让Node.js和C++一起搞基 —— 1

写于 2014 年 04 月 02 日 00 时 53 分
更新于 2022 年 12 月 31 日 15 时 33 分

大纲

　　N久之前的一个坑——用 Node.js 来重构 NBUT 的 Online Judge，包括评测端也得重构一遍。（至于什么时候完成大家就不要关心了，(／‵Д′)／~ ╧╧

　　总之我们现在要做的其实简而言之就是——用C/C++来实现 Node.js 的模块。

准备工作

　　工欲善其事，必先~~耍流氓~~利其器。

node-gyp

　　首先你需要一个 node-gyp 模块。

　　在任意角落，执行：

shell

$ npm install node-gyp -g

　　在进行一系列的 blahblah 之后，你就安装好了。

Python

　　然后你需要有个 python 环境。

　　自己去官网搞一个来。

注意： 根据 node-gyp 的GitHub显示，请务必保证你的 python 版本介于 2.5.0 和 3.0.0 之间。

编译环境

　　嘛嘛，我就偷懒点不细写了，还请自己移步到 node-gyp 去看编译器的需求。并且倒腾好。

入门

　　我就拿官网的入门 Hello World说事儿了。

Hello World

　　请准备一个 C++ 文件，比如就叫 ~~sb.cc~~ hello.cc。

　　然后我们一步步来，先往里面搞出头文件和定义好命名空间：

cpp

#include <node.h>
#include <v8.h>
using namespace v8;

主要函数

　　接下去我们写一个函数，其返回值是 Handle<Value>。

cpp

Handle<Value> Hello(const Arguments& args)
{
    //... 嗷嗷待写
}

　　然后我来粗粗解析一下这些东西：

Handle<Value>

　　做人要有节操，我事先申明我是从这里(@fool)参考的。

V8 里使用 Handle 类型来托管 JavaScript 对象，与 C++ 的 std::sharedpointer 类似，Handle 类型间的赋值均是直接传递对象引用，但不同的是，V8 使用自己的 GC 来管理对象生命周期，而不是智能指针常用的引用计数。

JavaScript 类型在 C++ 中均有对应的自定义类型，如 String 、 Integer 、 Object 、 Date 、 Array 等，严格遵守在 JavaScript 中的继承关系。 C++ 中使用这些类型时，必须使用 Handle 托管，以使用 GC 来管理它们的生命周期，而不使用原生栈和堆。

　　而这个所谓的 Value ，从 V8 引擎的头文件 v8.h 中的各种继承关系中可以看出来，其实就是 JavaScript 中各种对象的基类。

　　在了解了这件事之后，我们大致能明白上面那段函数的申明的意思就是说，我们写一个 Hello 函数，其返回的是一个不定类型的值。

注意： 我们只能返回特定的类型，即在 Handle 托管下的 String 啊 Integer 啊等等等等。

Arguments

　　这个就是传入这个函数的参数了。我们都知道在 Node.js 中，参数个数是乱来的。而这些参数传进去到 C++ 中的时候，就转变成了这个 Arguments 类型的对象了。

　　具体的用法我们在后面再说，在这里只需要明白这个是个什么东西就好。（为毛要卖关子？因为 Node.js 官方文档中的例子就是分开来讲的，我现在只是讲第一个 Hello World 的例子而已( ´థ౪థ）σ

添砖加瓦

　　接下去我们就开始添砖加瓦了。就最简单的两句话：

cpp

Handle<Value> Hello(const Arguments& args)
{
    HandleScope scope;
    return scope.Close(String::New("world"));
}

　　这两句话是什么意思呢？大致的意思就是返回一个 Node.js 中的字符串 "world"。

HandleScope

　　同参考自这里。

Handle 的生命周期和 C++ 智能指针不同，并不是在 C++ 语义的 scope 内生存（即{} 包围的部分），而需要通过 HandleScope 手动指定。HandleScope 只能分配在栈上，HandleScope 对象声明后，其后建立的 Handle 都由 HandleScope 来管理生命周期，HandleScope 对象析构后，其管理的 Handle 将由 GC 判断是否回收。

　　所以呢，我们得在需要管理他的生命周期的时候申明这个 Scope 。好的，那么为什么我们的代码不这么写呢？

cpp

Handle<Value> Hello(const Arguments& args)
{
    HandleScope scope;
    return String::New("world");
}

　　因为当函数返回时，scope 会被析构，其管理的Handle也都将被回收，所以这个 String 就会变得没有意义。

　　所以呢 V8 就想出了个神奇的点子——HandleScope::Close(Handle<T> Value) 函数！这个函数的用处就是关闭这个 Scope 并且把里面的参数转交给上一个 Scope 管理，也就是进入这个函数前的 Scope。

　　于是就有了我们之前的代码 scope.Close(String::New("world"));。

String::New

　　这个 String 类所对应的就是 Node.js 中原生的字符串类。继承自 Value 类。与此类似，还有：

Array
Integer
Boolean
Object
Date
Number
Function
…

　　这些东西有些是继承自 Value，有些是二次继承。我们这里就不多做研究，自己可以看看 V8 的代码（至少是头文件）研究研究或者看看这个手册。

　　而这个 New 呢？这里可以看的。就是新建一个 String 对象。

　　至此，这个主要函数我们就解析完毕了。

导出对象

　　我们来温习一下，如果是在 Node.js 里面写的话，我们怎么导出函数或者对象什么的呢？

javascript

exports.hello = function() {}

　　那么，在 C++ 中我们该如何做到这一步呢？

初始化函数

　　首先，我们写个初始化函数：

cpp

void init(Handle<Object> exports)
{
    //... 嗷嗷待写你妹啊！#ﾟÅﾟ）⊂彡☆))ﾟДﾟ)･∵
}

　　这是龟腚！函数名什么的无所谓，但是传入的参数一定是一个 Handle<Object>，代表我们下面将要在这货上导出东西。

　　然后，我们就在这里面写上导出的东西了：

cpp

void init(Handle<Object> exports)
{
    exports->Set(String::NewSymbol("hello"),
        FunctionTemplate::New(Hello)->GetFunction());
}

　　大致的意思就是说，为这个 exports 对象添加一个字段叫 hello，所对应的东西是一个函数，而这个函数就是我们亲爱的 Hello 函数了。

　　用伪代码写直白点就是：

cpp

void init(Handle<Object> exports)
{
    exports.Set("hello", function hello);
}

　　大功告成！

　　（大功告成你妹啊！闭嘴( ‘д‘⊂彡☆))Д´)

真·导出

　　这才是最后一步，我们最后要申明，这个就是导出的入口，所以我们在代码的末尾加上这一行：

cpp

NODE_MODULE(hello, init)

　　纳了个尼？！这又是什么东西？

　　别着急，这个 NODE_MODULE 是一个宏，它的意思呢就是说我们采用 init 这个初始化函数来把要导出的东西导出到 hello 中。那么这个 hello 哪来呢？

　　它来自文件名！对，没错，它来自文件名。你并不需要事先申明它，你也不必担心不能用，总之你的这个最终编译好的二进制文件名叫什么，这里的 hello 你就填什么，当然要除去后缀名了。

　　详见官方文档。

Note that all Node addons must export an initialization function:
cpp
void Initialize (Handle<Object> exports);
NODE_MODULE(module_name, Initialize)
There is no semi-colon after NODE_MODULE as it’s not a function (see node.h).

The module_name needs to match the filename of the final binary (minus the .node suffix).

编译 (๑•́ ₃ •̀๑)

　　来吧，让我们一起编译吧！

　　我们再新建一个类似于 Makefile 的归档文件吧——binding.gyp。

　　并且在里面添加这样的代码：

json

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

　　为什么这么写呢？可以参考 node-gyp 的官方文档。

configure

　　在文件搞好之后，我们要在这个目录下面执行这个命令了：

shell

$ node-gyp configure

　　如果一切正常的话，应该会生成一个 build 的目录，然后里面有相关文件，也许是 M$ Visual Studio 的 vcxproj 文件等，也许是 Makefile ，视平台而定。

build

　　Makefile 也生成好之后，我们就开始构造编译了：

shell

$ node-gyp build

　　等到一切编译完成，才算是真正的大功告成了！不信你去看看 build/Release 目录，下面是不是有一个 hello.node 文件了？没错，这个就是 C++ 等下要给 Node.js 捡的肥皂！

搞基吧！Node ヽ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ C++

　　我们在刚才那个目录下新建一个文件 jianfeizao.js：

javascript

var addon = require("./build/Release/hello");
console.log(addon.hello());

　　看到没！看到没！出来了出来了！Node.js 和 C++ 搞基的结果！这个 addon.hello() 就是我们之前在 C++ 代码中写的 Handle<Value> Hello(const Arguments& args) 了，我们现在就已经把它返回的值给输出了。

洗洗睡吧，下节更深入

　　时间不早了，今天就写到这里了，至此为止大家都能搞出最基础的 Hello world 的 C++ 扩展了吧。下一次写的应该会更深入一点，至于下一次是什么时候，我也不知道啦其实。
　　（喂喂喂，撸主怎么可以这么不负责！(ｏﾟﾛﾟ)┌┛Σ(ﾉ´ω`)ﾉ