Java Academy · Урок

Макеты и структуры

Описывайте макеты нативной памяти

Урок 4 из 413 шагов

«Макеты и структуры» — бесплатный урок Java Academy на CoddyKit. Это урок 4 из 4. Ты можешь прочитать весь урок бесплатно ниже — а потом практиковать его прямо в браузере с встроенным редактором кода и ИИ-репетитором 24/7. Это часть пути обучения Java Academy, и твой прогресс синхронизируется между веб-версией и приложением CoddyKit. Курс Java Academy содержит 4 уроков всего.

Описание нативной памяти

Нативные данные редко представлены одним значением. В C используются структуры, массивы и объединения. FFM моделирует эти формы с помощью разметок памяти, позволяя безопасно читать и записывать структурированные нативные данные.

Семейство разметок

Типы разметок образуют небольшую иерархию:

ValueLayout: примитивное значение (целое число, длинное целое число, число двойной точности, адрес)
SequenceLayout: массив фиксированного размера из элементов одной разметки
StructLayout: поля, расположенные последовательно
UnionLayout: перекрывающиеся поля

Разметка значения

Самые простые разметки — встроенные разметки значений. Они содержат сведения о размере, выравнивании и порядке байтов.

import java.lang.foreign.ValueLayout;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("int size: " + ValueLayout.JAVA_INT.byteSize());
        System.out.println("double size: " + ValueLayout.JAVA_DOUBLE.byteSize());
    }
}

Определение структуры

Смоделируйте структуру C с помощью MemoryLayout.structLayout(...), задав имя каждого поля с помощью withName. Рассмотрим структуру C struct Point { int x; int y; }.

import java.lang.foreign.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StructLayout point = MemoryLayout.structLayout(
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("y"));
        System.out.println("Point size: " + point.byteSize());
    }
}

Дескрипторы VarHandle для полей

Чтобы прочитать или записать именованное поле, получите VarHandle с помощью выражения пути. groupElement("x") выбирает поле по имени.

import java.lang.foreign.*;
import java.lang.invoke.VarHandle;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StructLayout point = MemoryLayout.structLayout(
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("y"));
        VarHandle xHandle = point.varHandle(
            MemoryLayout.PathElement.groupElement("x"));
        System.out.println("Built VarHandle for x: " + xHandle);
    }
}

Чтение и запись структуры

Выделите сегмент размером, соответствующим разметке, а затем с помощью дескрипторов переменных задайте и получите значения полей. Это аналогично заполнению структуры C.

import java.lang.foreign.*;
import java.lang.invoke.VarHandle;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StructLayout point = MemoryLayout.structLayout(
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("y"));
        VarHandle xh = point.varHandle(MemoryLayout.PathElement.groupElement("x"));
        VarHandle yh = point.varHandle(MemoryLayout.PathElement.groupElement("y"));
        try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
            MemorySegment p = arena.allocate(point);
            xh.set(p, 0L, 3);
            yh.set(p, 0L, 4);
            System.out.println("Point = (" + xh.get(p, 0L) + ", " + yh.get(p, 0L) + ")");
        }
    }
}

Заполнение и выравнивание

Компиляторы C вставляют заполнение, чтобы поля были выровнены. FFM не добавляет его автоматически, поэтому для точного соответствия разметке C необходимо включить MemoryLayout.paddingLayout(n).

Неправильное выравнивание повредит все поля после промежутка.

Пример явного заполнения

В структуре struct { char c; int n; } значение типа int должно быть выровнено по границе 4 байт, поэтому после значения char следуют 3 байта заполнения.

import java.lang.foreign.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StructLayout s = MemoryLayout.structLayout(
            ValueLayout.JAVA_BYTE.withName("c"),
            MemoryLayout.paddingLayout(3),
            ValueLayout.JAVA_INT.withName("n"));
        System.out.println("Aligned struct size: " + s.byteSize());
    }
}

Разметки последовательностей

SequenceLayout описывает массив. MemoryLayout.sequenceLayout(count, element) моделирует, например, массив из 10 чисел двойной точности.

import java.lang.foreign.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SequenceLayout arr = MemoryLayout.sequenceLayout(10, ValueLayout.JAVA_DOUBLE);
        System.out.println("Array bytes: " + arr.byteSize());
    }
}

Вложенные разметки

Разметки можно объединять. Структура может содержать последовательность, а последовательность — структуры. Такие выражения пути, как sequenceElement() и groupElement(name), позволяют переходить к данным на любом уровне вложенности.

Это позволяет работать с реальными структурами данных C любой сложности.

Смещения и выделение срезов

С помощью пути можно получить byteOffset поля, а затем использовать segment.asSlice(offset, size), чтобы получить дочерний сегмент. Это удобно, когда нужно передать нативной функции одно поле структуры.

Быстрая проверка

Вспомните распространённую проблему со структурами.

Ответь в интерактивном уроке

Итоги

Вы научились описывать нативные данные:

Семейство разметок: ValueLayout, SequenceLayout, StructLayout, UnionLayout
Задавайте имена полям с помощью withName, а доступ осуществляйте через VarHandle и элементы пути
Добавляйте явное paddingLayout для правильного выравнивания
Объединяйте вложенные разметки и создавайте срезы с помощью asSlice

На этом курс по API внешних функций и памяти завершён.

Можно начать бесплатно

Изучай Java с ИИ-репетитором — бесплатно

Пиши и запускай код прямо в браузере, получай мгновенную помощь от ИИ-репетитора 24/7 и продолжи учиться на сайте или в приложении.

Курсы: 104
Уроки: 374

Начать учиться бесплатно Посмотреть полный курс

Часто задаваемые вопросы

Урок «Макеты и структуры» бесплатный?

Да — полный текст урока «Макеты и структуры» бесплатно доступен здесь в веб-версии. Чтобы практиковать его интерактивно (встроенный редактор кода и ИИ-репетитор 24/7) и разблокировать остальной курс Java Academy, подпишись на CoddyKit PRO. Курс Java Academy содержит 4 уроков всего.

Чему я научусь в уроке «Макеты и структуры»?

Описывайте макеты нативной памяти Ты практикуешь Java Academy с помощью реального кода, который запускаешь прямо в браузере, и ИИ-репетитор 24/7 отвечает на твои вопросы во время урока.

Нужен ли мне опыт, чтобы начать Java Academy?

Предыдущий опыт не требуется. Java Academy на CoddyKit структурирован для всех уровней — от новичков до продвинутых, поэтому ты можешь начать отсюда или с самого начала и учиться в своем темпе. Это урок 4 из 4.

Сколько времени занимает урок «Макеты и структуры»?

Большинство уроков CoddyKit занимают около 5–10 минут. Каждый из них компактный и интерактивный, поэтому ты постоянно делаешь прогресс и продолжаешь с того же места в веб-версии и приложении.

Можно ли писать и запускать код в этом уроке Java Academy?

Да. Каждый урок Java Academy включает встроенный редактор кода, поэтому ты пишешь и запускаешь реальный код прямо в браузере и получаешь моментальную обратную связь от AI — локальная установка не требуется.

Все уроки этого курса

← Назад к Java Academy