SetFloatArrayRegion)(JNIEnv*, jfloatArray,
jsize, jsize, const jfloat*);
void (*SetDoubleArrayRegion)(JNIEnv*, jdoubleArray,
jsize, jsize, const jdouble*);GetArrayLength函数可以获得数组中元素个数，其定义如下：
jsize (*GetArrayLength)(JNIEnv*, jarray);jni操作原始类型数组的函数总结如下：
7.2实战尝试
我们修改之前的native_sayHello函数，让它接受数组作为参数：
jint native_sayHello(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 */
}
jint length = (*env)->GetArrayLength(env,arr);
for (i=0; i"carr[%d]=%d",i,carr[i]);
sum += carr[i];
}
(*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, carr, 0);
return sum;
} 不要忘记修改函数签名：
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"sayHello", "([I)I", (void *)native_sayHello},
}; java层调用如下：
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
textView = (TextView) findViewById(R.id.text);
int a[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
String hehe = "num: "+String.valueOf(this.sayHello(a));
textView.setText(hehe);
}
public native int sayHello(int [] arr);打印如下：
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[0]=1
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[1]=2
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[2]=3
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[3]=4
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[4]=5
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[5]=6
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[6]=7
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[7]=8
09-22 12:17:54.365 28093-28093/com.jinwei.jnitesthello E/HELLO_JNI: carr[8]=97.3访问对象数组
对于对象数组的访问，使用Get/SetObjectArrayElement，对象数组只提供针对数组的每
个元素的Get/Set，不提供类似Region的区域性操作。
对象数组的操作主要有如下三个函数：
jobjectArray (*NewObjectArray)(JNIEnv*, jsize, jclass, jobject);
jobject (*GetObjectArrayElement)(JNIEnv*, jobjectArray, jsize);
void (*SetObjectArrayElement)(JNIEnv*, jobjectArray, jsize, jobject);这三个方法的使用通过下面的实战来讲解。
7.4实战体验
我们在下面的实战中作如下尝试：
1.java层传入一个String a[] = {“hello1”,”hello2”,”hello3”,”hello4”,”hello5”};
2.native打印出每一个值。
3.native创建一个String数组，
4.返回给java,java显示出这个字符串数组的所有成员
native实现方法：
我们新增一个函数来实现上面要求。
jobjectArray native_arrayTry(JNIEnv * env, jobject obj,jobjectArray arr){
jint length = (*env)->GetArrayLength(env,arr);
const char * tem ;
jstring larr;
jint i=0;
for(i=0;i//1.获得数组中一个对象
larr = (*env)->GetObjectArrayElement(env,arr,i);
//2.转化为utf-8字符串
tem = (*env)->GetStringUTFChars(env,larr,NULL);
//3.打印这个字符串
LOGE("arr[%d]=%s",i,tem);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env,larr,tem);
}
jobjectArray result;
jint size = 5;
char buf[20];
//1.获取java.lang.String Class
jclass intArrCls = (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
if (intArrCls == NULL) {
return NULL; /* exception thrown */
}
//2. 创建java.lang.String数组
result = (*env)->NewObjectArray(env, size, intArrCls, NULL);
if (result == NULL) {
return NULL; /* out of memory error thrown */
}
//3.设置数组中的每一项，分别为jni0,jni1,jni2,jni3,jni4
for (i = 0; i < size; i++) {
larr = (*env)->GetObjectArrayElement(env,result,i);
snprintf(buf,sizeof(buf),"jni%d",i);
(*env)->SetObjectArrayElement(env, result, i,(*env)->NewStringUTF(env,buf) );
}
//4.返回array
return result;
} 方法签名：
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"sayHello", "([I)I", (void *)native_sayHello},
{"arrayTry","([Ljava/lang/String;)[Ljava/lang/String;",(void *)native_arrayTry},
};
java层调用：
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
textView = (TextView) findViewById(R.id.text);
String a[] = {"hello1","hello2","hello3","hello4","hello5"};
String []strings = this.arrayTry(a);
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for(String s:strings){
stringBuilder.append(s);
}
textView.setText(stringBuilder.toString());
}
public native int sayHello(int []arr);
public native String[] arrayTry(String [] arr);
}至此，数据类型的转换问题就告一段落。我们总结了基本类型、字符串、基本类型数组、对象数组在java和c/c++之间的转换，并通过实验做了尝试。下一篇博客将继续探讨jni，我们将从native层访问java层，也就是使用c/c++代码访问java中的方法和字段，这将依然非常有趣…