通过ffi在nodejs中调用动态链接库(.so文件)

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-08-21 13:44 677阅读 0赞

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## 概述 ##

### 为什么要在node.js中调用动态链接库 ###

1.  由于腾讯体系下的许多公共的后台服务(L5, CKV, msgQ等)已经有了非常成熟的C/C++编写的API，以供应用程序调用，node.js作为在公司内新兴的后台runtime在调用这些公共服务的时候没必要再造一遍轮子，而是可以将这些API编译成.so文件直接使用。
2.  对于一些密集计算型的任务可以由C++编写好模块，生成.so文件后由node.js调用。

### ffi简介与安装 ###

我们使用[node-ffi][]来帮助我们调用动态链接库。

> FFI的全称是Foreign Function Interface，该项目生来就是解决NodeJS的本地调用问题的，其流程就相当于Windows下的LoadLibrary()和GetProcAddress()，亦可以理解为NodeJS下的平台调用。为了调用一个小小的本地函数而创建一个addon实在是有点过头了，这个时候，FFI这把杀鸡刀就顺手得多了。有了它，本地调用变得异常简单，因为它在NodeJS环境中为JavaScript提供了一套强大的工具集用来调用动态链接库。

**notice:** 本人的node使用环境是64bit的Linux系统。  
**安装ffi：**

1.  全局或局部安装node-gyp: `npm install -g node-gyp`，装之前要安装python 2.7，而node-gyp不支持Python 3.x，所以安装了多个版本Python的读者得留意一下自己当前的Python版本了。Linux下pythonbrew一键搞定，Windows下还得去改环境变量。并且，如果你使用的node.js版本是4.0+，node-gyp的安装依赖支持C++11语法的gcc，你需要确定当前环境的gcc版本至少高于4.8。
2.  安装ffi：`npm install ffi`

### 注意事项！ ###

*  ffi只能调用C风格的模块。
 *  需要将C源码build成动态链接库以供调用，在Linux下将C源码build成`.so`文件，在windows下build成`.dll`文件。本文只阐述.so文件的调用方法，调用.dll差别不大。
 *  在Linux下如果使用C++编写的addon来调用.so文件，需要将.so文件为系统共享。具体方法可以参看ldconfig命令，这是一个Linux下的动态链接库管理命令。ldconfig命令的主要用途是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下，搜索出可共享的动态链接库(格式如lib\*.so\*)，进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件。缓存文件默认为 /etc/ld.so.cache，此文件保存已排好序的动态链接库名字列表。ldconfig通常在系统启动时运行，而当用户安装了一个新的动态链接库时，就需要手工运行这个命令。

## 煎蛋栗子 ##

这里就不演示利用[node-gyp][]将.cc文件生成.node文件了，一般我都是找后台同学帮我把C源码文件编译成.so文件，然后直接拿过来用！哈哈哈！  
这个栗子是nodejs调用C接口发送短信，这个C的API也非常简单：

int send_msg(char * phone, char * content)

参数是手机号和短信内容，类型都是`char *`，返回的retcode是一个整型，返回0就代表发送成功，其他就是失败，方法名是send\_msg。下面是如果利用ffi在nodejs中调用这个接口，该接口的源码已经被封装成libsend\_msg.so这个动态链接库了，我们直接调用就好。

'use strict'
    /** * 短信下发服务模块 * 由于项目是使用node 5.0+，所以安装node-ffi模块需要依赖gcc 4.8+以上版本 */
    
    var ffi = require('ffi');
    
    // int send_msg(char * phone, char * content)
    var libm = ffi.Library(__dirname + '/msgQ/libsend_msg', { 
    	'send_msg': ['int', ['string', 'string']]
    });
    
    let smsExport = { 
    	sendMsg(opt) { 
    		let phone = opt.phone;
    		let content = opt.text;
    
    		// 调用c接口，发送短信
    		let retcode = libm.send_msg(phone, content);
    
    		if (retcode === 0) { 
                // TODO succ
            } else { 
    			// TODO fail
            }
    	}
    };
    
    module.exports = smsExport;

可以看到，在使用ffi调用C接口传参时，C的`char *`类型在nodejs源码中可以直接用`string`类型表示，而对于nodejs没有的`int`类型，我们也可以直接写成`int`。并且可以看出来，这里我们使用同步的方式调用send\_msg方法的。

## 获取C接口的指针内容 ##

上面这个栗子非常简单，主要是简单在传参和出参的类型。由于javascript和C这两种语言的基本类型并不能完全对齐，所以有时候在调用的时候，对于传参出参的处理比较麻烦。经常遇到的一个问题就是如何在JS中针对C的指针类型进行操作。  
例如有5个C接口如下：

double    do_some_number_fudging(double a, int b);
    myobj *   create_object();
    double    do_stuff_with_object(myobj *obj);
    void      use_string_with_object(myobj *obj, char *value);
    void      delete_object(myobj *obj);

可以看到这些接口，有的方法的出参是一个指向object类型的指针，有的入参是一个指向object类型的指针，如果使用C语言调用这5个接口，可能会是这样：

#include "mylibrary.h"
    int main()
    {
        myobj *fun_object;
        double res, fun;
    
        res = do_some_number_fudging(1.5, 5);
        fun_object = create_object();
    
        if (fun_object == NULL) {
          printf("Oh no! Couldn't create object!\n");
          exit(2);
        }
    
        use_string_with_object(fun_object, "Hello World!");
        fun = do_stuff_with_object(fun_object);
        delete_object(fun_object);
    }

那用JS如何调用这些接口呢？我们先使用`ffi`来包装一下这些接口：

var ref = require("ref");
    var ffi = require("ffi");
    
    // typedefs
    var myobj = ref.types.void // 仅仅只是用来演示如何用ref创建C语言中的类型，由于我们这里不知道myobj将来会是啥类型，所以先定义成void类型
    
    var MyLibrary = ffi.Library('libmylibrary', { 
      "do_some_number_fudging": [ 'double', [ 'double', 'int' ] ],
      "create_object": [ "pointer", [] ],
      "do_stuff_with_object": [ "double", [ "pointer" ] ],
      "use_string_with_object": [ "void", [ "pointer", "string" ] ],
      "delete_object": [ "void", [ "pointer" ] ]
    });

好啦，下面编写JS代码来调用这些接口：

var res = MyLibrary.do_some_number_fudging(1.5, 5); // 单纯的计算
    var fun_object = MyLibrary.create_object(); // 调用接口，创建一个指向object类型的指针
    
    if (fun_object.isNull()) { 
        console.log("Oh no! Couldn't create object!\n");
    } else { 
    	// 将刚刚创建的指针作为入参传入其他方法。
        MyLibrary.use_string_with_object(fun_object, "Hello World!"); 
        var fun = MyLibrary.do_stuff_with_object(fun_object);
        MyLibrary.delete_object(fun_object); // 使用完之后记得调用C接口释放指针指向的内存
    }

有时候,有时候,我会相信一切有尽头,相爱分离都有时候,没有什么会永垂不朽。。。 不对，跑偏了。有时候，我们会把一个指针作为入参传给一个C接口，接口方法执行完之后会给这个指针指向的内存地址赋值，那么我们如何把这个值取出来呢？下面给出一个栗子。  
C接口：

void* xyz_create(int id, unsigned int network_timeout_ms, float something_timeout_s);
    int xyz_get(int id, void *obj, const char *key, char **val, int *something); 
    int xyz_set(int id, void *obj, const char *key, const char *val, int *something); 
    void xyz_destroy(void *obj);
    void xyz_free(char *p);

用`ffi`包装C接口生成的动态链接库，并使用`ref`进行一些类型映射。

'use strict'
    const ref = require("ref");
    const ffi = require("ffi");
    // 生成兼容C的指向string类型的指针，即char**
    let stringPointer = ref.refType(ref.types.CString);
    
    let libxyz = ffi.Library(__dirname + '/so/example.so', { 
        'xyz_create': ['pointer', ['int', 'uint', 'float']],
        'xyz_get': ['int', ['int', 'pointer', 'string', stringPointer, 'int *']],
        'xyz_set': ['int', ['int', 'pointer', 'string', 'string', 'int *']],
        'xyz_destroy': ['void', ['pointer']],
        'xyz_free': ['void', ['string']]
    });

使用JS调用C接口：

'use strict'
    
    let id = 123;
    let network_timeout_ms = 3000;
    let something_timeout_s = 0.3;
    let obj = libxyz .xyz_create(id , config.cmdid, network_timeout_ms, something_timeout_s); // 调用C接口创建一个指针
    if (obj .isNull()) { 
        console.log("Oh no! Couldn't create object!\n");
    } else { 
    	let pointerSomething= ref.alloc(ref.types.int, 666); // something的值，固定为666，将js中的number类型转化成C中的int * 
    	let key = 'key';
    	let value = 'value';
    	let retcode = libxyz.cmem_set(id , obj, key, value , pointerSomething);
    	if(retcode === 0) { 
    		let val2 = ref.alloc('string'); // 声明一个char **类型的指针，即指向string的指针
    		// 如果设置key/value成功，我们可以利用key取出刚刚设置的value值，并进行比较，看看有木有设置正确。取出来的值，是存在val2这个值里面的，但val2是一个指向string的指针类型，我们来看看如何取出val2的值，并与value进行比较。
    		let getRetcode = libcmem.cmem_get(config.bid, obj, key, val2, pointerSomething);
    		if(getRetcode === 0) { 
    			if(value === ref.readPointer(val2, 0, value.length)) { 
    				console.log('set value succ!');
    			}
    		} else { 
    			console.log('get value failed!');
    		}
    	} else { 
    		console.log('set key/value failed！');
    	}
    }

关于ref的详细api可以参看他们的官方文档：https://github.com/TooTallNate/ref

值得一提的是，还有一个名为edge.js的开源项目，整个流程和FFI类似，不过支持调用C\#、Python，相当有意思。这样一来，NodeJS相当于可以用C/C++、C\#、Python扩展了，潜力无限啊。当然，你可以说我直接拿其它语言写程序然后NodeJS里fork()就好了，不过其灵活性显然是不如以上思路的。

[814172936a9a0e48d1d49c19821e2318.png]: /images/20220724/65c3a023d310419f89698d836741bb28.png
[node-ffi]: https://github.com/node-ffi/node-ffi
[node-gyp]: https://github.com/nodejs/node-gyp