问题描述

虚拟化项目，需要用到Java调用原生代码的技术，我们使用的是开源库JNA(Java Native Access)。

Native(C/C++)代码，编译生成动态链接库Dynamic-link library。

在Windows下常见的.dll文件。这是我们项目中用到的动态链接库。

而在unix环境下，为.so文件。这是百度地图的动态链接库。

与动态链接库配套的，会有相应的头文件，来声明动态链接库中对外暴露的方法。

百度地图是直接封装好，给了.so，但是不给头文件，直接把写好的jar包给你，直接调用就行。

之前也是用过百度地图的SDK，现在自己手写代码调用动态链接库才明白，原来之前用的都是别人封装好的，如今自己参照头文件手写，感觉理解还是深刻了不少。

入门

待解决的问题

我们使用JNA，主要是去调用动态链接库中已经实现的方法，所以要解决的问题就是：如何在Java代码中调用动态链接库的方法？

打开头文件，这个方法要求传输的数据是指针，而Java是没有指针的，另一个问题：Java数据类型与C/C++的数据类型如何映射？

方法映射

打开JNA的官方README，点击Getting Started。

直接看代码，里面的sample，入门足够了。

1. 定义接口，继承Library。
2. 定义该接口的一个实例，加载动态链接库。
3. 在接口中声明方法，该方法需要与原生代码方法声明一致。
4. 然后该方法就映射到了原生的方法，我们只需调用该接口中的方法，即可调用到原生的对应方法。

// This is the standard, stable way of mapping, which supports extensive// customization and mapping of Java to native types.public interface CLibrary extends Library {    CLibrary INSTANCE = (CLibrary)        Native.load((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),                            CLibrary.class);    void printf(String format, Object... args);}

类型映射

默认类型映射

这是官方README中给的类型映射。

学习与实践的区别，看着这个表格感觉挺简单的，实际用起来真难。

结构体映射

结构体PSA_HOST：

typedef struct {  char   name[33];  DWORD  context;} PSA_HOST;

映射类HostStruct：

1. 编写类HostStruct，继承Structure，表示这个一个结构体。
2. 声明字段name与context，并且设置访问属性为public。
3. 重写getFieldOrder方法，表示本类中各字段以何顺序映射原生结构体。

/** * @author zhangxishuo on 2019-02-16 * 结构体 PSA_HOST */public class HostStruct extends Structure {    public byte[] name = new byte[33];    public int context;    @Override    protected List
    
      getFieldOrder() {        return Arrays.asList("name", "context");    }}
    

注意

const char *才能映射为String类型。

而char *只能映射为byte数组，然后使用Native.toString()方法将byte数组转换为String。

方法映射

typedef PSA_STATUS (*LPFN_PSA_ShutdownHost)( PSA_LOGON_HANDLE *handle, IN PSA_HOST *psa_host );

参数中需要PSA_HOST结构体的指针。

参考了好多篇文章，最常用的就是下面这种写法。写静态内部类，内部类实现ByReference与ByValue接口，分别表示映射指针，与映射值。

/** * @author zhangxishuo on 2019-02-16 * 结构体 PSA_HOST */public class HostStruct extends Structure {    /**     * 结构体指针     */    public static class ByReference extends HostStruct implements Structure.ByReference {    }    /**     * 结构体具体的值     */    public static class ByValue extends HostStruct implements Structure.ByValue {    }    public byte[] name = new byte[33];    public int context;    @Override    protected List
    
      getFieldOrder() {        return Arrays.asList("name", "context");    }}
    

映射

/** * 关闭计算机 * @param pointerByReference 认证pointer * @param host               主机指针 * @return 参见枚举类PsaStatus */NativeLong _PSA_ShutdownHost(PointerByReference pointerByReference,                            HostStruct.ByReference host);

复杂类型

打起精神，重点来了！

开发过程中，有这样一种复杂的数据结构，嵌套关系比较复杂。

typedef struct {  union {    DWORD flags;    struct {      DWORD rev:23;      DWORD copy_status:3;      DWORD timeout:1;      DWORD disconnect:1;      DWORD rev1:1;      DWORD os_logoned:1;      DWORD logoned:1;      DWORD online:1;    };  };} PSA_HOST_STATUS_FLAGS;

知识不用就忘，谁还记得C语言里的联合是啥？

Too young

struct {  DWORD rev:23;  DWORD copy_status:3;  DWORD timeout:1;  DWORD disconnect:1;  DWORD rev1:1;  DWORD os_logoned:1;  DWORD logoned:1;  DWORD online:1;};

DWORD就是int，先映射里面的结构体。

把这些属性一写，然后再重写getFieldOrder方法。

/** * @author zhangxishuo on 2019-02-26 * 计算机状态结构体 */public class HostStatusStruct extends Structure {    /**     * 结构体指针     */    public static class ByReference extends HostStatusStruct implements Structure.ByReference {    }    /**     * 结构体具体的值     */    public static class ByValue extends HostStatusStruct implements Structure.ByValue {    }    public int rev;    public int copy_status;    public int timeout;    public int disconnect;    public int rev1;    public int os_logoned;    public int logoned;    public int online;    @Override    protected List
    
      getFieldOrder() {        return Arrays.asList("rev", "copy_status", "timeout", "disconnect", "rev1", "os_logoned", "logoned", "online");    }}
    

union {  DWORD flags;  struct {    DWORD rev:23;    DWORD copy_status:3;    DWORD timeout:1;    DWORD disconnect:1;    DWORD rev1:1;    DWORD os_logoned:1;    DWORD logoned:1;    DWORD online:1;  };};

然后再映射联合，编写一个类继承Union，该类即映射到联合。

/** * 联合 */public static class UNION extends Union {    public int flags;    public HostStatusStruct hostStatusStruct;}

最后映射最外层的PSA_HOST_STATUS_FLAGS。

/** * @author zhangxishuo on 2019-02-26 * 结构体 PSA_HOST_STATUS_FLAGS */public class HostStatusFlagsStruct extends Structure {    /**     * 联合     */    public static class UNION extends Union {        public int flags;        public HostStatusStruct hostStatusStruct;    }    /**     * 结构体指针     */    public static class ByReference extends HostStatusFlagsStruct implements Structure.ByReference {    }    /**     * 结构体具体的值     */    public static class ByValue extends HostStatusFlagsStruct implements Structure.ByValue {    }    public UNION union;    @Override    protected List
    
      getFieldOrder() {        return Collections.singletonList("union");    }}
    

看上去好像没什么毛病，一切都这么简单吗？当然不是。

-1073741824

一调用，就炸了。

看API文档的声明，flags应该是没什么具体含义的，而结构体中应该是我们想要获取的信息。

那为什么flags有数，而结构体中却没有值呢？

联合

struct TEST_STRUCT {    int a,    int b};

union TEST_UNION {    int a,    int b};

声明映射类型

重写read方法，当读取数据时，设置联合的类型为结构体类型。

@Overridepublic void read() {    super.read();    union.setType(HostStatusStruct.class);    union.read();}

怪事

当时这个问题把我愁坏了，捯饬了一整天才学明白。

数字

一直是这个数字：-1073741824，这个数字是不是有什么问题？

把-1073741824转换为32机的二进制表示：

1100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

1073741824是2的30次方。

问题

问题还是出在这个上：

struct {  DWORD rev:23;  DWORD copy_status:3;  DWORD timeout:1;  DWORD disconnect:1;  DWORD rev1:1;  DWORD os_logoned:1;  DWORD logoned:1;  DWORD online:1;};

虽然DWORD就映射为int，但这里不是简单的映射：

rev:23表示rev占32位。

copy_status:3表示copy_status占3位。

timeout:1表示timeout占1位。

内存是倒着存的，所以数据应该是这样。

映射

原理知道了，那怎么映射呢？怎么映射一个一位的内容呢？

StackOverflow上一老哥给出了解决方案，先写个int把所有的都映射过来，然后我想要第几位再从里面扒。

/** * @author zhangxishuo on 2019-02-26 * 计算机状态结构体 */public class HostStatusStruct extends Structure {    /**     * 结构体指针     */    public static class ByReference extends HostStatusStruct implements Structure.ByReference {    }    /**     * 结构体具体的值     */    public static class ByValue extends HostStatusStruct implements Structure.ByValue {    }    public int value;    public int getRev() {        return value & 0x3FFFFF;    }    public int getCopyStatus() {        return (value >> 23) & 0x3;    }    public int getTimeout() {        return (value >> 26) & 0x1;    }    public int getDisconnect() {        return (value >> 27) & 0x1;    }    public int getRev1() {        return (value >> 28) & 0x1;    }    public int getOsLogoned() {        return (value >> 29) & 0x1;    }    public int getLogoned() {        return (value >> 30) & 0x1;    }    public int getOnline() {        return (value >> 31) & 0x1;    }    @Override    protected List
    
      getFieldOrder() {        return Collections.singletonList("value");    }}
    

至此，功能完成。

总结

又过去了忙碌的一周，很高兴我们的新项目已经完成大半。

感谢潘佳琦与李宜衡在本项目中的支持，第一次用Angular，好多地方我也不懂，我先学着，然后设计一套架构付诸实践，潘佳琦与李宜衡也都能遵从我制定的规范。

起初，我也提出了许多错误的规范，但当我用着用着发现原来那套不行的时候，及时改正，修改架构再重新设计，潘佳琦与李宜衡也在前台经历了大约三次的代码重构。

前台架构变更多次，感觉最后的设计还让人满意，也能让他人快速理解这种设计理念。

争取下一个项目，不使用ng-alain，自己从头到尾搭建一个项目骨架。

最后表扬一下潘佳琦，上周基本我有一半的时间都在上课，我能做的就是前一天晚上把任务建好，然后写一些基础代码或示例代码，然后给潘佳琦讲，再让他去写。

潘佳琦效率还是很高的，我记得周一的时候建了一堆任务，我想怎么着也得写两天吧，当我上课回来，发现“当当当”，潘佳琦都给写完了，代码也十分的规范。

对小组员的开发效率在心中也有了一个重新的定位。