Swig/CPP2Java
简介
实际工程可能存在如下部分:业务接口需要编程高效的语言(如Python、Java等),易于部署维护;而核心算法部分,某些场景需要高效计算,会使用性能高效的语言(如C/C++等)。
对于上述场景,“粘合剂”工具可以将语言打包,实现跨语言调用。例如Java/Python可以使用Swig转换后的C/C++代码,Python可以使用JPype等调用Java代码。这种跨语言调用的场景能帮助我们解决例如不同语言间性能差异、存量代码等问题。
本文主要记录、介绍使用Swig工具转换C++为Java代码中的一些常用技巧、问题及其解决方式等。
官方手册
Swig(4.0)用户手册:
SWIG Users Manualhttps://www.swig.org/Doc4.0/Contents.html#Contents
环境搭建&基础
朋友分享的Swig入门教程,此处不再赘述:
Swig超详细入门教程(Java调用C/C++, CMake)——更新于2021.12_ymzhu385的博客-CSDN博客_swig教程
Java-Cpp(包含了Swig/Jna/Jni)的Example代码,在github有个较为全面的仓库:
GitHub - remram44/java-cpp-example: Example of using C++ classes from Java. Showcases SWIG, JNA and JNI
本文后续的代码将以该github的exmaple代码为基础,进行扩展
Cpp2Java工程模板
Swig工程构建相对比较简单:
输入:C/C++代码 + cpp2java.i(Swig语法文件)
输出:Java代码(对应语言的代码)
所以我们的主要目的是学习cpp2java.i如何编写。想要全面学习swig/java .i语法的同学可以参看上文提到的官方手册,或相关开源项目,例如:
开源项目 | 主要.i链接 |
---|---|
Google OR-Tools | or-tools/constraint_solver.i at stable · google/or-tools · GitHub |
libtorrent4j | https://github.com/aldenml/libtorrent4j/blob/master/swig/libtorrent.i |
本文摘要部分常用功能(语法)。
常用关键词概述
关键词 | 概述 |
---|---|
include | 基础关键词,可以关联多个.i文件,与C++中inlcude类似 |
template | 最常见的使用方式是template转换stl中的容器类(例如vector等) |
extend | 在目标语言(java)扩展自定义类接口(不影响C++代码) |
pragma(java) |
%pragma(java) jniclassimports 可以为JNI添加import %pragma(java) jniclasscode 可在JNI中插入java代码 |
typemap |
typemap可以自定义跨语言数据转换,例如java中的int,在特定的场景下可在C++中自定义转换为long long(是否有必要有待商榷)。 参考:Typemaps |
常用C++容器转换
在官方手册中,提供了一份较为常见的转换表:
核心思想是具体化C/C++容器中的模板,例如set<T> -> set<int>等。大部分容器均可通过类似方法转换:
%include "std_vector.i"
%include "std_string.i"
%include "std_map.i"namespace std {%template(IntVector) vector<int>;%template(Str2StrMap) std::map<std::string, std::string>;
};
类型扩展
部分场景,我们需要为自定义类(或依赖类)在Java中添加或重命名接口,例如c++中的map使用[]随机访问,而在java中可以重载为get访问。如下是开源仓库(libtorrent4j,boost_map.i)的案例:
namespace boost {
namespace container {template<class Key, class T>
class map
{
public:bool empty() const;void clear();std::int64_t size() const;%extend{# ...T& get(Key const& k){return $self->operator[](k);}# ...}
};}}
代码块
swig提供使用
%pragma(java) jniclasscode
添加内嵌代码块,一个较为常用的场景是加载动态库,例如官方文档中提到的
%pragma(java) jniclasscode=%{static {try {System.loadLibrary("example");} catch (UnsatisfiedLinkError e) {System.err.println("Native code library failed to load. \n" + e);System.exit(1);}}
%}
当需要在静态代码段中import不同包的类时,例如xgboost(XGBoostJNI)的 NativeLibLoader(XGBoost中NativeLibLoader与XGBoostJNI在同一个包中,不需要导入):
static {try {NativeLibLoader.initXGBoost();} catch (Exception ex) {logger.error("Failed to load native library", ex);throw new RuntimeException(ex);}}
使用如下关键词import NativeLibLoader
%pragma(java) jniclassimports
%pragma(java) jniclassimports=%{
import ml.dmlc.xgboost4j.java.NativeLibLoader;
%}
常见问题
1. CMakeList-JDK环境问题
Could NOT find JNI (missing: JAVA_AWT_LIBRARY JAVA_JVM_LIBRARY
JAVA_INCLUDE_PATH JAVA_INCLUDE_PATH2 JAVA_AWT_INCLUDE_PATH)
主要是CMake没识别到Java环境路径(或没安装),导致以下语句出错了
FIND_PACKAGE(JNI REQUIRED)
Stackoverflow上比较全面的回答了:
java - CMake could not find JNI - Stack Overflow
这边补充一个方案(部分用WSL1的同学即是设置了JAVA_HOME可能也找不到路径):
set(JAVA_DIR "your/jdk/path")set(JAVA_AWT_LIBRARY "${JAVA_DIR}/lib/libjawt.so")
set(JAVA_JVM_LIBRARY "${JAVA_DIR}/lib/server/libjvm.so")
set(JAVA_INCLUDE_PATH "${JAVA_DIR}/include")
set(JAVA_INCLUDE_PATH2 "${JAVA_DIR}/include/linux")
set(JAVA_AWT_INCLUDE_PATH "${JAVA_DIR}/include")
2. operator异常:
Warning 503: Can't wrap 'operator =' unless renamed to a valid identifier.
可选择如下方式处理:
%rename(eq) operator==;# or %ignore operator=;
Reference
[1] SWIG Users Manual
[2] GitHub - google/or-tools: Google's Operations Research tools
[3] https://github.com/dmlc/xgboost
[4] https://github.com/aldenml/libtorrent4j
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