Node.js 和 C++ 之间如何进行类型转换？
2017-01-05 16:35
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我非常喜欢使用 Node.js开发，但是当涉及到计算密集型的场景时 Node.js 就不能够很好地胜任了。而在这样的情况下 C++ 是一个很好的选择，非常幸运 Node.js 官方提供了C/C++ Addons 的机制让我们能够使用 V8 API 把Node.js 和 C++ 结合起来。
虽然在 Node.js 官方网站有很多的关于怎么使用这些 API 的文档，但是在 JavaScript 和 C++ 之间传递数据是一件非常麻烦的事情，C++ 是强类型语言（”1024” 是字符串类型而不是整数类型），而 JavaScript 却总是默认的帮我们做一些类型转换。
JavaScript 的基本类型包括 String，Number，Boolean，null，undefined，V8 使用类继承的方式来定义这类型，这些类型都继承了 Primitive 类，而 Primitive 继承了 Value ，v8 也支持整型（包括 Int32 和 Uint32 ），而所有的类型定义都可以从 V8 类型文档 中看到，除了基本的类型，还有 Object，Array，Map 等类型的定义。
基本类型的继承关系如下图：
在 V8 中所有 JavaScript 值都是被放在 Local 对象中，通过这个对象指定了 JavaScript 运行时的内存单元。
下面这段代定义了一个 Number 类型的值，其中 Test 函数中声明的 isolate 变量代表着 V8 虚拟机中的堆内存，当创建新变量的时候就需要用到它，接下来的一行代码就通过 isolate 声明了一个 Number 类型的变量。
#include
#include
usingnamespace v8;
void Test(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// 声明变量
Local retval = v8::Number::New(isolate, 1000);
}
void init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(exports, "getTestValue", Test);
}
NODE_MODULE(returnValue, init)
看了 V8 类型 API 文档 你会发现对于基本的 JavaScript 类型，只有变量的声明而没有变量的赋值。最初想可能觉得这个非常的奇怪，可是仔细想一想后发现这个是合理的。主要由以下几点原因：
JavaScript 的基本类型是不可变类型，变量都是指向一个不可变的内存单元，var a = 10，则 a 指向的内存单元中包含的值为 5，重新赋值 a = 100，没有改变这个内存单元的值，而是使得 a 指向了另外一个内存单元，其中的值为 100。如果声明两个变量 x，y 的值都为 10，则他们指向的是同一个内存单元。
函数的传参都是传值，而不是传引用，当在 JavaScript 中调用 C++ 的函数时，如果参数是基本类型则每次都是把这个值拷贝过去，改变参数的值不会影响原来的值。
使用 Local 声明基本类型的变量都是对内存单元的引用，因为第一条原因不可能改变引用的值使其指向另外一个内存单元，因此不存在变量的重新赋值。
数据流向 C++ -> JavaScript
下面 demo 定义了一些常用的 JavaScript 类型，包括基本类型的以及 Object, Array, Fuction。
#include
#include
usingnamespace v8;
void MyFunction(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
args.GetReturnValue().Set(String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!"));
}
void Test(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// Number 类型的声明
Local retval = v8::Number::New(isolate, 1000);
// String 类型的声明
Local str = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!");
// Object 类型的声明
Local obj = v8::Object::New(isolate);
// 对象的赋值
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg1"), str);
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg2"), retval);
// Function 类型的声明并赋值
Local tpl = v8::FunctionTemplate::New(isolate, MyFunction);
Local fn = tpl->GetFunction();
// 函数名字
fn->SetName(String::NewFromUtf8(isolate, "theFunction"));
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg3"), fn);
// Boolean 类型的声明
Local flag = Boolean::New(isolate, true);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg4"), flag);
// Array 类型的声明
Local arr = Array::New(isolate);
// Array 赋值
arr->Set(0, Number::New(isolate, 1));
arr->Set(1, Number::New(isolate, 10));
arr->Set(2, Number::New(isolate, 100));
arr->Set(3, Number::New(isolate, 1000));
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg5"), arr);
// Undefined 类型的声明
Local und = Undefined(isolate);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg6"), und);
// null 类型的声明
Local null = Null(isolate);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg7"), null);
// 返回给 JavaScript 调用时的返回值
args.GetReturnValue().Set(obj);
}
void init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(exports, "getTestValue", Test);
}
NODE_MODULE(returnValue, init)
所有的 addon 都需要一个初始化的函数，如下面的代码：
void Initialize(Local exports);
NODE_MODULE(module_name, Initialize)
Initialize 是初始化的函数， module_name 是编译后产生的二进制文件名，上述代码的模块名为 returnValue 。
上述代码通过 node-gyp 编译后（编译过程官方文档 C/C++ Addons 有详细的介绍），可以通过如下的方式调用。
// returnValue.node 这个文件就是编译后产生的文件，通过 NODE_MODULE(returnValue, init) 决定的文件名
const returnValue = require('./build/Release/returnValue.node');
console.log(returnValue.getTestValue());
运行结果如下:
数据流向 javaScript -> C++
上面的 demo 展示了怎样在在 C++ 定义 JavaScript 类型，数据的是从 C++ 流向 JavaScript，反过来数据也需要从 javaScript 流向 C++，也就是调用 C++ 函数的时候需要传入一些参数。
下面的代码展示了参数个数判断，参数类型判断，以及参数类型装换成 V8 类型的过程，包括基本类型以及 Object, Array, Fuction。
#include
#include
#include
usingnamespace v8;
usingnamespace std;
void GetArgument(const FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// 参数长度判断
if (args.Length() < 2) {
isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
String::NewFromUtf8(isolate, "Wrong number of arguments")));
return;
}
// 参数类型判断
if (!args[0]->IsNumber() || !args[1]->IsNumber()) {
//抛出错误
isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
String::NewFromUtf8(isolate, "argumnets must be number")));
}
if (!args[0]->IsObject()) {
printf("I am not Object\n");
}
if (!args[0]->IsBoolean()) {
printf("I am not Boolean\n");
}
if (!args[0]->IsArray()) {
printf("I am not Array\n");
}
if (!args[0]->IsString()) {
printf("I am not String\n");
}
if (!args[0]->IsFunction()) {
printf("I am not Function\n");
}
if (!args[0]->IsNull()) {
printf("I am not Null\n");
}
if (!args[0]->IsUndefined()) {
printf("I am not Undefined\n");
}
// js Number 类型转换成 v8 Number 类型
Local value1 = Local ::Cast(args[0]);
Local value2 = Local ::Cast(args[1]);
double value = value1->NumberValue() + value2->NumberValue();
// js String 类型转换成 v8 String 类型
Local str = Local ::Cast(args[2]);
String::Utf8ValueutfValue(str);
cout<<string(*utfvalue)<<endl;< p="">
// js Array 类型转换成 v8 Array 类型
Local input_array = Local ::Cast(args[3]);
printf("%d, %f %f\n", input_array->Length(), input_array->Get(0)->NumberValue(), input_array->Get(1)->NumberValue());
// js Object 类型转换成 v8 Object 类型
Local obj = Local ::Cast(args[4]);
// 根据 key 获取对象中的值
Local a = obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "a"));
Local b = obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "b"));
// js Array 类型转换成 v8 Array 类型
Local c = Local ::Cast(obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "c")));
cout< NumberValue()<<" "< NumberValue()<<endl;< p="">
printf("%d, %f %f\n", c->Length(), c->Get(0)->NumberValue(), c->Get(1)->NumberValue());
// js String 类型转换成 v8 String 类型
Local cString = Local ::Cast(c->Get(2));
String::Utf8ValueutfValueD(cString);
cout<<string(*utfvalued)<<endl;< p="">
// 根据 key 获取对象中的值
Local d = Local ::Cast(obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "d")));
Local dString1 = Local ::Cast(d->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "m")));
String::Utf8ValueutfValued1(dString1);
cout<<string(*utfvalued1)<<endl;< p="">
// 根据 key 获取对象中的值
Local dString2 = Local ::Cast(d->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "n")));
String::Utf8ValueutfValued2(dString2);
cout<<string(*utfvalued2)<<endl;< p="">
// js Booelan 类型转换成 v8 Boolean 类型
Local FlagTrue = Local ::Cast(args[5]);
cout<<"Flag: "< BooleanValue()<<endl;< p="">
// js Function 类型转换成 v8 Function 类型
Local cb = Local ::Cast(args[8]);
const unsigned argc = 2;
Local argv[2];
argv[0] = a;
argv[1] = b;
cb->Call(Null(isolate), argc, argv);
args.GetReturnValue().Set(value);
}
void Init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(module, "exports", GetArgument);
}
NODE_MODULE(argumentss, Init)
通过 node-gyp 编译后，可以通过如下的方式调用。
const getArguments = require('./build/Release/arguments');
console.log(getArguments(2, 3, 'Hello Arguments', [1, 2, 3], {
a: 10,
b: 100,
c: [23, 22, "我是33"],
d: { m: '我是22', n: '我是23' }
}, true, null, undefined,
function myFunction(...args) {
console.log('I am Function!');
console.log(...args);
console.log('I am Function!');
}));
运行结果如下:
关于其他的类型，我这里就就不一一介绍，V8 文档里面都有对应的 API。
NAN
由于 V8 的 API 还没有彻底稳定下来，所以对于不同版本的 Node.js 类型相关的 API 会发生变化，而 NAN帮我们做了封装，在编码的时候不需要关心版本问题，只需要引入相应的头文件即可。
引入头文件后，可以如下使用方式：
v8::LocalNan::Undefined()v8::LocalNan::Null()
来源：伯乐在线
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虽然在 Node.js 官方网站有很多的关于怎么使用这些 API 的文档，但是在 JavaScript 和 C++ 之间传递数据是一件非常麻烦的事情，C++ 是强类型语言（”1024” 是字符串类型而不是整数类型），而 JavaScript 却总是默认的帮我们做一些类型转换。
JavaScript 的基本类型包括 String，Number，Boolean，null，undefined，V8 使用类继承的方式来定义这类型，这些类型都继承了 Primitive 类，而 Primitive 继承了 Value ，v8 也支持整型（包括 Int32 和 Uint32 ），而所有的类型定义都可以从 V8 类型文档 中看到，除了基本的类型，还有 Object，Array，Map 等类型的定义。
基本类型的继承关系如下图：
在 V8 中所有 JavaScript 值都是被放在 Local 对象中，通过这个对象指定了 JavaScript 运行时的内存单元。
下面这段代定义了一个 Number 类型的值，其中 Test 函数中声明的 isolate 变量代表着 V8 虚拟机中的堆内存，当创建新变量的时候就需要用到它，接下来的一行代码就通过 isolate 声明了一个 Number 类型的变量。
#include
#include
usingnamespace v8;
void Test(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// 声明变量
Local retval = v8::Number::New(isolate, 1000);
}
void init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(exports, "getTestValue", Test);
}
NODE_MODULE(returnValue, init)
看了 V8 类型 API 文档 你会发现对于基本的 JavaScript 类型，只有变量的声明而没有变量的赋值。最初想可能觉得这个非常的奇怪，可是仔细想一想后发现这个是合理的。主要由以下几点原因：
JavaScript 的基本类型是不可变类型，变量都是指向一个不可变的内存单元，var a = 10，则 a 指向的内存单元中包含的值为 5，重新赋值 a = 100，没有改变这个内存单元的值，而是使得 a 指向了另外一个内存单元，其中的值为 100。如果声明两个变量 x，y 的值都为 10，则他们指向的是同一个内存单元。
函数的传参都是传值，而不是传引用，当在 JavaScript 中调用 C++ 的函数时，如果参数是基本类型则每次都是把这个值拷贝过去，改变参数的值不会影响原来的值。
使用 Local 声明基本类型的变量都是对内存单元的引用，因为第一条原因不可能改变引用的值使其指向另外一个内存单元，因此不存在变量的重新赋值。
数据流向 C++ -> JavaScript
下面 demo 定义了一些常用的 JavaScript 类型，包括基本类型的以及 Object, Array, Fuction。
#include
#include
usingnamespace v8;
void MyFunction(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
args.GetReturnValue().Set(String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!"));
}
void Test(const v8::FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// Number 类型的声明
Local retval = v8::Number::New(isolate, 1000);
// String 类型的声明
Local str = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "Hello World!");
// Object 类型的声明
Local obj = v8::Object::New(isolate);
// 对象的赋值
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg1"), str);
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg2"), retval);
// Function 类型的声明并赋值
Local tpl = v8::FunctionTemplate::New(isolate, MyFunction);
Local fn = tpl->GetFunction();
// 函数名字
fn->SetName(String::NewFromUtf8(isolate, "theFunction"));
obj->Set(v8::String::NewFromUtf8(isolate, "arg3"), fn);
// Boolean 类型的声明
Local flag = Boolean::New(isolate, true);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg4"), flag);
// Array 类型的声明
Local arr = Array::New(isolate);
// Array 赋值
arr->Set(0, Number::New(isolate, 1));
arr->Set(1, Number::New(isolate, 10));
arr->Set(2, Number::New(isolate, 100));
arr->Set(3, Number::New(isolate, 1000));
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg5"), arr);
// Undefined 类型的声明
Local und = Undefined(isolate);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg6"), und);
// null 类型的声明
Local null = Null(isolate);
obj->Set(String::NewFromUtf8(isolate, "arg7"), null);
// 返回给 JavaScript 调用时的返回值
args.GetReturnValue().Set(obj);
}
void init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(exports, "getTestValue", Test);
}
NODE_MODULE(returnValue, init)
所有的 addon 都需要一个初始化的函数，如下面的代码：
void Initialize(Local exports);
NODE_MODULE(module_name, Initialize)
Initialize 是初始化的函数， module_name 是编译后产生的二进制文件名，上述代码的模块名为 returnValue 。
上述代码通过 node-gyp 编译后（编译过程官方文档 C/C++ Addons 有详细的介绍），可以通过如下的方式调用。
// returnValue.node 这个文件就是编译后产生的文件，通过 NODE_MODULE(returnValue, init) 决定的文件名
const returnValue = require('./build/Release/returnValue.node');
console.log(returnValue.getTestValue());
运行结果如下:
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上面的 demo 展示了怎样在在 C++ 定义 JavaScript 类型，数据的是从 C++ 流向 JavaScript，反过来数据也需要从 javaScript 流向 C++，也就是调用 C++ 函数的时候需要传入一些参数。
下面的代码展示了参数个数判断，参数类型判断，以及参数类型装换成 V8 类型的过程，包括基本类型以及 Object, Array, Fuction。
#include
#include
#include
usingnamespace v8;
usingnamespace std;
void GetArgument(const FunctionCallbackInfo & args) {
Isolate* isolate = args.GetIsolate();
// 参数长度判断
if (args.Length() < 2) {
isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
String::NewFromUtf8(isolate, "Wrong number of arguments")));
return;
}
// 参数类型判断
if (!args[0]->IsNumber() || !args[1]->IsNumber()) {
//抛出错误
isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
String::NewFromUtf8(isolate, "argumnets must be number")));
}
if (!args[0]->IsObject()) {
printf("I am not Object\n");
}
if (!args[0]->IsBoolean()) {
printf("I am not Boolean\n");
}
if (!args[0]->IsArray()) {
printf("I am not Array\n");
}
if (!args[0]->IsString()) {
printf("I am not String\n");
}
if (!args[0]->IsFunction()) {
printf("I am not Function\n");
}
if (!args[0]->IsNull()) {
printf("I am not Null\n");
}
if (!args[0]->IsUndefined()) {
printf("I am not Undefined\n");
}
// js Number 类型转换成 v8 Number 类型
Local value1 = Local ::Cast(args[0]);
Local value2 = Local ::Cast(args[1]);
double value = value1->NumberValue() + value2->NumberValue();
// js String 类型转换成 v8 String 类型
Local str = Local ::Cast(args[2]);
String::Utf8ValueutfValue(str);
cout<<string(*utfvalue)<<endl;< p="">
// js Array 类型转换成 v8 Array 类型
Local input_array = Local ::Cast(args[3]);
printf("%d, %f %f\n", input_array->Length(), input_array->Get(0)->NumberValue(), input_array->Get(1)->NumberValue());
// js Object 类型转换成 v8 Object 类型
Local obj = Local ::Cast(args[4]);
// 根据 key 获取对象中的值
Local a = obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "a"));
Local b = obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "b"));
// js Array 类型转换成 v8 Array 类型
Local c = Local ::Cast(obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "c")));
cout< NumberValue()<<" "< NumberValue()<<endl;< p="">
printf("%d, %f %f\n", c->Length(), c->Get(0)->NumberValue(), c->Get(1)->NumberValue());
// js String 类型转换成 v8 String 类型
Local cString = Local ::Cast(c->Get(2));
String::Utf8ValueutfValueD(cString);
cout<<string(*utfvalued)<<endl;< p="">
// 根据 key 获取对象中的值
Local d = Local ::Cast(obj->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "d")));
Local dString1 = Local ::Cast(d->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "m")));
String::Utf8ValueutfValued1(dString1);
cout<<string(*utfvalued1)<<endl;< p="">
// 根据 key 获取对象中的值
Local dString2 = Local ::Cast(d->Get(String::NewFromUtf8(isolate, "n")));
String::Utf8ValueutfValued2(dString2);
cout<<string(*utfvalued2)<<endl;< p="">
// js Booelan 类型转换成 v8 Boolean 类型
Local FlagTrue = Local ::Cast(args[5]);
cout<<"Flag: "< BooleanValue()<<endl;< p="">
// js Function 类型转换成 v8 Function 类型
Local cb = Local ::Cast(args[8]);
const unsigned argc = 2;
Local argv[2];
argv[0] = a;
argv[1] = b;
cb->Call(Null(isolate), argc, argv);
args.GetReturnValue().Set(value);
}
void Init(Local exports, Local module) {
NODE_SET_METHOD(module, "exports", GetArgument);
}
NODE_MODULE(argumentss, Init)
通过 node-gyp 编译后，可以通过如下的方式调用。
const getArguments = require('./build/Release/arguments');
console.log(getArguments(2, 3, 'Hello Arguments', [1, 2, 3], {
a: 10,
b: 100,
c: [23, 22, "我是33"],
d: { m: '我是22', n: '我是23' }
}, true, null, undefined,
function myFunction(...args) {
console.log('I am Function!');
console.log(...args);
console.log('I am Function!');
}));
运行结果如下:
关于其他的类型，我这里就就不一一介绍，V8 文档里面都有对应的 API。
NAN
由于 V8 的 API 还没有彻底稳定下来，所以对于不同版本的 Node.js 类型相关的 API 会发生变化，而 NAN帮我们做了封装，在编码的时候不需要关心版本问题，只需要引入相应的头文件即可。
引入头文件后，可以如下使用方式：
v8::LocalNan::Undefined()v8::LocalNan::Null()
来源：伯乐在线
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