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Node.js C/C++ 插件

插件 Addons 是动态链接的共享对象。他提供了 C/C++ 类库能力。这些API比较复杂,他包以下几个类库:

  • V8 JavaScript, C++ 类库。用来和 JavaScript 交互,比如创建对象,调用函数等等。在 v8.h 头文件中 (目录地址deps/v8/include/v8.h),线上地址online
  • libuv,C 事件循环库。等待文件描述符变为可读,等待定时器,等待信号时,会和 libuv 打交道。或者说,如果你需要和 I/O 打交道,就会用到 libuv。
  • 内部 Node 类库。 其中最重要的类 node::ObjectWrap,你会经常派生自它。
  • 其他的参见 deps/

Node 已经将所有的依赖编译成可以执行文件,所以你不必当心这些类库的链接问题。

以下所有例子可以在download 下载,也许你可以从中找一个作为你的扩展插件。

Hello world

现在我们来写一个 C++ 插件的小例子,它的效果和以下 JS 代码一致:

module.exports.hello = function() { return 'world'; };

创建 hello.cc 文件:

// hello.cc
#include <node.h>

using namespace v8;

void Method(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);
  args.GetReturnValue().Set(String::NewFromUtf8(isolate, "world"));
}

void init(Handle<Object> exports) {
  NODE_SET_METHOD(exports, "hello", Method);
}

NODE_MODULE(addon, init)

注意:所有的 Node 插件必须输出一个初始化函数:

void Initialize (Handle<Object> exports);
NODE_MODULE(module_name, Initialize)

NODE_MODULE 之后的代码没有分号,因为它不是一个函数 (参见node.h)。

module_name 必须和二进制文件名字一致 (后缀是 .node)。

源文件会编译成 addon.node 二进制插件。 为此我们创建了一个很像 JSON 的 binding.gyp 文件, 它包含配置信息,这个文件用node-gyp编译。

{
  "targets": [
    {
      "target_name": "addon",
      "sources": [ "hello.cc" ]
    }
  ]
}

下一步创建一个 node-gyp configure 工程,在平台上生成这些文件。

创建后,在build/文件夹里拥有一个 Makefile (Unix 系统) 文件或者 vcxproj 文件(Windows 系统)。 接着调用 node-gyp build 命令编译,生成 .node 文件。 这些文件在 build/Release/ 目录里。

现在,你能在 Node 工程中使用这些 2 进制扩展插件,在 hello.js 中声明require之前编译的hello.node:

// hello.js
var addon = require('./build/Release/addon');

console.log(addon.hello()); // 'world'

更多的信息请参考https://github.com/arturadib/node-qt

插件模式

下面是一些 addon 插件的模式,帮助你开始编码。v8 reference 文档里包含 v8 的各种接口,Embedder’s Guide这个文档包含各种说明,比如 handles, scopes, function templates, 等等。

在使用这些例子前,你需要先用 node-gyp 编译。创建binding.gyp 文件:

{
  "targets": [
    {
      "target_name": "addon",
      "sources": [ "addon.cc" ]
    }
  ]
}

将文件名加入到 sources 数组里就可以使用多个 .cc 文件,例如 :

"sources": ["addon.cc", "myexample.cc"]

准备好 binding.gyp 文件后, 你就能配置并编译插件:

$ node-gyp configure build

函数参数

从以下模式中解释了如何从 JavaScript 函数中读取参数,并返回结果。仅需要一个addon.cc文件:

// addon.cc
#include <node.h>

using namespace v8;

void Add(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  if (args.Length() < 2) {
    isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
        String::NewFromUtf8(isolate, "Wrong number of arguments")));
    return;
  }

  if (!args[0]->IsNumber() || !args[1]->IsNumber()) {
    isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
        String::NewFromUtf8(isolate, "Wrong arguments")));
    return;
  }

  double value = args[0]->NumberValue() + args[1]->NumberValue();
  Local<Number> num = Number::New(isolate, value);

  args.GetReturnValue().Set(num);
}

void Init(Handle<Object> exports) {
  NODE_SET_METHOD(exports, "add", Add);
}

NODE_MODULE(addon, Init)

可以用以下的 JavaScript 代码片段测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

console.log( 'This should be eight:', addon.add(3,5) );

回调Callbacks

你也能传 JavaScript 函数给 C++ 函数,并执行它。 在 addon.cc 中:

// addon.cc
#include <node.h>

using namespace v8;

void RunCallback(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  Local<Function> cb = Local<Function>::Cast(args[0]);
  const unsigned argc = 1;
  Local<Value> argv[argc] = { String::NewFromUtf8(isolate, "hello world") };
  cb->Call(isolate->GetCurrentContext()->Global(), argc, argv);
}

void Init(Handle<Object> exports, Handle<Object> module) {
  NODE_SET_METHOD(module, "exports", RunCallback);
}

NODE_MODULE(addon, Init)

注意,这个例子中使用了 Init() 里的 2 个参数,module对象是第二个参数。它允许 addon 使用一个函数完全重写 exports

可以用以下的代码来测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

addon(function(msg){
  console.log(msg); // 'hello world'
});

对象工厂

addon.cc 模式里,你能用 C++ 函数创建并返回一个新的对象,这个对象所包含的 msg 属性是由createObject() 函数传入:

// addon.cc
#include <node.h>

using namespace v8;

void CreateObject(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  Local<Object> obj = Object::New(isolate);
  obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "msg"), args[0]->ToString());

  args.GetReturnValue().Set(obj);
}

void Init(Handle<Object> exports, Handle<Object> module) {
  NODE_SET_METHOD(module, "exports", CreateObject);
}

NODE_MODULE(addon, Init)

使用 JavaScript 测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

var obj1 = addon('hello');
var obj2 = addon('world');
console.log(obj1.msg+' '+obj2.msg); // 'hello world'

工厂模式

这个模式里展示了如何创建并返回一个 JavaScript 函数,它是由 C++ 函数包装的 :

// addon.cc
#include <node.h>

using namespace v8;

void MyFunction(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);
  args.GetReturnValue().Set(String::NewFromUtf8(isolate, "hello world"));
}

void CreateFunction(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  Local<FunctionTemplate> tpl = FunctionTemplate::New(isolate, MyFunction);
  Local<Function> fn = tpl->GetFunction();

  // omit this to make it anonymous
  fn->SetName(String::NewFromUtf8(isolate, "theFunction"));

  args.GetReturnValue().Set(fn);
}

void Init(Handle<Object> exports, Handle<Object> module) {
  NODE_SET_METHOD(module, "exports", CreateFunction);
}

NODE_MODULE(addon, Init)

测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

var fn = addon();
console.log(fn()); // 'hello world'

包装 C++ 对象

以下会创建一个 C++对象的包装MyObject,这样 他就能再 JavaScript 中用 new 实例化。首先在addon.cc中准备主要模块:

// addon.cc
#include <node.h>
#include "myobject.h"

using namespace v8;

void InitAll(Handle<Object> exports) {
  MyObject::Init(exports);
}

NODE_MODULE(addon, InitAll)

接着在 myobject.h 创建包装,它继承自 node::ObjectWrap:

// myobject.h
#ifndef MYOBJECT_H
#define MYOBJECT_H

#include <node.h>
#include <node_object_wrap.h>

class MyObject : public node::ObjectWrap {
 public:
  static void Init(v8::Handle<v8::Object> exports);

 private:
  explicit MyObject(double value = 0);
  ~MyObject();

  static void New(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  static void PlusOne(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  static v8::Persistent<v8::Function> constructor;
  double value_;
};

#endif

myobject.cc 中实现各种暴露的方法,通过给构造函数添加 prototype 属性来暴露 plusOne 方法:

// myobject.cc
#include "myobject.h"

using namespace v8;

Persistent<Function> MyObject::constructor;

MyObject::MyObject(double value) : value_(value) {
}

MyObject::~MyObject() {
}

void MyObject::Init(Handle<Object> exports) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();

  // Prepare constructor template
  Local<FunctionTemplate> tpl = FunctionTemplate::New(isolate, New);
  tpl->SetClassName(String::NewFromUtf8(isolate, "MyObject"));
  tpl->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);

  // Prototype
  NODE_SET_PROTOTYPE_METHOD(tpl, "plusOne", PlusOne);

  constructor.Reset(isolate, tpl->GetFunction());
  exports->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "MyObject"),
               tpl->GetFunction());
}

void MyObject::New(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  if (args.IsConstructCall()) {
    // Invoked as constructor: `new MyObject(...)`
    double value = args[0]->IsUndefined() ? 0 : args[0]->NumberValue();
    MyObject* obj = new MyObject(value);
    obj->Wrap(args.This());
    args.GetReturnValue().Set(args.This());
  } else {
    // Invoked as plain function `MyObject(...)`, turn into construct call.
    const int argc = 1;
    Local<Value> argv[argc] = { args[0] };
    Local<Function> cons = Local<Function>::New(isolate, constructor);
    args.GetReturnValue().Set(cons->NewInstance(argc, argv));
  }
}

void MyObject::PlusOne(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  MyObject* obj = ObjectWrap::Unwrap<MyObject>(args.Holder());
  obj->value_ += 1;

  args.GetReturnValue().Set(Number::New(isolate, obj->value_));
}

测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

var obj = new addon.MyObject(10);
console.log( obj.plusOne() ); // 11
console.log( obj.plusOne() ); // 12
console.log( obj.plusOne() ); // 13

包装对象工厂

当你想创建本地对象,又不想在 JavaScript 中严格的使用 new 初始化的时候,以下方法非常实用。

var obj = addon.createObject();
// instead of:
// var obj = new addon.Object();

addon.cc 中注册 createObject 方法:

// addon.cc
#include <node.h>
#include "myobject.h"

using namespace v8;

void CreateObject(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);
  MyObject::NewInstance(args);
}

void InitAll(Handle<Object> exports, Handle<Object> module) {
  MyObject::Init();

  NODE_SET_METHOD(module, "exports", CreateObject);
}

NODE_MODULE(addon, InitAll)

myobject.h 中有静态方法 NewInstance,他能实例化对象 (它就像 JavaScript 的 new):

// myobject.h
#ifndef MYOBJECT_H
#define MYOBJECT_H

#include <node.h>
#include <node_object_wrap.h>

class MyObject : public node::ObjectWrap {
 public:
  static void Init();
  static void NewInstance(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);

 private:
  explicit MyObject(double value = 0);
  ~MyObject();

  static void New(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  static void PlusOne(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  static v8::Persistent<v8::Function> constructor;
  double value_;
};

#endif

这个实现方法和 myobject.cc 类似:

// myobject.cc
#include <node.h>
#include "myobject.h"

using namespace v8;

Persistent<Function> MyObject::constructor;

MyObject::MyObject(double value) : value_(value) {
}

MyObject::~MyObject() {
}

void MyObject::Init() {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  // Prepare constructor template
  Local<FunctionTemplate> tpl = FunctionTemplate::New(isolate, New);
  tpl->SetClassName(String::NewFromUtf8(isolate, "MyObject"));
  tpl->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);

  // Prototype
  NODE_SET_PROTOTYPE_METHOD(tpl, "plusOne", PlusOne);

  constructor.Reset(isolate, tpl->GetFunction());
}

void MyObject::New(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  if (args.IsConstructCall()) {
    // Invoked as constructor: `new MyObject(...)`
    double value = args[0]->IsUndefined() ? 0 : args[0]->NumberValue();
    MyObject* obj = new MyObject(value);
    obj->Wrap(args.This());
    args.GetReturnValue().Set(args.This());
  } else {
    // Invoked as plain function `MyObject(...)`, turn into construct call.
    const int argc = 1;
    Local<Value> argv[argc] = { args[0] };
    Local<Function> cons = Local<Function>::New(isolate, constructor);
    args.GetReturnValue().Set(cons->NewInstance(argc, argv));
  }
}

void MyObject::NewInstance(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  const unsigned argc = 1;
  Handle<Value> argv[argc] = { args[0] };
  Local<Function> cons = Local<Function>::New(isolate, constructor);
  Local<Object> instance = cons->NewInstance(argc, argv);

  args.GetReturnValue().Set(instance);
}

void MyObject::PlusOne(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  MyObject* obj = ObjectWrap::Unwrap<MyObject>(args.Holder());
  obj->value_ += 1;

  args.GetReturnValue().Set(Number::New(isolate, obj->value_));
}

测试:

// test.js
var createObject = require('./build/Release/addon');

var obj = createObject(10);
console.log( obj.plusOne() ); // 11
console.log( obj.plusOne() ); // 12
console.log( obj.plusOne() ); // 13

var obj2 = createObject(20);
console.log( obj2.plusOne() ); // 21
console.log( obj2.plusOne() ); // 22
console.log( obj2.plusOne() ); // 23

传递包装对象

除了包装并返回 C++ 对象,你可以使用 Node 的 node::ObjectWrap::Unwrap 帮助函数来解包。在下面的 addon.cc 中,我们介绍了一个 add() 函数,它能获取2个 MyObject对象:

// addon.cc
#include <node.h>
#include <node_object_wrap.h>
#include "myobject.h"

using namespace v8;

void CreateObject(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);
  MyObject::NewInstance(args);
}

void Add(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  MyObject* obj1 = node::ObjectWrap::Unwrap<MyObject>(
      args[0]->ToObject());
  MyObject* obj2 = node::ObjectWrap::Unwrap<MyObject>(
      args[1]->ToObject());

  double sum = obj1->value() + obj2->value();
  args.GetReturnValue().Set(Number::New(isolate, sum));
}

void InitAll(Handle<Object> exports) {
  MyObject::Init();

  NODE_SET_METHOD(exports, "createObject", CreateObject);
  NODE_SET_METHOD(exports, "add", Add);
}

NODE_MODULE(addon, InitAll)

介绍 myobject.h 里的一个公开方法,它能在解包后使用私有变量:

// myobject.h
#ifndef MYOBJECT_H
#define MYOBJECT_H

#include <node.h>
#include <node_object_wrap.h>

class MyObject : public node::ObjectWrap {
 public:
  static void Init();
  static void NewInstance(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  inline double value() const { return value_; }

 private:
  explicit MyObject(double value = 0);
  ~MyObject();

  static void New(const v8::FunctionCallbackInfo<v8::Value>& args);
  static v8::Persistent<v8::Function> constructor;
  double value_;
};

#endif

myobject.cc 的实现方法和之前的类似:

// myobject.cc
#include <node.h>
#include "myobject.h"

using namespace v8;

Persistent<Function> MyObject::constructor;

MyObject::MyObject(double value) : value_(value) {
}

MyObject::~MyObject() {
}

void MyObject::Init() {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();

  // Prepare constructor template
  Local<FunctionTemplate> tpl = FunctionTemplate::New(isolate, New);
  tpl->SetClassName(String::NewFromUtf8(isolate, "MyObject"));
  tpl->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);

  constructor.Reset(isolate, tpl->GetFunction());
}

void MyObject::New(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  if (args.IsConstructCall()) {
    // Invoked as constructor: `new MyObject(...)`
    double value = args[0]->IsUndefined() ? 0 : args[0]->NumberValue();
    MyObject* obj = new MyObject(value);
    obj->Wrap(args.This());
    args.GetReturnValue().Set(args.This());
  } else {
    // Invoked as plain function `MyObject(...)`, turn into construct call.
    const int argc = 1;
    Local<Value> argv[argc] = { args[0] };
    Local<Function> cons = Local<Function>::New(isolate, constructor);
    args.GetReturnValue().Set(cons->NewInstance(argc, argv));
  }
}

void MyObject::NewInstance(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  HandleScope scope(isolate);

  const unsigned argc = 1;
  Handle<Value> argv[argc] = { args[0] };
  Local<Function> cons = Local<Function>::New(isolate, constructor);
  Local<Object> instance = cons->NewInstance(argc, argv);

  args.GetReturnValue().Set(instance);
}

测试:

// test.js
var addon = require('./build/Release/addon');

var obj1 = addon.createObject(10);
var obj2 = addon.createObject(20);
var result = addon.add(obj1, obj2);

console.log(result); // 30

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