基于kotlin native的C與kotlin互相調用

本文測試環境為ubuntu，沒有使用IDE；從基本層面了解kotlin native環境中，C和kotlin的編譯，互相調用。

1. kotlin 動態庫

1.1 動態庫編譯

源碼文件libktest.kt：

//file name:libktest.kt
@OptIn(kotlin.experimental.ExperimentalNativeApi::class)
@CName("testk")  // 指定 C 函數名
fun testk() {println("Hello, Kotlin!")  // 打印并換行
}

執行如下命令：?

kotlinc-native libktest.kt -produce dynamic -o libktest

liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ cat libktest.kt @OptIn(kotlin.experimental.ExperimentalNativeApi::class)
@CName("testk")  // 指定 C 函數名
fun testk() {println("Hello, Kotlin!")  // 打印并換行
}
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ cat build.sh 
#!/bin/bashkotlinc-native libktest.kt -produce dynamic -o libktest#執行shell命令
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ./build.sh #獲取的結果
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 888
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$

執行shell腳步后獲取libktest_api.h和libktest.so，so文件是linux平臺可以直接link的調用的的動態庫，h文件是生成的頭文件

與c代碼編譯的動態庫比較，kotlin的動態庫文件比C代碼編譯的動態庫文件大很多，so文件除了包含testk函數外，還額外包含了很多其他信息。看起來是kotlin相關的一些信息，暫時還未研究這些信息，應該是kotlinc-native編譯native動態庫時做的特別處理。因此看來在客戶端瘦身時，這里為考慮點。

1.2 kotlin so文件的動態鏈接調用

1.2.1 kotlin 代碼的動態鏈接

main.kt主程序代碼

import ktest.*           // 導入生成的綁定
import kotlinx.cinterop.*@OptIn(kotlinx.cinterop.ExperimentalForeignApi::class)
fun main() {testk()//println("3 + 5 = ${add(3, 5)}")          // 調用 C 函數//println("sqrt(9.0) = ${sqrtf(9.0f)}")    // 注意類型匹配（Float）
}

?創建ktest.def文件，描述需要綁定(binding)的內容, kotlin代碼調用native模塊的前提條件

headers = libktest_api.h
headerFilter = libktest_api.h
package = ktestcompilerOpts.linux = -I.
linkerOpts.linux = -L./ -lktest

?關于def文件的配置可以參考：

定義文件 | Kotlin 語言參考文檔中文版

?執行如下命令生成綁定：

cinterop ?-def ktest.def -o ktest.klib

結果如下：

liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 892
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ cinterop  -def ktest.def -o ktest.klib
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 904
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   7694 4月   2 15:35 ktest.klib
drwxr-xr-x 3 liucx liucx   4096 4月   2 15:35 ktest.klib-build
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$

生成ktest.klib?和ktest.klib-build.

編譯main.kt，獲取maink程序，終端輸出信息如下：

liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 908
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    305 4月   2 15:37 main.kt
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   7694 4月   2 15:35 ktest.klib
drwxr-xr-x 3 liucx liucx   4096 4月   2 15:35 ktest.klib-build
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ kotlinc-native main.kt -library ktest.klib  -o maink
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 1384
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 485224 4月   2 15:37 maink.kexe
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    305 4月   2 15:37 main.kt
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   7694 4月   2 15:35 ktest.klib
drwxr-xr-x 3 liucx liucx   4096 4月   2 15:35 ktest.klib-build
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt

?查看執行結果：

liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ export LD_LIBRARY_PATH=./:$LD_LIBRARY_PATH
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ./maink.kexe 
Hello, Kotlin!

?ps:動態庫的路徑需要手動臨時配置下。

至此完成了kotlin調用native動態庫的測試。

需要進一步研究的點：

def文件的binding操作具體做了什么，生成文件的作用
kotlin native編譯的native可執行程序變大了，那么kotlin的編譯過程中注入信息以及這寫注入的作用
OptIn的注解作用原理和過程

1.2.2 C 代碼的動態鏈接

liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ cat main.c #include "libktest_api.h"
void main() {testk();
}
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 1388
-rw-r--r-- 1 liucx liucx     56 4月   2 15:48 main.c
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 485224 4月   2 15:37 maink.kexe
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    305 4月   2 15:37 main.kt
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   7694 4月   2 15:35 ktest.klib
drwxr-xr-x 3 liucx liucx   4096 4月   2 15:35 ktest.klib-build
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ gcc main.c -o cmain.exe -L. -lktest -Wl,-rpath=./
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ls -lt
總用量 1400
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx   8288 4月   2 15:48 cmain.exe
-rw-r--r-- 1 liucx liucx     56 4月   2 15:48 main.c
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 485224 4月   2 15:37 maink.kexe
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    305 4月   2 15:37 main.kt
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   7694 4月   2 15:35 ktest.klib
drwxr-xr-x 3 liucx liucx   4096 4月   2 15:35 ktest.klib-build
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    129 4月   2 15:35 ktest.def
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx 892544 4月   2 15:14 libktest.so
-rw-r--r-- 1 liucx liucx   4154 4月   2 15:14 libktest_api.h
-rwxr-xr-x 1 liucx liucx     69 4月   2 15:13 build.sh
-rw-r--r-- 1 liucx liucx    163 4月   2 15:13 libktest.kt
liucx@liucx-QiTianM428-N000:~/Documents/kotlin_demo/lib_file/k_lib/debug$ ./cmain.exe 
Hello, Kotlin!

main.c為C代碼和cmain.exe為編譯的可執行程序。

C代碼調用kotlin native編譯的動態庫很方便，直接包含頭文件，鏈接對應動態庫即可。

由此看來，kotlin-native本身生成的native動態庫，被native使用時很方便，基本和native使用方式一致。需要考慮的是kotlin編寫的native動態庫主要需要考慮接口設計時的參數傳遞。

kotlin調用native動態庫時，需要額外的處理生成klib形式的中間文件，以供kotlin-native編譯kt文件時使用。kotlin-native編譯kt需要klib的中間文件, 僅僅用于編譯，最終的可執行程序運行時只依賴于so動態庫

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