使用C/C++编写nodejs原生模块

一直想了解一下使用C/C++编写nodejs原生模块,从网上找到的博客,大多都停留在如何搭建环境,然后一个Hello World完事。连更多的参考资料也没有。于是就自己整理了一下,备份成此博客,分享于此。

至于准备环境什么的,网上一抓一大把,就不再详述 。

主要参考两个地方:

其中第一个是nodejs的官方文档,里面介绍了几个不错的参考例子。
第二个是v8引擎的文档,c++的,编写c++模块主要看这个文档。

好了,我们开始几个例子,逐步的了解如何使用c++编写nodejs模块。

Hello World

不能免俗,第一个先上来写个Hello World吧,毕竟程序员认识的第一个程序就是Hello World。

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#include <node.h>
void hello(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value> &args) {
v8::Isolate *isolate = args.GetIsolate();
auto message = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!");
args.GetReturnValue().Set(message);
}
void Initialize(v8::Local<v8::Object> exports) {
NODE_SET_METHOD(exports, "hello", hello);
}
NODE_MODULE(module_name, Initialize)

好了,这是最简单的一个HelloWorld,我们将文件命名为addon.cc,我们使用node-gyp编译一下,然后在我们的js文件中直接使用require引入模块,然后就可以调用了。

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const myAddon = require('./build/Release/addon') ;
console.log(myAddon.hello());

如无意外,将会在终端打印Hello World!

我们简单来看一下代码,第一行#include <node.h>是C++中引入node.h头文件的代码。头文件可理解为接口,我们在里面只定义了接口方法,并未实现,然后通过其他文件实现,C++链接器负责将这两个链接在一起。

然后定义了一个方法hello(),没有返回值。方法参数通过const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value> &args传递,注意,这里我们加了v8::前缀注解,也可以直接在文件开始使用using v8;这样就可以不用每次都使用这个注解了。
v8::Isolate *isolate = args.GetIsolate();这里,我们在函数中访问了javascript的作用域。
auto message = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!");我们创建了一个字符串类型的变量,赋值Hello World!并将其绑定到作用域。
我们通过args.GetReturnValue()获取了我们函数的返回值。

Initialize()方法用于初始化模块方法,将方法和要导出的模块的方法名进行绑定。

最后NODE_MODULE导出这个模块。

上面这个例子很简单,如果是js代码的话:

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'use strict';
let hello = function hello() {
let message = "Hello World!";
return message;
};
module.exports = {
hello:hello
};

好了,第一个HelloWorld就结束了。网上很多介绍nodejs C++模块的博客文章,到这里就结束了。看完之后,一脸懵逼,啥啊这是?我想再写个传参数,并对参数做简单操作的方法该怎么写?

sum(a,b)

好吧。那我们就再写一个sum(a,b)函数,传递两个数字类型参数a,b,并求两个参数的和返回。

js中代码简单到下:

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let sum = function(a,b){
if(typeof a == 'number' && typeof b == 'number'){
return a + b;
}else{
throw new Error('参数类型错误');
}
}

那么,C++该如何编写:

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void sum(const FunctionCallbackInfo<Value> &args) {
Isolate *isolate = args.GetIsolate();
if(!args[0]->IsNumber()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[0] must be a number")));
return ;
}
if(!args[1]->IsNumber()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[1] must be a number")));
return ;
}
args.GetReturnValue().Set(args[0]->NumberValue() + args[1]->NumberValue());
}

首先判断两个参数是否是Number类型,如果不是,直接抛出异常。如果是,则将返回值设置为两个参数的和。

这里我们并没有在参数列表中,直接使用a,b作为参数,而是直接使用 args 对象。 这和js是类似的,第一个参数是 args[0],第二个参数是 args[1]。

调用IsNumber()来判断是否是数字类型。如果不是,抛出一个TypeError类型错误异常。
如果类型没问题,使用args[0]->NumberValue()获取参数的数字值,然后相加,赋值给返回值。

可能你会问,args[0] 这是个啥?它的IsNumber()方法又是怎么来的?哪里有文档可以查阅呢?

这里其实是v8引擎内部类型,基本和js的内置对象是一一对应的。可以查阅v8类型说明文档

v8 Types

上面这个图是不是很熟悉,和js的类型系统特别像。
js的Array,Date,Function,String等等都是继承自Object,而v8引擎内部,Object和Primitive都是继承自Value类型。

这里的IsNumber()方法就是Value类型的方法。那么除了这个方法,还有什么方法呢?

Value方法

上面这张图,我只是截了一小部分,全部的可以直接去查阅文档。看,这里有各种方法,判断是否是数字类型的IsNumber(),判断是否是日期类型的IsDate(),判断是否是数组的IsArray()方法等等。

v8的接口实现的也很完善了,即使并不精通C++的开发者也可以照猫画虎的实现个简单的模块。

args[0]->NumberValue()返回的是一个double的值,是的,这里是实打实的C++里的double类型,可以直接进行加减运算的。类似的还有BooleanValue()方法等等,都是获取不同类型的值使用的方法。

第二个例子中,我们简单实现了一个sum()方法,传递两个参数,求和。但是这里涉及到的只是整型的值,那如果有其他类型的值怎么办呢?比如数组。

sumOfArray(array)

下面将方法升级一下,传递一个数组,然后求数组中所有值的和。js的话:

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let sumOfArray = function(array){
if(!Array.isArray(array)){
throw new Error('参数错误,必须为Array类型');
}
let sum = 0;
for(let item of array){
sum += item;
}
return sum;
}

逻辑很简单,就是将传过来的数组进行遍历一遍,然后将所有项累加即可。C++也是如此:

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void sumOfArray(const FunctionCallbackInfo<Value> &args){
Isolate *isolate = args.GetIsolate();
if(!args[0]->IsArray()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[0] must be an Array")));
return ;
}
Local<Object> received_v8_obj = args[0]->ToObject();
Local<Array> keys = received_v8_obj->GetOwnPropertyNames();
int length = keys->Length();
double sum = 0;
for(int i=0;i<length;i++){
sum += received_v8_obj->Get(keys->Get(i))->NumberValue();
}
args.GetReturnValue().Set(sum);
}

先判断是否是数组,没什么问题。

然后我们定义了一个Object类型的received_v8_obj属性,将其赋值为args[0]->ToObject()。这里调用ToObject()方法将其转换为一个对象。
然后调用这个对象的GetOwnPropertyNames()方法获取所有的键,然后根据键获取对象的值,进行累加。

为什么不直接将其转换为数组,然后进行遍历呢?

我们都知道,js中的数组并不是真正的数组,其实质还是对象。其内部都是键值对存储的。因此这里也是一样,Value类型并不提供直接转换为数组的ToArray()方法,而是将其转换为Object对象,通过对象的形式进行操作。

那么对象有哪些操作呢,看文档

但是你会发现,v8确实有个Array类,继承自Object类。那么Array有什么方法呢?
看文档就知道了,少的可怜:

Array方法

所以,对数组的操作都将转换为对象操作。

createObj()

说到对象了,那么我们就来写一个创建对象的方法。传递两个参数,一个name,一个age,创建一个对象,表示一个人,名叫啥,多大年纪。

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void createObj(const FunctionCallbackInfo<Value> &args){
Isolate *isolate = args.GetIsolate();
Local<Object> obj = Object::New(isolate);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate,"name"),args[0]->ToString());
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate,"age"),args[1]->ToNumber());
args.GetReturnValue().Set(obj);
}

这个方法,参照文档,基本没啥可说的。

通过Object::New(isolate)创建一个对象,然后设置两个属性name,age,将参数依次赋值给这两个属性,然后返回这个对象即可。

如果用js写:

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let createObj = function(name,age){
let obj = {};
obj.name = name;
obj.age = age;
return obj;
};

callback

上面说的,都没提到js中一个重要的东西,回调函数。如果参数中传一个回调函数,那么我们该如何执行呢?

来一个简单的例子。

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let cb = function(a,b,fn){
if(typeof a !== 'number' || typeof b !== 'number'){
throw new Error('参数类型错误,只能是Number类型');
}
if(typeof fn !== 'function'){
throw new Error('参数fn类型错误,只能是Function类型');
}
fn(a,b);
};

这个例子很简单,我们传两个数字类型参数a,b和一个回调函数fn,然后将a,b作为fn的参数调用fn回调函数。这里我们对a,b的操作转交给回调函数。回调函数里我们可以求和,也可以求积,随你。

这个例子中,暂时还没涉及到的是如何调用回调函数。

先上代码:

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void cb(const FunctionCallbackInfo<Value> &args){
Isolate *isolate = args.GetIsolate();
if(!args[0]->IsNumber()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[0] must be a Number")));
}
if(!args[1]->IsNumber()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[1] must be a Number")));
}
if(!args[2]->IsFunction()){
isolate->ThrowException(v8::Exception::TypeError(
v8::String::NewFromUtf8(isolate, "args[2] must be a Function")));
}
Local<Function> jsfn = Local<Function>::Cast(args[2]);
Local<Value> argv[2] = { Number::New(isolate,args[0]->NumberValue()),Number::New(isolate,args[1]->NumberValue())};
Local<Value> c = jsfn->Call(Null(isolate),2,argv);
args.GetReturnValue().Set(c);
}

上面三个判断参数类型,略过。

我们定义一个Function类型属性jsfn,将args[2]强制转换为Function并赋值给jsfn。

然后定义一个具有两个值的参数argv,这两个值就是args[0],args[1]的数字值。

然后通过jsfn->Call(Null(isolate),2,argv)调用回调函数。

argv是一个数组,其个数我们在定义时指定,2个。

Call()方法为函数类型的值进行调用的方法。

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Local< Value > | Call (Handle< Value > recv, int argc, Handle< Value > argv[])

查阅文档,可以看出,Call()方法传3个参数,第一个参数是执行上下文,用于绑定代码执行时的this,第二个参数为参数个数,第三个为参数列表,数组形式。

上面几个例子,只是冰山一角,连一角都算不上。只为了解一下nodejs使用C/C++编写原生模块,如果要编写一个可用的,高性能的C模块,那么,要求程序员一定要精通C/C++,并且对js底层也很精通,包括v8和libuv等等。

所以,简单了解一下,装装逼就好了。真要真枪实弹的上,我等渣渣就算了。至少,现在还不行,慢慢钻研吧。

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