java高级用法之:在JNA中使用类型映射
简介
JNA中有很多种映射，library的映射，函数的映射还有函数参数和返回值的映射，libary和函数的映射比较简单，我们在之前的文章中已经讲解过了，对于类型映射来说，因为JAVA中的类型种类比较多，所以这里我们将JNA的类型映射提取出来单独讲解。
类型映射的本质
我们之前提到在JNA中有两种方法来映射JAVA中的方法和native libary中的方法，一种方法叫做interface mapping，一种方式叫做direct mapping。
但是我们有没有考虑过这两种映射的本质是什么呢？
比如native有一个方法，我们是如何将JAVA代码中的方法参数传递给native方法，并且将native方法的返回值转换成JAVA中函数的返回类型呢？
答案就是序列化。
因为本质上一切的交互都是二进制的交互。JAVA类型和native类型进行转换，最简单的情况就是JAVA类型和native类型底层的数据长度保持一致，这样在进行数据转换的时候就会更加简单。
我们看下JAVA类型和native类型的映射和长度关系：
C Type | Native类型的含义 | Java Type |
|---|---|---|
char | 8-bit整型 | byte |
wchar_t | 和平台相关 | char |
short | 16-bit整型 | short |
int | 32-bit整型 | int |
int | boolean flag | boolean |
enum | 枚举类型 | int (usually) |
long long, __int64 | 64-bit整型 | long |
float | 32-bit浮点数 | float |
double | 64-bit浮点数 | double |
pointer (e.g. void*) | 平台相关 | Buffer Pointer |
pointer (e.g. void*), array | 平台相关 | [] (原始类型数组) |
上面的JAVA类型都是JDK自带的类型（Pointer除外）。
除了JAVA自带的类型映射，JNA内部也定义了一些数据类型，可以跟native的类型进行映射：
C Type | Native类型的含义 | Java Type |
|---|---|---|
long | 和平台相关(32- or 64-bit integer) | NativeLong |
const char* | 字符串 (native encoding or jna.encoding) | String |
const wchar_t* | 字符串 (unicode) | WString |
char** | 字符串数组 | String[] |
wchar_t** | 字符串数组(unicode) | WString[] |
void** | pointers数组 | Pointer[] |
struct* struct | 结构体指针和结构体 | Structure |
union | 结构体 | Union |
struct[] | 结构体数组 | Structure[] |
void (*FP)() | 函数指针 (Java or native) | Callback |
pointer ( *) | 指针 | PointerType |
other | 整数类型 | IntegerType |
other | 自定义映射类型 | NativeMapped |
TypeMapper
除了定义好的映射关系之外，大家也可以使用TypeMapper来对参数类型进行自定义转换，先来看下TypeMapper的定义：
public interface TypeMapper {
FromNativeConverter getFromNativeConverter(Class<?> javaType);
ToNativeConverter getToNativeConverter(Class<?> javaType);
}
TypeMapper是一个interface，它定义了两个converter方法，分别是getFromNativeConverter和getToNativeConverter。
如果要使用TypeMapper则需要实现它而这两个方法即可。我们看一下官方的W32APITypeMapper是怎么实现的：
TypeConverter stringConverter = new TypeConverter() {
@Override
public Object toNative(Object value, ToNativeContext context) {
if (value == null)
return null;
if (value instanceof String[]) {
return new StringArray((String[])value, true);
}
return new WString(value.toString());
}
@Override
public Object fromNative(Object value, FromNativeContext context) {
if (value == null)
return null;
return value.toString();
}
@Override
public Class<?> nativeType() {
return WString.class;
}
};
addTypeConverter(String.class, stringConverter);
addToNativeConverter(String[].class, stringConverter);
首先定义一个TypeConverter，在TypeConverter中实现了toNative，fromNative和nativeType三个方法。在这个例子中，native type是WString，而JAVA type是String。而这个TypeConverter就是最终要使用的FromNativeConverter和ToNativeConverter。
有了typeMapper，应该怎么使用呢？最简单的方法就是将其添加到Native.load的第三个参数中，如下所示：
TestLibrary lib = Native.load("testlib", TestLibrary.class, Collections.singletonMap(Library.OPTION_TYPE_MAPPER, mapper));
NativeMapped
TypeMapper需要在调用Native.load方法的时候传入，从而提供JAVA类型和native类型的转换关系。TypeMapper可以看做是类型转换关系的外部维护者。
可能很多朋友已经想到了，既然能在JAVA类型外部维护转换关系，那么可不可以在JAVA类型本身对这个转换关系进行维护呢？答案是肯定的，我们只需要在要实现转换类型关系的JAVA类型实现NativeMapped接口即可。
先来看下NativeMapped接口的定义：
public interface NativeMapped {
Object fromNative(Object nativeValue, FromNativeContext context);
Object toNative();
Class<?> nativeType();
}
可以看到NativeMapped中定义要实现的方法基本上和FromNativeConverter、ToNativeConverter中定义的方法一致。
下面举一个具体的例子来说明一下NativeMapped到底应该怎么使用。首先我们定义一个enum类实现NativeMapped接口：
public enum TestEnum implements NativeMapped {
VALUE1, VALUE2;
@Override
public Object fromNative(Object nativeValue, FromNativeContext context) {
return values()[(Integer) nativeValue];
}
@Override
public Object toNative() {
return ordinal();
}
@Override
public Class<?> nativeType() {
return Integer.class;
}
}
这个类实现了从Integer到TestEnum枚举的转换。
要想使用该TestEnum类的话，需要定义一个interface：
public static interface EnumerationTestLibrary extends Library {
TestEnum returnInt32Argument(TestEnum arg);
}
具体调用逻辑如下：
EnumerationTestLibrary lib = Native.load("testlib", EnumerationTestLibrary.class);
assertEquals("Enumeration improperly converted", TestEnum.VALUE1, lib.returnInt32Argument(TestEnum.VALUE1));
assertEquals("Enumeration improperly converted", TestEnum.VALUE2, lib.returnInt32Argument(TestEnum.VALUE2));
可以看到，因为NativeMapped中已经包含了类型转换的信息，所以不需要再指定TypeMapper了。
注意，这里用到了testlib，这个testlib是从JNA的native模块中编译出来的，如果你是MAC环境的话可以拷贝JNA代码，运行ant native即可得到，编译完成之后，将这个libtestlib.dylib拷贝到你项目中的resources目录下面darwin-aarch64或者darwin-x86即可。
有不会的同学，可以联系我。
总结
本文讲解了JNA中的类型映射规则和自定义类型映射的方法。
本文的代码：https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20.git
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