libffi-devel详解

一、介绍

libffi是一个C语言库，它提供了一些接口函数，使得在C语言中调用其他语言的代码成为可能。要实现这一功能，libffi主要提供了以下几个接口函数：

/* 用于获取一个函数指针 */
void *ffi_prep_closure_loc(ffi_closure *closure,
                            ffi_cif *cif,
                            void (*fun)(ffi_cif*,void*,void**,void*),
                            void *user_data,
                            void *codeloc);

/* 用于设置外部函数的参数和返回值 */
void ffi_call(ffi_cif *cif,
              void (*fn)(void), /* 被调用的外部函数 */
              void *rvalue,
              void **avalue);

/* 用于分配和释放CIF描述符 */
ffi_status ffi_prep_cif(ffi_cif *cif,
                        ffi_abi abi,
                        unsigned int nargs,
                        ffi_type *rtype,
                        ffi_type **atypes);

void ffi_free_cif(ffi_cif *cif);

二、应用

下面我们介绍一些在实际开发中可能用到的使用libffi的场景。

1. 在C语言中调用Python代码

可以使用libffi来调用Python代码中的函数。假设Python代码中定义了如下函数：

def add(a, b):
    return a + b

可以通过以下方式在C语言中调用这个函数：

#include <stdio.h>
#include <ffi.h>
#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();

    /* 获取Python模块和函数对象 */
    PyObject *module = PyImport_ImportModule("test");
    PyObject *func = PyObject_GetAttrString(module, "add");

    /* 定义函数参数类型 */
    ffi_type *arg_types[2] = {&ffi_type_sint, &ffi_type_sint};
    ffi_cif cif;
    ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, 2, &ffi_type_sint, arg_types);

    /* 准备参数 */
    int a = 1, b = 2;
    void *args[2] = {&a, &b};

    /* 调用函数 */
    int result;
    ffi_call(&cif, FFI_FN(func), &result, args);

    /* 打印结果 */
    printf("%d\n", result);

    Py_Finalize();
    return 0;
}

2. 在C语言中调用Java代码

如果需要在C语言中调用Java代码，可以使用JNI进行实现。但是在某些场景下，可能需要动态加载Java类并调用其中的方法。这时可以使用libffi来实现。假设有一个Java类：

public class Test {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

可以通过以下方式在C语言中动态加载这个Java类并调用其中的方法：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include <ffi.h>
#include <jni.h>

int main() {
    void *libjvm = dlopen("/usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/jre/lib/amd64/server/libjvm.so", RTLD_LAZY);
    if (!libjvm) {
        printf("Failed to load jvm\n");
        return 1;
    }

    int (*JNI_CreateJavaVM)(JavaVM **pvm, JNIEnv **env, void *vm_args) = dlsym(libjvm, "JNI_CreateJavaVM");
    if (!JNI_CreateJavaVM) {
        printf("Failed to locate JNI_CreateJavaVM\n");
        return 1;
    }

    JavaVM *jvm;
    JNIEnv *env;
    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[1];
    options[0].optionString = "-Djava.class.path=" "/path/to/test.jar";
    vm_args.version = JNI_VERSION_1_8;
    vm_args.nOptions = 1;
    vm_args.options = options;
    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_FALSE;
    JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args);

    /* 获取Test类和add方法 */
    jclass cls = (*env)->FindClass(env, "Test");
    jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "add", "(II)I");

    /* 定义函数参数类型 */
    ffi_type *arg_types[2] = {&ffi_type_sint, &ffi_type_sint};
    ffi_cif cif;
    ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, 2, &ffi_type_sint, arg_types);

    /* 准备参数 */
    int a = 1, b = 2;
    void *args[2] = {&a, &b};

    /* 调用函数 */
    int result;
    ffi_call(&cif, FFI_FN(mid), &result, args);

    /* 打印结果 */
    printf("%d\n", result);

    (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);

    return 0;
}

3. 动态调用外部函数

有时候需要在程序运行时动态地加载某个共享库并调用其中的函数。可以使用libffi来实现这一功能。假设有如下共享库：

#include <stdio.h>

void add(int a, int b) {
    printf("%d\n", a + b);
}

可以通过以下方式在C语言中动态加载这个共享库并调用其中的函数：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include <ffi.h>

int main() {
    void *lib = dlopen("/path/to/libadd.so", RTLD_LAZY);
    if (!lib) {
        printf("Failed to load libadd.so\n");
        return 1;
    }

    /* 获取add函数 */
    void (*add_func)(int, int) = dlsym(lib, "add");
    if (!add_func) {
        printf("Failed to locate add function\n");
        return 1;
    }

    /* 定义函数参数类型 */
    ffi_type *arg_types[2] = {&ffi_type_sint, &ffi_type_sint};
    ffi_cif cif;
    ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, 2, &ffi_type_void, arg_types);

    /* 准备参数 */
    int a = 1, b = 2;
    void *args[2] = {&a, &b};

    /* 调用函数 */
    ffi_call(&cif, FFI_FN(add_func), NULL, args);

    dlclose(lib);

    return 0;
}

三、使用建议

使用libffi需要对目标函数/方法的参数和返回值类型进行准确的描述，并且需要确保函数指针和参数列表匹配。因此，在使用libffi进行开发时，建议在代码中增加必要的注释，以方便后续维护。

四、总结

本文介绍了libffi的实现原理和应用，包括在C语言中调用Python代码、在C语言中调用Java代码、动态调用外部函数等多个方面。建议在使用libffi进行开发时，增加必要的注释，以方便后续维护。