JNI/NDK开发指南（七）——C/C++访问Java实例变量和静态变量
最后更新于：2022-04-01 07:39:01
在上一章中我们学习到了如何在本地代码中访问任意Java类中的静态方法和实例方法，本章我们也通过一个示例来学习Java中的实例变量和静态变量，在本地代码中如何来访问和修改。静态变量也称为类变量（属性），在所有实例对象中共享同一份数据，可以直接通过【类名.变量名】来访问。实例变量也称为成员变量（属性），每个实例都拥有一份实例变量数据的拷贝，它们之间修改后的数据互不影响。下面看一个例子：
~~~
package com.study.jnilearn;
/**
* C/C++访问类的实例变量和静态变量
* @author yangxin
*/
public class AccessField {
private native static void accessInstanceField(ClassField obj);
private native static void accessStaticField();
public static void main(String[] args) {
ClassField obj = new ClassField();
obj.setNum(10);
obj.setStr("Hello");
// 本地代码访问和修改ClassField为中的静态属性num
accessStaticField();
accessInstanceField(obj);
// 输出本地代码修改过后的值
System.out.println("In Java--->ClassField.num = " + obj.getNum());
System.out.println("In Java--->ClassField.str = " + obj.getStr());
}
static {
System.loadLibrary("AccessField");
}
}
~~~
AccessField是程序的入口类，定义了两个native方法：accessInstanceField和accessStaticField，分别用于演示在本地代码中访问Java类中的实例变量和静态变量。其中accessInstaceField方法访问的是类的实例变量，所以该方法需要一个ClassField实例作为形参，用于访问该对象中的实例变量。
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package com.study.jnilearn;
/**
* ClassField.java
* 用于本地代码访问和修改该类的属性
* @author yangxin
*
*/
public class ClassField {
private static int num;
private String str;
public int getNum() {
return num;
}
public void setNum(int num) {
ClassField.num = num;
}
public String getStr() {
return str;
}
public void setStr(String str) {
this.str = str;
}
}
~~~
在本例中没有将实例变量和静态变量定义在程序入口类中，新建了一个ClassField的类来定义类的属性，目的是为了加深在C/C++代码中可以访问任意Java类中的属性。在这个类中定义了一个int类型的实例变量num，和一个java.lang.String类型的静态变量str。这两个变量会被本地代码访问和修改。
~~~
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_study_jnilearn_AccessField */
#ifndef _Included_com_study_jnilearn_AccessField
#define _Included_com_study_jnilearn_AccessField
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessField
* Method: accessInstanceField
* Signature: (Lcom/study/jnilearn/ClassField;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessInstanceField
(JNIEnv *, jclass, jobject);
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessField
* Method: accessStaticField
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessStaticField
(JNIEnv *, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
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以上代码是程序入口类AccessField.class为native方法生成的本地代码函数原型头文件
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// AccessField.c
#include "com_study_jnilearn_AccessField.h"
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessField
* Method: accessInstanceField
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessInstanceField
(JNIEnv *env, jclass cls, jobject obj)
{
jclass clazz;
jfieldID fid;
jstring j_str;
jstring j_newStr;
const char *c_str = NULL;
// 1.获取AccessField类的Class引用
clazz = (*env)->GetObjectClass(env,obj);
if (clazz == NULL) {
return;
}
// 2. 获取AccessField类实例变量str的属性ID
fid = (*env)->GetFieldID(env,clazz,"str", "Ljava/lang/String;");
if (clazz == NULL) {
return;
}
// 3. 获取实例变量str的值
j_str = (jstring)(*env)->GetObjectField(env,obj,fid);
// 4. 将unicode编码的java字符串转换成C风格字符串
c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env,j_str,NULL);
if (c_str == NULL) {
return;
}
printf("In C--->ClassField.str = %s\n", c_str);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, j_str, c_str);
// 5. 修改实例变量str的值
j_newStr = (*env)->NewStringUTF(env, "This is C String");
if (j_newStr == NULL) {
return;
}
(*env)->SetObjectField(env, obj, fid, j_newStr);
// 6.删除局部引用
(*env)->DeleteLocalRef(env, clazz);
(*env)->DeleteLocalRef(env, j_str);
(*env)->DeleteLocalRef(env, j_newStr);
}
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessField
* Method: accessStaticField
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessStaticField
(JNIEnv *env, jclass cls)
{
jclass clazz;
jfieldID fid;
jint num;
//1.获取ClassField类的Class引用
clazz = (*env)->FindClass(env,"com/study/jnilearn/ClassField");
if (clazz == NULL) { // 错误处理
return;
}
//2.获取ClassField类静态变量num的属性ID
fid = (*env)->GetStaticFieldID(env, clazz, "num", "I");
if (fid == NULL) {
return;
}
// 3.获取静态变量num的值
num = (*env)->GetStaticIntField(env,clazz,fid);
printf("In C--->ClassField.num = %d\n", num);
// 4.修改静态变量num的值
(*env)->SetStaticIntField(env, clazz, fid, 80);
// 删除属部引用
(*env)->DeleteLocalRef(env,clazz);
}
~~~
以上代码是对头文件中函数原型的实现。
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***
**运行程序，输出结果如下：**
**代码解析：**
**一、访问实例变量**
在main方法中，通过调用accessInstanceField()方法来调用本地函数Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessInstanceField，定位到函数32行：
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j_str = (jstring)(*env)->GetObjectField(env,obj,fid);
~~~
该函数就是用于获取ClassField对象中num的值。下面是函数的原型：
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jobject (JNICALL *GetObjectField) (JNIEnv *env, jobject obj, jfieldID fieldID);
~~~
因为实例变量str是String类型，属于引用类型。在JNI中获取引用类型字段的值，调用GetObjectField函数获取。同样的，获取其它类型字段值的函数还有GetIntField，GetFloatField，GetDoubleField，GetBooleanField等。这些函数有一个共同点，函数参数都是一样的，只是函数名不同，我们只需学习其中一个函数如何调用即可，依次类推，就自然知道其它函数的使用方法。
GetObjectField函数接受3个参数，env是JNI函数表指针，obj是实例变量所属的对象，fieldID是变量的ID（也称为属性描述符或签名），和上一章中方法描述符是同一个意思。env和obj参数从Java_com_study_jnilearn_AccessField_accessInstanceField函数形参列表中可以得到，那fieldID怎么获取呢？了解Java反射的童鞋应该知道，在Java中任何一个类的.class字节码文件被加载到内存中之后，该class子节码文件统一使用Class类来表示该类的一个引用（相当于Java中所有类的基类是Object一样）。然后就可以从该类的Class引用中动态的获取类中的任意方法和属性。注意：Class类在Java SDK继承体系中是一个独立的类，没有继承自Object。请看下面的例子，通过Java反射机制，动态的获取一个类的私有实例变量的值：
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public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassField obj = new ClassField();
obj.setStr("YangXin");
// 获取ClassField字节码对象的Class引用
Class<?> clazz = obj.getClass();
// 获取str属性
Field field = clazz.getDeclaredField("str");
// 取消权限检查，因为Java语法规定，非public属性是无法在外部访问的
field.setAccessible(true);
// 获取obj对象中的str属性的值
String str = (String)field.get(obj);
System.out.println("str = " + str);
}
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运行程序后，输出结果当然是打印出str属性的值“YangXin”。所以我们在本地代码中调用JNI函数访问Java对象中某一个属性的时候，首先第一步就是要获取该对象的Class引用，然后在Class中查找需要访问的字段ID，最后调用JNI函数的GetXXXField系列函数，获取字段(属性)的值。上例中，首先调用GetObjectClass函数获取ClassField的Class引用：
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clazz = (*env)->GetObjectClass(env,obj);
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然后调用GetFieldID函数从Class引用中获取字段的ID（str是字段名，Ljava/lang/String;是字段的类型）
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fid = (*env)->GetFieldID(env,clazz,"str", "Ljava/lang/String;");
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最后调用GetObjectField函数，传入实例对象和字段ID，获取属性的值
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j_str = (jstring)(*env)->GetObjectField(env,obj,fid);
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调用SetXXXField系列函数，可以修改实例属性的值，最后一个参数为属性的值。引用类型全部调用SetObjectField函数，基本类型调用SetIntField、SetDoubleField、SetBooleanField等
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(*env)->SetObjectField(env, obj, fid, j_newStr);
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**二、访问静态变量**
访问静态变量和实例变量不同的是，获取字段ID使用GetStaticFieldID，获取和修改字段的值使用Get/SetStaticXXXField系列函数，比如上例中获取和修改静态变量num：
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// 3.获取静态变量num的值
num = (*env)->GetStaticIntField(env,clazz,fid);
// 4.修改静态变量num的值
(*env)->SetStaticIntField(env, clazz, fid, 80);
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**总结：**
1、由于JNI函数是直接操作JVM中的数据结构，不受Java访问修饰符的限制。即，在本地代码中可以调用JNI函数可以访问Java对象中的非public属性和方法
**2、访问和修改实例变量操作步聚：**
1>、调用GetObjectClass函数获取实例对象的Class引用
2>、调用GetFieldID函数获取Class引用中某个实例变量的ID
3>、调用GetXXXField函数获取变量的值，需要传入实例变量所属对象和变量ID
4>、调用SetXXXField函数修改变量的值，需要传入实例变量所属对象、变量ID和变量的值
**3、访问和修改静态变量操作步聚：**
1>、调用FindClass函数获取类的Class引用
2>、调用GetStaticFieldID函数获取Class引用中某个静态变量ID
3>、调用GetStaticXXXField函数获取静态变量的值，需要传入变量所属Class的引用和变量ID
4>、调用SetStaticXXXField函数设置静态变量的值，需要传入变量所属Class的引用、变量ID和变量的值
示例代码下载地址：[https://code.csdn.net/xyang81/jnilearn](https://code.csdn.net/xyang81/jnilearn)