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接續上篇C語言基礎及指針⑨聯合體與枚舉

在上篇中我們了解了，多類型集合的聯合體，固定值集合的枚舉，內容相對比較簡單，今天我們談談預編譯，也是本系列最后一個知識點， C語言基礎系列就要告一段落了，要開始我們的jni系列了， JNI（Java Native Interface）是java與C/C++進行通信的一種技術，使用JNI技術，可以java調用C/C++的函數對象等等，Android中的Framework層與Native層就是采用的JNI技術。

預編譯

預編譯（預處理，宏定義，宏替換）這種叫法，關鍵字#define ，其本質是替換文本。

首先我們了解一下C語言的執行過程：

編譯 --> 生成目標代碼（.obj）
連接 --> 將目標代碼與C函數庫合并，生成最終可執行文件
執行

預編譯，主要在編譯時期完成文本替換工作，常見的預編譯指令有： #include,ifndef,#endif,define,#pragma once等等。

我們在jni.h頭文件中，可以看到較多的預編譯指令，例如:

#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

如果編譯環境是C++，則使用：

typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;

C語言編譯環境，則使用：

typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;

這里的定義就是我們后需要結束的JNIEnv指針，在C++環境中JNIEnv是一個一級指針，但是在C語言環境中，他是一個二級指針，這個我們將在jni系列中，再詳細說明。

預編譯示例

// 定義一個常數
#define MAX 100 

void main() {

    int i = 99;
    if (i < MAX) // 在編譯時期， 會將MAX替換成100
    {
        printf("i 小于 MAX\n");
    }
}

定義一個宏常量MAX他的代表100 ，宏常數沒有類型，只做替換。

宏函數

#define 預編譯指令，不光可以定義常量，還可以定義函數，因為其本質是替換，所有可以簡化很多很長的函數名稱。

在jni.h中，也可以看到宏函數，如下：

#define CALL_TYPE_METHODA(_jtype, _jname)                                   \
    __NDK_FPABI__                                                           \
    _jtype Call##_jname##MethodA(jobject obj, jmethodID methodID,           \
        jvalue* args)                                                       \
    { return functions->Call##_jname##MethodA(this, obj, methodID, args); }

其中(_jtype, _jname)里面的_jtype , _jname都是替換標識，替換_jtype,##_jname## 。

宏函數示例

// 普通函數
void _jni_define_func_read() {
    printf("read\n");
}

void _jni_define_func_write() {
    printf("write\n");
}

// 定義宏函數
#define jni(NAME) _jni_define_func_##NAME() ;

void main() {

    // 宏函數
    //jni(read); 可以簡化函數名稱
    jni(write) ;

    system("pause");
}

宏函數的核心就是替換，只要記住這一點就夠了。下面我們就來做另一個實例，打印類似android Log日志的形式的函數。

// 模擬Android日志輸出 , 核心就是替換
#define LOG(LEVE,FORMAT,...) printf(##LEVE); printf(##FORMAT,__VA_ARGS__) ;
#define LOGI(FORMAT,...) LOG("INFO:",##FORMAT,__VA_ARGS__) ;
#define LOGE(FORMAT,...) LOG("ERROR:",##FORMAT,__VA_ARGS__) ;
#define LOGW(FORMAT,...) LOG("WARN:",##FORMAT,__VA_ARGS__) ;

void main() {

    LOGI("%s", "自定義日志。。。。\n");
    LOGE("%s", "我是錯誤日志...\n");

    system("pause");
}

輸出：

INFO:自定義日志。。。。
ERROR:我是錯誤日志...

我們可以看到輸出信息前面帶有類型標識。在這里做幾點代碼說明：

上述代碼中LEVE,FORMAT都是自定義的，可以是任意名稱，只有后面替換的名稱一致即可。

LOG(LEVE,FORMAT,...)中的...表示可變參數，替換則是使用__VA_ARGS__這種固定寫法。
宏函數的核心就是——替換

預編譯指令就介紹到這里，其中心點就是替換 。學到這里， C語言的基礎也介紹得七七八八了，下面一起來分析分析，我們編寫JNI代碼的一個比較重要的頭文件jni.h 。

簡要分析jni.h

jni.h我們編寫NDK的時候需要引入的一個頭文件，它位于android-ndk-r10e\platforms\android-21\arch-arm\usr\include\jni.h不同的平臺都有相應的jni.h 。

在文件開始部分，定義了很多類型別名，區分C++與C的編譯環境，如下：

#ifdef __cplusplus
/*
 * Reference types, in C++
 */
class _jobject {};
class _jclass : public _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
class _jarray : public _jobject {};
class _jobjectArray : public _jarray {};

#else /* not __cplusplus */

/*
 * Reference types, in C.
 */
typedef void*           jobject;
typedef jobject         jclass;
typedef jobject         jstring;
typedef jobject         jarray;
typedef jarray          jobjectArray;

接著定義了對象引用的枚舉，和方法簽名的結構體：

typedef enum jobjectRefType {
    JNIInvalidRefType = 0,
    JNILocalRefType = 1,
    JNIGlobalRefType = 2,
    JNIWeakGlobalRefType = 3
} jobjectRefType;

typedef struct {
    const char* name;
    const char* signature;
    void*       fnPtr;
} JNINativeMethod;

接下來就是最重要的JNIEnv了，區分了C和C++環境

struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;
typedef const struct JNINativeInterface* C_JNIEnv;

#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

JNIEnv是一個結構體指針，里面定義了很多函數，有調用java方法的函數，轉換java類型的函數，我可以看到， C編譯環境中， JNIEnv是struct JNINativeInterface*的指針別名，我們來看看JNINativeInterface結構體是怎樣的：

/*
 * Table of interface function pointers.
 */
struct JNINativeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;
    void*       reserved3;

    jint        (*GetVersion)(JNIEnv *);

    jclass      (*DefineClass)(JNIEnv*, const char*, jobject, const jbyte*,
                        jsize);
    jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);

    jmethodID   (*FromReflectedMethod)(JNIEnv*, jobject);
    jfieldID    (*FromReflectedField)(JNIEnv*, jobject);
    /* spec doesn't show jboolean parameter */
    jobject     (*ToReflectedMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, jboolean);

    jclass      (*GetSuperclass)(JNIEnv*, jclass);
    jboolean    (*IsAssignableFrom)(JNIEnv*, jclass, jclass);

大部分的操作都是在JNINativeInterface這個結構體里面，定義了很多操作函數，比較常見的字符處理函數：

jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
jsize       (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring);
/* JNI spec says this returns const jbyte*, but that's inconsistent */
const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*);

將字符指針轉換成java的String類型

得到java的String類型長度
將java的String類型轉換成C的字符指針

值得注意的是， C++的JNIEnv結構體指針，并沒有重新實現，而生將C中的JNINativeInterface結構體，重新打了一次包，如下：

/*
 * C++ object wrapper.
 *
 * This is usually overlaid on a C struct whose first element is a
 * JNINativeInterface*.  We rely somewhat on compiler behavior.
 */
struct _JNIEnv {
    /* do not rename this; it does not seem to be entirely opaque */
    const struct JNINativeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)

    jint GetVersion()
    { return functions->GetVersion(this); }

    jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte* buf,
        jsize bufLen)
    { return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, bufLen); }

    jclass FindClass(const char* name)
    { return functions->FindClass(this, name); }

因為C++是面向對象語言，所有有上下文環境變量this ，簡化了C語言中調用函數需要傳遞本身結構體指針的操作。

分析了部分jni.h的源碼，后續的源碼，我相信看完C語言系列，也可以看得懂，這里就不再做分析了，讀者可自行查看源碼分析一遍，對寫jni代碼還是有好處的，至少對JNIEnv結構體指針中的函數有一個大致的印象。

結語

C語言基礎系列，就宣告完結了，還有很多知識點沒講到，還有很多需要學習，但我們不是要把C語言學透了學精了，再去學JNI 和NDK，這樣，不知要到何年何月了。所以，先學基礎了解概貌，將java與C結合起來，著手做些東西出來，然后再繼續深入。

語言都是相通的，關鍵是解決問題的思路。

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Android程序員學C系列：
C語言基礎及指針①
C語言基礎及指針②之指針內存分析
 C語言基礎及指針③函數與二級指針
 C語言基礎及指針④函數指針
 C語言基礎及指針⑤動態內存分配
 C語言基礎及指針⑥字符操作
 C語言基礎及指針⑦結構體與指針
 C語言基礎及指針⑧文件IO
C語言基礎及指針⑨聯合體與枚舉
 C語言基礎及指針⑩預編譯及jni.h分析

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C語言基礎及指針⑩預編譯及jni.h分析

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預編譯

預編譯示例

宏函數

宏函數示例

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