解析本地方法映射Java层的数据类型

2024-09-28 12:35:08

前言

Java 语言上定义了不同的数据类型，比如有基础类型int、double等等，还有所有类的父类Object等，这些都是 Java 层面的类型，而使用本地方法的处理过程需要有它们对应的类型。

大概的流程

Java 层编写的本地方法，被编译器编译为字节码，字节码将按照规范将不同类型的参数给记录到 class 文件中，比如 B 表示 byte、I 表示 int、J 表示 long 等等。那么一个如下的本地方法，被记录为(Ljava/lang/Object;II)V。

public static native void test(Object o, int i, int i2);

上述对应的方法被注册JVM中，当执行到调用本地方法时则会按照类型映射转换成本地数据类型，比如int->jint和Object->jobject。这里其实 int 和 jint 在 C++ 中是一样的，只是用 typedef 定义了另外一个名称而已，而 jobject 是一个指针，执行引擎在执行 Java 层逻辑时生成了 Object 对象，它在 JVM 层有专门的数据结构，这里的 jobject 就是指向这个结构的指针，在需要使用时可以强制转换成 JVM 层的数据结构，然后即可对其进行操作。另外，JVM 中用 oop 来表示对象指针。

基础类型映射

Java Type	Native Type	value
boolean	jboolean	true或false
byte	jbyte	-128~127
short	jshort	-pow(2,15)~pow(2,15)-1
int	jint	-pow(2,31)~pow(2,31)-1
long	jlong	-pow(2,63)~pow(2,63)-1
float	jfloat	IEEE754标准单精度浮点数
double	jdouble	IEEE754标准双精度浮点数
char	jchar	16位不带符号，Unicode字符

引用类型映射

除了基础的类型映射外，Java 层其他对象类型为引用类型，那么本地方法对应的是 jobject 类型，另外，它还会派生出经常用的一些子类，比如 jstring、jclass 等等，具体如下，

class _jobject {};
class _jclass : public _jobject {};
class _jthrowable : public _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
class _jarray : public _jobject {};
class _jbooleanArray : public _jarray {};
class _jbyteArray : public _jarray {};
class _jcharArray : public _jarray {};
class _jshortArray : public _jarray {};
class _jintArray : public _jarray {};
class _jlongArray : public _jarray {};
class _jfloatArray : public _jarray {};
class _jdoubleArray : public _jarray {};
class _jobjectArray : public _jarray {};

可以看到定义了_jobject类，该类为空类，而其他的类包括_jclass _jthrowable _jstring _jarray都是继承_jobject类。此外，数组类型还派生出了9个子类，分别对应基础类型数组和引用类型数组。

前面定义完类后再定义指针别名，这里的就是本地方法的类型了。另外，这些都是 C++ 的定义，如果是 C 编译器则会使用 struct 来定义 _jobject，而非 class。

typedef _jobject *jobject;
typedef _jclass *jclass;
typedef _jthrowable *jthrowable;
typedef _jstring *jstring;
typedef _jarray *jarray;
typedef _jbooleanArray *jbooleanArray;
typedef _jbyteArray *jbyteArray;
typedef _jcharArray *jcharArray;
typedef _jshortArray *jshortArray;
typedef _jintArray *jintArray;
typedef _jlongArray *jlongArray;
typedef _jfloatArray *jfloatArray;
typedef _jdoubleArray *jdoubleArray;
typedef _jobjectArray *jobjectArray;

CPP的空类

上面的引用类型定义为空类，这里了解下C++的空类，通常我们要定义一个空类可以如下两种方式，

class Empty{}
struct Empty{}

经过上述定义后的空类，它的大小为1，但是一个空类啥都没有的话它有什么用呢？其实它可以用来区分不同的对象，空类定义的不同对象拥有不同的地址，使用new操作出来的对象也有不同的指针，而且空类也能区分不同的类别。

指针转换

所以有了这些类型映射后我们是怎么联系起来使用的呢？其实很简单，答案就是进行指针转换，前面提到过 Java 层的对象在 JVM 中是有一定的数据结构的，即用 oop 来表示对象指针，那么 jobject 可以作如下转换，其中 handle 即为 jobject 类型。

oop result = *reinterpret_cast<oop*>(handle);

转换成 oop 后要进一步处理就很方便了，比如想要获取一些类相关的元数据时可以使用其中的 klass 来获取。

总结

以上，Java 层定义的类型在本地方法有着与之相对应的数据类型，而且 Java 层源码被编译为字节码后保存了本地方法参数对应的类型，JVM 执行时可以根据不同的类型转换成本地方法对应的类型，而本地方法定义的类型都为空类，主要作用是用来绑定对象，并且可以区分对象类型，在必要时刻通过指针转换即可访问对象或类元数据。

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