JNA(九)结构体中Double数组

本文详细介绍了如何在C语言中处理带有double数组的结构体,并展示了如何在Java中通过JNA调用C库函数,以及使用偏移访问结构体成员。

前言

关于环境和dll的生成,不懂的同学可以去查看JNA(一)与JNA(二)的内容
结构体可能比较重要,大多数Java应用与共享库的交互基本是以结构体做为桥梁,这里是结构体中包含double数组的情形

操作

1.C语言代码

头文件(library.h)

#ifndef CDYNAMICDEMO_LIBRARY_H
#define CDYNAMICDEMO_LIBRARY_H

#include <string.h>
#include <stdlib.h>

// double数组结构体
struct DoubleArrayStruct {
   
   
    int size;
    double *arr;
};

double sumDoubleArray(const struct DoubleArrayStruct *arrayStruct);

struct DoubleArrayStruct getDoubleArray();

void cleanDoubleArray(double *arr);

#endif //CDYNAMICDEMO_LIBRARY_H

代码文件(library.c)

#include "library.h"
#include <stdio.h>

double sumDoubleArray(const struct DoubleArrayStruct *arrayStruct) {
   
   
    if (NULL == arrayStruct || arrayStruct->size == 0) {
   
   
        printf("\nnull return.");
        return 0;
    }

    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < arrayStruct->size
<think>针对给定的C结构体`STFT_Result`,我们需要在JNA中定义一个对应的Java结构体。这个结构体包含两个一维数组指针(`time_points`和`freq_points`),一个二维数组指针(`magnitudes`),以及两个整数(`num_frames`和`num_bins`)。在JNA中,我们需要将C的指针映射为JNA的`Pointer`对象,并手动将指针转换为Java数组。 ### 设计步骤: 1. **定义Java结构体类**:继承`Structure`。 2. **声明字段**:与C结构体字段对应,注意指针类型使用`Pointer`。 3. **实现`getFieldOrder`方法**:指定字段顺序,与C结构体一致。 4. **添加辅助方法**:用于将指针转换为Java数组(一维和二维)。 5. **注意内存管理**:如果DLL返回的结构体内存需要释放,应提供相应的释放函数。 ### 代码实现: ```java import com.sun.jna.Pointer; import com.sun.jna.Structure; import java.util.Arrays; import java.util.List; public class STFT_Result extends Structure { public Pointer time_points; // 指向double数组的指针,长度为num_frames public Pointer freq_points; // 指向double数组的指针,长度为num_bins public Pointer magnitudes; // 指向二维数组的指针,实际为double*的数组(每个double*指向一个长度为num_bins的数组) public int num_frames; // 时间帧数 public int num_bins; // 频率bin数 // 必须提供字段顺序列表 @Override protected List<String> getFieldOrder() { return Arrays.asList("time_points", "freq_points", "magnitudes", "num_frames", "num_bins"); } // 默认构造器 public STFT_Result() { super(); } // 通过指针构造 public STFT_Result(Pointer p) { super(p); read(); // 读取结构体内存 } // 将time_points指针转换为double数组 public double[] getTimePoints() { if (time_points == null) { return new double[0]; } return time_points.getDoubleArray(0, num_frames); } // 将freq_points指针转换为double数组 public double[] getFreqPoints() { if (freq_points == null) { return new double[0]; } return freq_points.getDoubleArray(0, num_bins); } // 将magnitudes指针转换为二维double数组 public double[][] getMagnitudes() { if (magnitudes == null || num_frames == 0 || num_bins == 0) { return new double[0][0]; } // 首先,magnitudes是一个指向num_frames个指针的数组,每个指针指向一个num_bins长度的double数组 double[][] result = new double[num_frames][num_bins]; // 获取magnitudes指针数组(每个元素是一个指针) Pointer[] pointers = magnitudes.getPointerArray(0, num_frames); for (int i = 0; i < num_frames; i++) { // 将每个指针指向的数据读入double数组 result[i] = pointers[i].getDoubleArray(0, num_bins); } return result; } } ``` ### 使用示例: 假设DLL中有一个函数返回`STFT_Result`结构体的指针: ```c STFT_Result* compute_stft(double* signal, int signal_length); void free_stft_result(STFT_Result* result); ``` 在JNA中,我们可以这样声明接口: ```java import com.sun.jna.Library; import com.sun.jna.Pointer; public interface MyStftLibrary extends Library { MyStftLibrary INSTANCE = Native.load("mystft", MyStftLibrary.class); // 返回STFT_Result结构体指针 Pointer compute_stft(double[] signal, int signal_length); // 释放STFT_Result结构体 void free_stft_result(Pointer result); } ``` 调用示例: ```java public class Main { public static void main(String[] args) { double[] signal = {0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5}; Pointer resultPtr = MyStftLibrary.INSTANCE.compute_stft(signal, signal.length); STFT_Result result = new STFT_Result(resultPtr); // 获取一维数组 double[] timePoints = result.getTimePoints(); double[] freqPoints = result.getFreqPoints(); // 获取二维数组 double[][] magnitudes = result.getMagnitudes(); // 打印部分结果 System.out.println("Time Points: " + Arrays.toString(timePoints)); System.out.println("First Freq Points: " + Arrays.toString(freqPoints)); System.out.println("Magnitudes[0][0]: " + magnitudes[0][0]); // 释放内存 MyStftLibrary.INSTANCE.free_stft_result(resultPtr); } } ``` ### 关键点说明: 1. **指针转换**: - 一维数组:使用`Pointer.getDoubleArray(offset, length)`方法。 - 二维数组:先获取`Pointer[]`数组(每个元素指向一行),然后对每一行再调用`getDoubleArray`。 2. **内存管理**: - 结构体指针由DLL函数返回,必须通过DLL提供的释放函数(如`free_stft_result`)来释放。 3. **结构体字段顺序**: - `getFieldOrder`方法返回的字段顺序必须与C结构体一致,否则读取数据会出错。 4. **错误处理**: - 在访问指针前检查是否为`null`,避免空指针异常。 - 检查`num_frames`和`num_bins`是否为0,避免创建空数组。 ### 注意事项: - 如果结构体很大,频繁创建数组可能导致内存压力,考虑按需读取。 - 如果DLL内部使用不同的内存布局(如行优先/列优先),需要调整读取方式。 - 跨平台时注意结构体对齐,默认情况下JNA使用`Structure.ALIGN_NONE`,如果C结构体有对齐,需要设置对齐方式,例如:`Structure.setFieldAlignment(Structure.ALIGN_DEFAULT)`。 §§相关问题§§: 1. 在JNA中如何处理结构体中包含另一个结构体的情况? 2. 如果DLL返回的结构体包含字符串(char*)字段,应如何映射到Java? 3. 如何通过JNA传递结构体数组给DLL函数? 4. 当DLL函数返回结构体(而非结构体指针)时,JNA应如何定义?</think>### 针对 STFT_Result 结构体JNA 映射方案 #### 完整解决方案 ```java import com.sun.jna.*; import java.util.Arrays; import java.util.List; public class STFT_Result extends Structure { // 原始指针字段 public Pointer time_points; // 指向double数组的指针 public Pointer freq_points; // 指向double数组的指针 public Pointer magnitudes; // 指向指针数组的指针(二维数组) public int num_frames; // 时间帧数 public int num_bins; // 频率bin数 // 必须实现的字段顺序声明 @Override protected List<String> getFieldOrder() { return Arrays.asList( "time_points", "freq_points", "magnitudes", "num_frames", "num_bins" ); } // 辅助方法:将指针转换为Java一维数组 public double[] getTimePoints() { return time_points != null ? time_points.getDoubleArray(0, num_frames) : new double[0]; } public double[] getFreqPoints() { return freq_points != null ? freq_points.getDoubleArray(0, num_bins) : new double[0]; } // 辅助方法:将指针转换为Java二维数组 public double[][] getMagnitudes() { if (magnitudes == null || num_frames == 0 || num_bins == 0) { return new double[0][0]; } double[][] result = new double[num_frames][num_bins]; // 获取指针数组(每个指针指向一行数据) Pointer[] rowPointers = magnitudes.getPointerArray(0, num_frames); for (int i = 0; i < num_frames; i++) { if (rowPointers[i] != null) { result[i] = rowPointers[i].getDoubleArray(0, num_bins); } } return result; } // 构造方法 public STFT_Result() { super(); } // 从指针构造 public STFT_Result(Pointer p) { super(p); read(); // 立即读取内存内容 } } // DLL接口声明示例 public interface STFTLibrary extends Library { STFTLibrary INSTANCE = Native.load("stft_dll", STFTLibrary.class); // 假设DLL中有这样一个函数 STFT_Result.ByReference computeSTFT(double[] signal, int length); // 内存释放函数(如果DLL提供了) void freeSTFTResult(STFT_Result.ByReference result); } ``` #### 关键设计解释 1. **指针类型映射**: - `double*` → `Pointer` (一维数组指针) - `double**` → `Pointer` (二维数组指针) - 基本类型直接对应:`int` → `int` 2. **二维数组处理**: ```java public double[][] getMagnitudes() { Pointer[] rowPointers = magnitudes.getPointerArray(0, num_frames); double[][] result = new double[num_frames][num_bins]; for (int i = 0; i < num_frames; i++) { result[i] = rowPointers[i].getDoubleArray(0, num_bins); } return result; } ``` - 先将`magnitudes`解释为指针数组(每行一个指针) - 再分别读取每个指针指向的double数组 3. **内存管理策略**: - 使用`ByReference`传递结构体指针: ```java STFT_Result.ByReference computeSTFT(...); ``` - 显式调用DLL的释放函数: ```java void freeSTFTResult(STFT_Result.ByReference result); ``` 4. **使用示例**: ```java public class STFTAnalyzer { public static void main(String[] args) { double[] signal = loadSignal(); // 加载信号数据 // 调用DLL函数 STFT_Result.ByReference resultRef = STFTLibrary.INSTANCE.computeSTFT( signal, signal.length ); // 转换为Java对象 STFT_Result result = new STFT_Result(resultRef.getPointer()); // 获取数据 double[] timePoints = result.getTimePoints(); double[] freqPoints = result.getFreqPoints(); double[][] magnitudes = result.getMagnitudes(); // 使用数据... System.out.println("First time point: " + timePoints[0]); System.out.println("Magnitude[0][0]: " + magnitudes[0][0]); // 释放DLL分配的内存 STFTLibrary.INSTANCE.freeSTFTResult(resultRef); } } ``` #### 高级处理技巧 1. **延迟加载优化**: ```java // 在结构体中添加缓存字段 private double[] cachedTimePoints; private double[][] cachedMagnitudes; public double[] getTimePoints() { if (cachedTimePoints == null) { cachedTimePoints = time_points != null ? time_points.getDoubleArray(0, num_frames) : new double[0]; } return cachedTimePoints; } ``` 2. **内存映射直接访问(避免复制)**: ```java public DoubleBuffer getTimePointsBuffer() { return time_points != null ? time_points.getByteBuffer(0, num_frames * 8).asDoubleBuffer() : null; } ``` 3. **自定义释放器**: ```java public class AutoReleaseSTFTResult extends STFT_Result { private final STFTLibrary library; public AutoReleaseSTFTResult(Pointer p, STFTLibrary library) { super(p); this.library = library; } @Override protected void finalize() throws Throwable { try { library.freeSTFTResult(new ByReference(getPointer())); } finally { super.finalize(); } } } ``` #### 常见问题处理 1. **内存对齐问题**: ```java // 在静态初始化块中设置对齐方式 static { Structure.setFieldAlignment(Structure.ALIGN_DEFAULT); } ``` 2. **32/64位兼容性**: ```java // 使用Native.POINTER_SIZE确定指针大小 public int getPointerSize() { return Native.POINTER_SIZE; } ``` 3. **空指针防护**: ```java public double[] getTimePoints() { if (time_points == null || num_frames <= 0) { return new double[0]; } try { return time_points.getDoubleArray(0, num_frames); } catch (NullPointerException e) { return new double[0]; } } ```
评论 1
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值