Java与C++之间的外部函数接口（FFI）互操作？

Question

从Java 18开始，孵化的外部函数接口似乎没有很好地处理C++代码的方法。我正在开发一个需要绑定C++的项目，并且想知道如何避免在C中创建thunk库。

其中一个C++类大致如下：

namespace library {

typedef uint8_t byte;

class CppClass {
 public:
  static oncstexpr const char* DefaultArgument = "default";

  CppClass(const std::string& argument = DefaultArgument);
  virtual ~CppClass();

  bool doStuff();

  bool handleData(std::vector<byte>* data);

 private:
  std::unique_ptr<InternalType> internalState;
};

}

我希望创建一个类似以下Java类的东西来反映它(省略了错误检查):

public final class CppClass implements AutoCloseable {
    public static final String DefaultArgument = "default";

    private static final MethodHandle NEW;
    private static final MethodHandle FREE;
    private static final MethodHandle DO_STUFF;
    private static final MethodHandle HANDLE_DATA;

    static{
        var binder = Natives.getBinder();
        NEW = binder.bind("(manged constructor)", ValueLayout.ADDRESS, ValueLayout.ADDRESS);
        FREE = binder.bindVoid("(manged deconstructor)", ValueLayout.ADDRESS);
        DO_STUFF = binder.bind("(manged doStuff)", ValueLayout.JAVA_BYTE, ValueLayout.ValueLayout.ADDRESS);
        HANDLE_DATA = binder.bind("manged handleData)", ValueLayout.JAVA_BYTE, ValueLayout.ADDRESS, ValueLayout.ADDRESS, ValueLayout.JAVA_LONG);
    }

    private final MemorySegment pointer;

    public CppClass() {
        this(DefaultArgument);
    }

    public CppClass(String argument) {
        try(var scope = MemoryScope.newConfinedScope()) {
            var allocator = MemoryAllocator.nativeAllocator(scope);
            pointer = (MemoryAddress)NEW.invokeExact(
                allocator.allocateUtf8String(argument)
            );
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        FREE.invokeExact(pointer);
    }

    public boolean doStuff() {
        return (byte)DO_STUFF.invokeExact(pointer) != 0;
    }

    public boolean handleData(MemorySegment segment) {
        return (byte)HANDLE_DATA.invokeEact(pointer, segment.address(), segment.byteSize()) != 0;
    }
}

Binder 大致如下：

public interface Binder {
    MethodHandle bind(String name, FunctionDescriptor desc);
    MethodHandle bind(String name, MemoryLayout result, MemoryLayout... args);
    MethodHandle bindVoid(String name, MemoryLayout... args);
}

我不确定其中哪些部分是正确的。我的最大实现问题是：

• 调用构造函数和析构函数的正确方式是什么？
• 调用方法的正确方式是什么？
• 处理std类型(如std::string、std::vector)的正确方式是什么？
• C++编译器会在编译时添加默认参数值，还是会生成多个方法？

- gudenau

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你似乎在寻找 C++ ABI （应用程序二进制接口）。并没有一个标准化的ABI。每个编译器都定义了自己的，即使是同一编译器的不同版本也经常会有所变化。 - Igor Tandetnik

许多编程语言都支持C ABI，因为它相当稳定，在几乎每个平台上有明确定义，是许多操作系统的“本地”ABI，并且几乎普遍存在。使用C ABI可能会让FORTRAN与Pascal通信。Java可能会使用JNI与由C++支持的C ABI通信。 - Eljay

请参阅C++中extern "C"的作用是什么？ - Holger

目前外部链接器不支持任何C++ ABI。因此，要调用C++，您需要公开具有C语言链接的函数。 - Jorn Vernee

@JohannesKuhn 是的，如果有人满足于通过C ABI进行操作，他们可以构建自己的链接器。也就是说，使用当前的C链接器理论上可以（尽管非常困难）构建C++链接器。为此，不需要实现Linker。那只是用于在JDK中公开实现的接口。但是，没有API需要提供Linker实例。因此，它被封闭并不重要。 - Jorn Vernee

Answer 1

所以一般的解决方案似乎是“创建一个shim库”，因为C++ ABI非常流动并且不受Java支持。

至于结尾的答案：

• 您可以像平常一样使用void*指针
• 将this作为void*传递，并将其视为不透明指针
• 根据我所了解的，shim会自动处理，std::string会复制并具有内部引用计数
• 默认参数在编译时处理

- gudenau

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是的，这通常是正确的，不仅适用于C++和Java。如果您想让语言X与语言Y进行通信（对于任何X和Y），通常的答案是“通过C进行”，除非特定语言存在更好的方法。更好的方法的例子包括：两个JVM语言可以始终通过Java进行通信，在浏览器中运行的任何东西都应该能够与JavaScript交流，等等。 - Silvio Mayolo