Scala-C++交叉编译

前些天有个项目有scala-c++交叉编译的需求，于是简单做了个demo把构建流程打通，并且尽量自动化。

现在项目好像是黄了，还是整理一下发出来吧。

项目地址： https://github.com/pzque/scala_native_demo

Dependencies

• jdk
• sbt / idea内置sbt
• scala / idea内置scala
• cmake / clion内置cmake

Supported Platforms

MacOS, Linux(Ubuntu16.04), Windows10测试通过。

Structure

Workflow

1. 前置条件

idea+clion

idea需要装Scala语言插件，clion不需要额外配置。

本向导默认用户能够熟练使用idea开发sbt项目。

命令行用户

有sbt和cmake即可。

2. 创建含有native方法的scala类

在/src/main/scala/文件夹下创建一个含有native方法的scala类：

例如本项目给出的示例：

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class NativeDemo {
  @native def add(a: Double, b: Double): Double

  @native def distance(left: Array[Double], right: Array[Double]): Double
}

这时候已经可以在scala内使用这个类并且可以通过编译，因为编译器只关心方法的类型签名。例如本项目的main方法：

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object Main {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 加载动态库，一定要保证jvm能找到此动态库
    System.loadLibrary("NativeDemo")
    val demo = new NativeDemo

    val a = Array(1.0, 2.0, 3.0, 4.0)
    val b = Array(3.0, 4.0, 5.0, 6.0)

    println(demo.add(123.0, 123.0))
    println(demo.distance(a, b))
  }
}

使用了System.loadLibrary("NativeDemo")来加载动态库。

但是这时候的动态库还没有实现，jvm并不能找到这个库，运行到这一行代码时会报错。

所以我们接下来使用c++来实现我们的native方法，并编译成动态库。

3. 编译demo_scala项目

在build.sbt内添加native类的名字，例如本项目给出的示例：

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lazy val nativeClassNames = List(
  "NativeDemo"
)

然后构建项目。

对于idea用户

依次点击：

菜单栏->Build->Build Project

对于命令行用户

直接：

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sbt compile`

说明

build.sbt在编译时会做三件事：

1.调用javah命令native类相应应的.h文件到“demo_cpp”目录内，比如这里的”demo_cpp/NativeDemo.h”

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/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class NativeDemo */

#ifndef _Included_NativeDemo
#define _Included_NativeDemo
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    add
 * Signature: (DD)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_add
  (JNIEnv *, jobject, jdouble, jdouble);

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    distance
 * Signature: ([D[D)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_distance
  (JNIEnv *, jobject, jdoubleArray, jdoubleArray);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

2.拷贝”demo_cpp/NativeDemo.h”内的函数声明到”demo_cpp/NativeDemo.cpp”内（如果cpp内已经有的话则跳过）,刚生成的cpp文件是这样的：

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#include "NativeDemo.h"

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    add
 * Signature: (DD)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_add
  (JNIEnv *, jobject, jdouble, jdouble);

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    distance
 * Signature: ([D[D)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_distance
  (JNIEnv *, jobject, jdoubleArray, jdoubleArray);

你需要把它补充完整，提供具体的实现

3.在”demo_cpp/CMakeList.txt”内添加一个动态库的target（如果已经有的话则跳过），这里就是添加这两行：

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set(NativeDemo_SOURCE_FILES NativeDemo.h NativeDemo.cpp)
add_library(NativeDemo SHARED ${NativeDemo_SOURCE_FILES})

4. 实现native方法并编译c++动态库

补充完整native方法对应的c++方法，例如”demo_cpp/NativeDemo.cpp”补充完整后的内容：

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#include "NativeDemo.h"
#include <string.h>

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    add
 * Signature: (DD)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_add
        (JNIEnv *env, jobject obj, jdouble a, jdouble b) {
    return a + b;
}

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    distance
 * Signature: ([D[D)D
 */
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_NativeDemo_distance
        (JNIEnv *env, jobject obj, jdoubleArray lhs, jdoubleArray rhs) {

    jsize lLength = env->GetArrayLength(lhs);
    jsize rLength = env->GetArrayLength(rhs);

    if (lLength != rLength) {
        env->FatalError("the length must be same");
    }

    jdouble *plhs = env->GetDoubleArrayElements(lhs, 0);
    jdouble *prhs = env->GetDoubleArrayElements(rhs, 0);

    jdouble result = 0;
    for (int i = 0; i < lLength; i++) {
        result += (plhs[i] - prhs[i]) * (plhs[i] - prhs[i]);
    }

    return result;
}

这里是使用JDK提供的JNI接口进行编程，具体的JNI编程规范可以参考JNI官网或者其中文翻译。

写完之后编译即可：

clion用户

依次点击：菜单栏的Run->Build选项进行cpp工程的编译。

编译完成后，动态库会生成到lib目录内。

命令行用户

依次执行：

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cmake .
make

编译完成后，动态库会生成到”lib”目录内。

5.运行

动态库编译完成后，查看”lib”目录，里面将包含动态库文件：

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libNativeDemo.dylib(MacOS)/libNativeDemo.so(Linux)/libNativeDemo.dll(Windows)

我们只需要让jvm找到这个文件即可，方法是给jvm加启动参数-Djava.library.path=../lib（如果这里的”..lib”不管用的话那么改成绝对路径）。

怎么加呢？

idea用户

别忘了idea打开的是”demo_scala”目录。

1.点击运行按钮左边的下拉条，选择”Edit Configurations”

2.然后在VM options一栏里加入-Djava.library.path=../lib即可

命令行用户

给jvm启动参数直接加-Djava.library.path=../lib即可。

例如在”demo_scala”下使用sbt run：

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sbt -Djava.library.path=../lib run

将运行程序的main函数。

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