java高级用法之JNA中的Structure（javafinal类）

java高级用法之JNA中的Structure（javafinal类）

目录简介native中的structStructure特殊类型的Structure结构体数组作为参数结构体数组作为返回值结构体中的结构体结构体中的数组结构体中的可变字段结构体中的只读字段总结

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：

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。

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