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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Neues in Java 7
2 Threads und nebenläufige Programmierung
3 Datenstrukturen und Algorithmen
4 Raum und Zeit
5 Dateien, Verzeichnisse und Dateizugriffe
6 Datenströme
7 Die eXtensible Markup Language (XML)
8 Dateiformate
9 Grafische Oberflächen mit Swing
10 Grafikprogrammierung
11 Netzwerkprogrammierung
12 Verteilte Programmierung mit RMI
13 RESTful und SOAP Web-Services
14 JavaServer Pages und Servlets
15 Applets
16 Datenbankmanagement mit JDBC
17 Technologien für die Infrastruktur
18 Reflection und Annotationen
19 Dynamische Übersetzung und Skriptsprachen
20 Logging und Monitoring
21 Java Native Interface (JNI)
22 Sicherheitskonzepte
23 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
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Java 7 - Mehr als eine Insel von Christian Ullenboom
Das Handbuch zu den Java SE-Bibliotheken
Buch: Java 7 - Mehr als eine Insel

Java 7 - Mehr als eine Insel
Rheinwerk Computing
1433 S., 2012, geb.
49,90 Euro, ISBN 978-3-8362-1507-7
Pfeil 21 Java Native Interface (JNI)
Pfeil 21.1 Java Native Interface und Invocation-API
Pfeil 21.2 Eine C-Funktion in ein Java-Programm einbinden
Pfeil 21.2.1 Den Java-Code schreiben
Pfeil 21.3 Dynamische Bibliotheken erzeugen
Pfeil 21.3.1 Die Header-Datei erzeugen
Pfeil 21.3.2 Implementierung der Funktion in C
Pfeil 21.3.3 Die C-Programme übersetzen und die dynamische Bibliothek überzeugen
Pfeil 21.4 Nativ die Stringlänge ermitteln
Pfeil 21.5 Erweiterte JNI-Eigenschaften
Pfeil 21.5.1 Klassendefinitionen
Pfeil 21.5.2 Zugriff auf Attribute
Pfeil 21.5.3 Methoden aufrufen
Pfeil 21.5.4 Threads und Synchronisation
Pfeil 21.6 Einfache Anbindung von existierenden Bibliotheken
Pfeil 21.6.1 Generieren von JNI-Wrappern aus C++-Klassen und C-Headern
Pfeil 21.6.2 COM-Schnittstellen anzapfen
Pfeil 21.7 Invocation-API
Pfeil 21.8 Zum Weiterlesen

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21.5 Erweiterte JNI-EigenschaftenZur nächsten Überschrift

Im letzten Beispiel haben wir auf der Java-Seite wenig unternommen beziehungsweise lediglich eine C-Funktion aufgerufen und ein Ergebnis zurückgegeben. Nun wollen wir Objekteigenschaften auslesen, Methoden aufrufen und Objekte erzeugen. JNI bietet noch mehr als nur die Übergabe von primitiven Datentypen und Strings.


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21.5.1 KlassendefinitionenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

JNI repräsentiert ein Java-Objekt durch jobject. Um auf Attribute eines Java-Objekts zuzugreifen, müssen wir zunächst die Klassendefinition erfragen. Wir kennen das bereits aus Kapitel 18, »Reflection und Annotationen«:

Class clazz = o.getClass();

Ähnlich funktioniert das in JNI. Dort benutzen wir die JNI-Funktion GetObjectClass():

jclass jclass;   // Zuweisung mit Initialisierung in klassischem C nicht möglich
jclass = (*env)->GetObjectClass( env, obj );

obj repräsentiert das Objekt, für das wir die Klassendefinition besorgen.

Und wie auch Reflection nicht nur mit getClass() das Class-Objekt liefert, sondern auch eine Suche nach dem Klassenamen mit Class.forName() bietet, so ermöglicht JNI Ähnliches mit FindClass().

jclass = (*env)->FindClass( env, "Klassenname" );
Beispiel

Ein Exemplar der Klasse C wird einer nativen Funktion übergeben. Die Deklaration der nativen Methode in Java ist folgende:

native void foo( C c );

Die Übersetzung liefert uns in etwa:

JNIEXPORT jobject JNICALL foo( JNIEnv *env, jobject in_c )

Es holt GetObjectClass() die Klassendefinition, die anschließend in jclass steht:

jclass jclass = (*env)->GetObjectClass( env, in_c );


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21.5.2 Zugriff auf AttributeZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Um unter Reflection auf die Attribute zuzugreifen, muss das Class-Objekt ein Field-Objekt akquirieren:

Field field = clazz.getField( Feldname );

Ähnlich funktioniert auch dieses wieder in JNI. Mit der JNI-Funktion GetFieldID() erhalten wir einen Zeiger auf den Speicherplatz eines Felds.

Beispiel

Jetzt müssen wir nur über unsere Klasse C weitere Aussagen machen. Geben wir Folgendes vor:

class C { int i; }

Um die Attribut-ID zu erlangen, schreiben wir:

jfieldID jfid;
jfid = (*env)->GetFieldID( env, jclass, "i", "I");

Den zweiten Parameter entlarven wir als Zeiger auf die Klassendefinition. Das dritte Argument kennzeichnet den Namen der Variablen (i in der Klasse C), und das letzte Argument bestimmt den Typ der Variablen. Das große I kennzeichnet einen Integer, und die anderen Typen haben wir schon einmal beleuchtet. Zur Wiederholung:

Tabelle 21.1: Kodierung von Typen

Signatur Typ

Z

boolean

B

Byte

C

Char

S

Short

I

Int

J

Long

F

Float

D

Double

V

Void

LvollQualifizierterName;

Objekttyp

[Typ

Feld mit Typ

Der letzte Schritt ist das Auslesen beziehungsweise Setzen der Werte. Wiederum soll uns Reflection eine Orientierung geben:

Class clazz = o.getClass();
Field field = clazz.getField( Feldname );
field.setAttribute( o, new Integer(9) );
Beispiel

Die JNI-Funktion GetIntField() liest das Attribut des Objekts aus:

jfieldID jfid;
jclass jclass;
jint val;
jclass = (*env)->GetObjectClass( env, in_c );
jfid = (*env)->GetFieldID( env, jclass, "i", "I");
val = (*env)->GetIntField( env, in_c, jfid );

Für die unterschiedlichen Typen stehen ebenfalls ganz unterschiedliche GetXXXField()-Funktionen zur Verfügung. Die Tabelle fasst sie zusammen:

Tabelle 21.2: Zugriff auf Attribute von Java-Objekten

GetField Nativer Typ Java-Typ

GetObjectField()

jobject

Object

GetBooleanField()

jboolean

boolean

GetByteField()

Jbyte

byte

GetCharField()

Jchar

char

GetShortField()

Jshort

short

GetIntField()

Jint

int

GetLongField()

Jlong

long

GetFloatField()

Jfloat

float

GetDoubleField()

jdouble

double

Die entsprechenden SetXXXField()-Funktionen lassen sich leicht ableiten. Die letzte Frage ist die nach den Datentypen. Die anschließende Tabelle zeigt, welcher Java-Typ welchem nativen Typ zugeordnet ist und wie die Wertebereiche sind:

Tabelle 21.3: Mapping zwischen Javas primitiven Datentypen (sowie void) und C

Java-Typ Nativer Typ Beschreibung

boolean

jboolean

8 Bit ohne Vorzeichen

byte

jbyte

8 Bit mit Vorzeichen

char

jchar

16 Bit ohne Vorzeichen

short

jshort

16 Bit mit Vorzeichen

int

iint

32 Bit mit Vorzeichen

long

jlong

64 Bit mit Vorzeichen

float

jfloat

32 Bit

double

jdouble

64 Bit

void

void

 


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21.5.3 Methoden aufrufenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

So wie bei Attributzugriffen eine jfieldID nötig ist, so bedarf es bei Methodenaufrufen einer jmethodID. Diese liefert die Methode GetMethodID() für Objektfunktionen und GetStaticMethodID() für statische Funktionen. Anzugeben bei der ID-Suche ist der Name der Funktion und als String kodiert der Rückgabetyp und die Parametertypen. Ist das Ergebnis des Methodenaufrufs 0, so gibt es die Methode nicht.

id = (*env) -> GetMethodID( env, cls, "getAbsolutePath", "()Ljava/lang/String;" );
if ( id == 0 ) { /* Fehlerbehandlung */ }
Hinweis

Für die nicht so intuitive String-Signatur der Methode bietet sich das Dienstprogramm javap mit dem Schalter -s an.

$ javap -s java.io.File

Der relevante Ausschnitt in unserem Fall lautet:

public class java.io.File extends java.lang.Object implements java.io.Serializable,java.lang.Comparable{
public java.lang.String getAbsolutePath();
Signature: ()Ljava/lang/String;
}

Die Funktionen CallObjectMethod() bzw. CallStaticMethod() rufen mit der jmethodID die Java-Funktion auf. Sie sind für alle Funktionen gedacht, die ein Objekt (also auch Felder) zum Ergebnis haben.

id = (*env) -> GetMethodID( env, cls, "getAbsolutePath", "()Ljava/lang/String;" );
obj = (*env) -> CallObjectMethod( env, file, id );

Ist das Ergebnis ein primitiver Typ, steht der Typ der Rückgabe im Funktionsnamen – der Bauplan für die Namen ist CallTypMethod() bzw. CallStaticTypMethod(), also etwa CallBooleanMethod(). Im Fall keiner Rückgabe steht für den Typ einfach Void, wie CallStaticVoidMethod().

In unserem Beispiel mit getAbsolutePath() vom File-Ojekt hat die Methode keinen Parameter. Die C-Methoden Call<Typ>Method() bzw. CallStatic<Typ>Method() sind so definiert, dass sie Argumente per Varargs annehmen:

Call<type>Method( JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, ... );
CallStatic<type>Method( JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, ... );

Neben den mit ... definierten Varargs gibt es zwei weitere Varianten für alle Funktionen, die auf "A" beziehungsweise auf "V" enden.

  • CallStatic<Typ>MethodA(JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, jvalue *args);
  • Call<Typ>MethodA(JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, jvalue *args);
  • CallStatic<Typ>MethodV(JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, va_list args);
  • CallObject<Typ>MethodV(JNIEnv *env, jclass clazz, jmethodID methodID, va_list args);

Die Funktionen mit der Endung "A" nehmen die Argumente für die Java-Funktion über einen Verweis auf ein jvalue-Feld an, und die Methode mit der Endung "V" nimmt die Argumente in einer Struktur vom Typ va_list an.


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21.5.4 Threads und SynchronisationZur vorigen Überschrift

Die Struktur JNIEnv bietet zur Synchronisation die zwei Funktionen, um das Betreten und Verlassen eines synchronisierten Blocks nachzubilden.

  • jint MonitorEnter(JNIEnv *env, jobject obj);
  • jint MonitorExit(JNIEnv *env, jobject obj);

Das zweite Argument ist genau das Lock-Objekt, an dem synchronisiert wird. Während in purem Java die Laufzeitumgebung bei einer Exception den Lock wieder freigibt, müssten wir das in C selbst überwachen.



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