基于 C 语言的 JavaScript 引擎探索
使用 SpiderMonkey 脚本化您的应用
邱 俊涛, 软件工程师, 云电同方研发中心
邱俊涛，毕业于昆明理工大学计算机科学与技术专业，对机械控制、电子、人工智能、函数式编程等领域有浓厚的兴趣，对计算机科学的底层比较熟悉。喜欢 C/JAVA/Python/JavaScript 等语言。现就职于云电同方研发中心。
简介： JavaScript 语言具有动态性，支持函数式编程，动态弱类型等等优点。作为一个脚本语言，可以很方便的脚本化需要高度可定制的应用程序。本文介绍基于 C 语言的 JavaScript 引擎 SpiderMonkey，详细讨论如何通过该引擎，使得 C 语言和 JavaScript 语言进行交互。
发布日期： 2011 年 2 月 17 日
级别： 初级
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和其他的 JavaScript 引擎一样，SpiderMonkey 不直接提供像 DOM 这样的对象，而是提供解析，执行 JavaSccript 代码，垃圾回收等机制。SpidlerMonkey 是一个在 Mozilla 之下的开源项目，要使用 SpiderMonkey，需要下载其源码，然后编译为静态 / 动态库使用。
要在自己的应用程序中使用 SpiderMonkey，首先需要了解以下三个核心概念：
运行时环境运行时环境是所有 JavaScript 变量，对象，脚本以及代码的上下文所存在的空间。每一个上下文对象，以及所有的对象均存在于此。一般应用仅需要一个运行时即可。
上下文上下文即脚本执行的环境，在 SpiderMonkey 中，上下文可以编译执行脚本，可以存取对象的属性，调用 JavaScript 的函数，转换类型，创建 / 维护对象等。几乎所有的 SpiderMonkey 函数都需要上下文作为其第一个参数 (JSContext *)。
上下文与线程密不可分，一般来讲，单线程应用可以使用一个上下文来完成所有的操作，每一个上下文每次只能完成一个操作，所有在多线程应用中，同一时刻只能有一个线程来使用上下文对象。一般而言，多线程应用中，每个线程对应一个上下文。
全局对象全局对象包含 JavaScript 代码所用到的所有类，函数，变量。在 DOM 操作中，我们使用的：
alter("something");
事实上使用的是全局变量 window 的一个属性 alter( 这个属性正好是一个函数 )，事实上上边的语句在执行时会别解释为：
window.alter("something");
三者的关系如下图所示：
首先从 SpiderMonkey 的代码库中下载其源码包 js-1.7.0.tar.gz 本文在 Linux 环境下编译，SpiderMonkey 的编译安装很容易：
# 解压缩 tar xvzf js-1.7.0.tar.gz # 切换至源码目录 cd js-1.7.0/src # 编译 make -f Makefile.ref
编译完成之后，会生成一个新的目录，这个目录的名称依赖于平台，比如在 Linux 下，名称为：Linux_All_DBG.OBJ，其中包含静态链接库 libjs.a 和动态链接库 libjs.so 等。本文后续的编译环境就需要依赖于我们此处编译出来的库文件。应该注意的是，此处编译出来的库文件包含对调试的支持，体积较大，在应用程序发布时，可以去掉这些调试支持，使用下列重新编译库：
# 创建非 debug 模式的库 make BUILD_OPT=1 -f Makefile.ref
Windows 及其他平台的编译此处不再赘述，读者可以自行参考 SpiderMonkey 的官方文档。
JavaScript 是一门弱类型的语言，变量的值的类型在运行时才确定，而且可以在运行时被修改为其他类型的变量；而 C 语言，是一门静态类型的语言，变量类型在编译时就已经确定。因此，这两者之间变量的互访就有了一定的难度，SpiderMonkey 提供了一个通用的数据类型 jsval 来完成两者之间的交互。
事实上，在 C 代码中定义的 jsval 类型的变量可以是 JavaScript 中的字符串，数字，对象，布尔值，以及 null 或者 undefined。基于这个类型，SpiderMonkey 提供了大量的类型判断及类型转换的宏和函数。可以参看下表：
JavaScript 类型
jsval 类型判断
jsval 常量
jsval 转化
null
JSVAL_IS_NULL(v)
JSVAL_NULL
Undefined
JSVAL_IS_VOID(v)
JSVAL_VOID
Boolean
JSVAL_IS_BOOLEAN(v)
JSVAL_TRUE,
JSVAL_FALSE,
BOOLEAN_TO_JSVAL(b)
JSVAL_TO_BOOLEAN(v)
number
JSVAL_IS_NUMBER(v),
JSVAL_IS_INT(v),
JSVAL_IS_DOUBLE(v)
INT_TO_JSVAL(i),
DOUBLE_TO_JSVAL(d)
JSVAL_TO_INT(v),
JSVAL_TO_DOUBLE(v)
string
JSVAL_IS_STRING(v)
STRING_TO_JSVAL(s)
JSVAL_TO_STRING(v),
JS_GetStringChars(s),
JS_GetStringLength(s)
object
JSVAL_IS_OBJECT(v)
&& JSVAL_IS_NULL(v)
OBJECT_TO_JSVAL(o)
JSVAL_TO_OBJECT(v)
应该注意的是，jsval 有一定的缺陷：
- jsval 并非完全的类型安全，在进行类型转换之前，你需要明确被转换的对象的真正类型，比如一个变量的值为 number 类型，而对其做向字符串的转化，则可能引起程序崩溃。解决方法是，在转换之前，先做判断。
- jsval 是 SpiderMonkey 垃圾回收机制的主要目标，如果 jsval 引用一个 JavaScript 对象，但是垃圾收集器无法得知这一点，一旦该对象被释放，jsval 就会引用到一个悬空指针。这样很容易使得程序崩溃。解决方法是，在引用了 JavaScript 对象之后，需要显式的告知垃圾收集器，不引用时，再次通知垃圾收集器。
基本流程
使用 SpiderMonkey，一般来讲会使用以下流程：
- 创建运行时环境
- 创建一个 / 多个上下文对象
- 初始化全局对象
- 执行脚本，处理结果
- 释放引擎资源
在下一小节详细说明每个流程
代码模板
使用 SpiderMonkey，有部分代码是几乎每个应用程序都会使用的，比如错误报告，初始化运行时环境，上下文，全局变量，实例化全局变量等操作。这里是一个典型的模板：
#include "jsapi.h"
引入 jsapi.h，声明引擎中的所用到的记号，结构体，函数签名等，这是使用 SpiderMonkey 所需的唯一一个接口文件 ( 当然，jsapi.h 中不可能定义所有的接口，这些文件在 jsapi.h 头部引入 jsapi.h，如果对 C 语言的接口，头文件引入方式不熟悉的读者，请参阅相关资料 )。
/* 全局变量的类声明 */
static JSClass global_class = {
"global",
JSCLASS_GLOBAL_FLAGS,
JS_PropertyStub,
JS_PropertyStub,
JS_PropertyStub,
JS_PropertyStub,
JS_EnumerateStub,
JS_ResolveStub,
JS_ConvertStub,
JS_FinalizeStub,
JSCLASS_NO_OPTIONAL_MEMBERS
};
JSClass 是一个较为重要的数据结构，定义了 JavaScript 对象的基本结构 ---“类”，这个类可以通过 SpiderMonkey 引擎来实例化为对象。JS_PropertyStub 是 JS_PropertyOp 类型的变量，这里的 JS_PropertyStub 是为了提供一个默认值。JS_PropertyOp 可以用做对象的 setter/getter 等的，这些内容我们将在后边的章节详细讨论。
/* 错误处理函数，用于回调，打印详细信息 */
void report_error(JSContext *cx, const char *message, JSErrorReport *report){
fprintf(stderr, "%s:%u:%s\n",
report->filename ? report->filename : "<no filename>",
(unsigned int) report->lineno,
message);
}
定义好这些结构之后，我们需要实例化这些结构，使之成为内存对象，流程如下：
int main(int argc, char *argv[]){
JSRuntime *runtime;
JSContext *context;
JSObject *global;
// 创建新的运行时 8M
runtime = JS_NewRuntime(8L * 1024L * 1024L);
if (runtime == NULL){
return -1;
}
// 创建新的上下文
context = JS_NewContext(runtime, 8*1024);
if (context == NULL){
return -1;
}
//
JS_SetOptions(context, JSOPTION_VAROBJFIX);
// 设置错误回调函数 , report_error 函数定义如上
JS_SetErrorReporter(context, report_error);
// 创建一个新的 JavaScript 对象
global = JS_NewObject(context, &global_class, NULL, NULL);
if (global == NULL){
return -1;
}
// 实例化 global, 加入对象，数组等支持
if (!JS_InitStandardClasses(context, global)){
return -1;
}
//
// 使用 global, context 等来完成其他操作，用户定制代码由此开始
//
// 释放上下文对象
JS_DestroyContext(context);
// 释放运行时环境
JS_DestroyRuntime(runtime);
// 停止 JS 虚拟机
JS_ShutDown();
return 0;
}
用户自己的代码从上边代码中部注释部分开始，用户代码可以使用此处的 context 对象及预设过一定属性，方法的 global 对象。
执行 JavaScript 代码片段
执行 JS 最简单的方式，是将脚本作为字符串交给引擎来解释执行，执行完成之后释放临时的脚本对象等。SpiderMonkey 提供一个 JS_EvaluateScript 函数，原型如下：
JSBool JS_EvaluateScript(JSContext *cx, JSObject *obj,
const char *src, uintN length, const
char *filename,
uintN lineno, jsval *rval);
使用这个函数，需要提供上下文，全局变量，字符串形式的脚本，脚本长度及返回值指针，脚本名和行号参数可以填空值 ( 分别为 NULL 和 0)。如果函数返回 JS_TRUE，表示执行成功，执行结果存放在 rval 参数中，否则执行失败，rval 中的值为 undefined。我们可以具体来看一个例子：
char *script = "(function(a, b){return a * b;})(15, 6);";
jsval rval;
status = JS_EvaluateScript(context, global, script, strlen(script)\
, NULL, 0, &rval);
if (status == JS_TRUE){
jsdouble d;
JS_ValueToNumber(context, rval, &d);
printf("eval result = %f\n", d);
}
执行结果为：
eval result = 90.000000
编译 JavaScript 代码
通常，我们可能会多次执行一段脚本，SpiderMonkey 可以将脚本编译成 JSScript 对象，然后可以供后续的多次调用。现在来看一个例子，使用 C 代码编译一个 JavaScript 脚本，然后运行这个脚本。
JSBool evalScriptFromFile(JSContext *cntext, const
char *file){
JSScript *script;
JSString *jss;
JSBool status;
jsval value;
//get the global object
JSObject *global = JS_GetGlobalObject(context);
//compile the script for further using
script = JS_CompileFile(context, global, file);
if (script == NULL){
return JS_FALSE;
}
//execute it once
status = JS_ExecuteScript(context, global, script, &value);
jss = JS_ValueToString(context, value);
printf("eval script result is : %s\n", JS_GetStringBytes(jss));
//destory the script object
JS_DestroyScript(context, script);
return status;
}
这里传递给函数 evalScriptFromFile的 JSContext* 参数为外部创建好的 Context 对象，创建的方法参看上一节。
JSBool status = evalScriptFromFile(context, "jstest.js");
if (status == JS_FALSE){
fprintf(stderr, "error while evaluate the script\n");
}
假设我们将如下脚本内容保存进一个脚本 jstest.js:
varPerson = function(name){
var _name_ = name;
this.getName = function(){
return _name_;
}
this.setName = function(newname){
_name_ = newname;
}
}
varjack = new Person("jack");
jack.setName("john");
// 最后一句将作为脚本的执行结果返回给 C 代码
jack.getName();
jack 对象的名字现在设置为了”john”, 脚本的最后一条语句的值将作为脚本的返回值返回到 C 代码处，并打印出来：
eval script result is : john
由于两者的数据类型上有较大的差异，因此无法直接从 C 代码中调用 JavaScript 代码，需要通过一定的转化，将 C 的变量转换为 JavaScript 可以设别的变量类型，然后进行参数的传递，返回值的处理也同样要经过转换。
我们在 JavaScript 中定义一个函数 add，这个函数接受两个参数然后返回传入的两个参数的和。定义如下：
function add(x, y){
return x + y;
}
然后，我们在 C 语言中根据名称调用这个 JS 函数：
清单 11. 从 C 代码中调用 JavaScript 函数
JSBool func_test(JSContext *context){
jsval res;
JSObject *global = JS_GetGlobalObject(context);
jsval argv[2];
//new 2 number to pass into the function "add" in script
JS_NewNumberValue(context, 18.5, &res);
argv[0] = res;
JS_NewNumberValue(context, 23.1, &res);
argv[1] = res;
JS_CallFunctionName(context, global, "add", 2, argv, &res);
jsdouble d;
//convert the result to jsdouble
JS_ValueToNumber(context, res, &d);
printf("add result = %f\n", d);
return JS_TRUE;
}
这里需要注意的是，JS_CallFunctionName 函数的参数列表：
JSBool JS_CallFunctionName(JSContext *cx, JSObject *obj, const char *name, uintN argc, jsval *argv, jsval *rval);
表 2. JS_CallFunctionName 参数列表含义
名称
类型
类型描述
cx
JSContext *
上下文定义
obj
JSObject *
调用该方法的对象
name
const char *
函数名
argc
uintN
函数参数个数
argv
jsval *
函数实际参数形成的数组
rval
jsval *
返回值
参数中的 argv 是一个 jsval 形成的数组，如果直接传递 C 类型的值，则很容易出现 core dump(Linux 下的段错误所导致 )，因此，需要 JS_NewNumberValue 函数转换 C 语言的 double 到 number( 原因见对象转换小节 )。
从 JS 中调用 C 函数较上一节为复杂，我们来看一个较为有趣的例子：SpiderMonkey 中原生的 JavaScript 的全局变量中没有 print 函数，我们可以使用 C 的 printf 来实现这个功能。我们定义了一个函数 print, print 使用 logging 函数，而 logging 函数是定义在 C 语言中的，接受一个字符串作为参数，打印这个字符串到标准输出上 :
//log user log in information
logging("user jack login on 2010/7/6");
//user do nothing else
nothing();
//log user log out information
logging("user jack logout on 2010/7/7");
function print(){
for (vari = 0; i < arguments.length; i++){
logging(arguments[i]);
}
}
print("hello", "all", "my", "friend");
在 C 语言中，我们定义 logging 函数和 nothing 函数的原型如下：
/**
* define an exposed function to be used in scripts
* print out all the incoming arguments as string.
*/
static JSBool logging(JSContext *context, JSObject *object, uintN argc,
jsval *argv, jsval *value){
int i = 0;
JSString *jss;
for(i = 0; i < argc; i++){
jss = JS_ValueToString(context, argv[i]);
printf("message from script environment : %s\n", \
JS_GetStringBytes(jss));
}
return JS_TRUE;
}
/**
* define an exposed function to be used in scripts
* do nothing but print out a single line.
*/
static JSBool nothing(JSContext *context,
JSObject *object, uintN argc, jsval *argv, jsval *value)
{
printf("got nothing to do at all\n");
return JS_TRUE;
}
从函数的签名上可以看出，C 中暴露给 JS 使用的函数，参数的个数，及对应位置上的类型，返回值都是固定的。所有的从 C 中暴露给 JS 的函数都需要“实现这个接口”。
定义好了函数之后，还需要一些设置才能在 JS 中使用这些函数。首先定义一个 JSFunctionSpec 类型的数组，然后通过 JS_DefineFunctions 将这些函数放到 global 对象上，然后在 JS 代码中就可以访问上边列出的 C 函数了。具体步骤如下：
static JSFunctionSpec functions[] = {
{"logging", logging, LOG_MINARGS, 0, 0},
{"nothing", nothing, NOT_MINARGS, 0, 0},
{0, 0, 0, 0, 0}
};
//define function list here
if (!JS_DefineFunctions(context, global, functions)){
return -1;
}
运行结果如下：
message from script environment : user jack login on 2010/7/6 got nothing to do at all message from script environment : user jack logout on 2010/7/7 message from script environment : hello message from script environment : all message from script environment : my message from script environment : friend
在 SpiderMonkey 中，在 JavaScript 中使用由 C 语言定义的对象较为复杂，一旦我们可以定义对象，使得两个世界通过 JS 交互就变得非常简单而有趣，很容易使用这样的方式来定制我们的应用，在系统发布之后仍然可以轻松的修改系统的行为。
首先，我们要定义好基本的数据结构，即我们要暴露给 JS 世界的对象的属性，结构；然后，使用 JSAPI 定义这个对象的属性；然后，使用 JSAPI 定义对象的方法；最后，创佳这个对象，并绑定其属性表和方法列表，放入全局对象。
假设我们有这样一个数据结构，用来表述一个人的简单信息 :
typedef struct{
char name[32];
char addr[128];
}PersonInfo;
定义属性表为枚举类型：
enum person{
NAME,
ADDRESS
};
我们需要将 C 语言原生的数据结构定义为 JSAPI 所识别的那样：
//define person properties
JSPropertySpec pprops[] = {
{"name", NAME, JSPROP_ENUMERATE},
{"address", ADDRESS, JSPROP_ENUMERATE},
{0}
};
//define person methods
JSFunctionSpec pfuncs[] = {
{"print", printing, 0},
{"getName", getName, 0},
{"setName", setName, 0},
{"getAddress", getAddress, 0},
{"setAddress", setAddress, 0},
{0}
};
//define person class (JSClass)
JSClass pclass = {
"person", 0,
JS_PropertyStub, JS_PropertyStub, JS_PropertyStub, JS_PropertyStub,
JS_EnumerateStub, JS_ResolveStub, JS_ConvertStub, JS_FinalizeStub
};
一旦这些基本信息定义好 (pfuncs 数组中的 getter/setter 的实现比较简单，这里由于篇幅不列出代码，感兴趣的朋友可以参看附录 )，我们就可以实例化它，并将其放入上下文中，使得 JS 代码可以访问。
JSObject *person;
//define the object
person = JS_DefineObject(\
context, global, "person", &pclass, 0, JSPROP_ENUMERATE);
//install the properties and methods on the person object
JS_DefineProperties(context, person, pprops);
JS_DefineFunctions(context, person, pfuncs);
这样，在 JavaScript 代码中，我们就可以通过 person 这个标识符来访问 person 这个对象了：
//undefined of course
person.print();
//person.name = "abruzzi";
//person.address = "Huang Quan Road";
person.setName("Desmond");
person.setAddress("HuangQuan Road");
//print is global function, access properties directly
print("person name = " + person.name);
print("person address = " + person.address);
person.print();
(function(){
//using getter/setter to access properties
return person.getName() + " : " + person.getAddress();
})();
对运行结果如下：
name : undefined address : undefined person name = Desmond person address = HuangQuan Road name : Desmond address : HuangQuan Road eval script result is : Desmond : HuangQuan Road
本文中详细讨论了如何使用基于 C 的 JavaScript 引擎：SpiderMonkey 的用法。包括最基本的代码模板，C 代码与 JavaScript 代码之间的交互，以及在 C 代码中定义 JavaScript 对象等内容，使用这些基本概念，很容易将实现应用程序的脚本化。在实际的应用中，可以将应用程序的部分组件 ( 提供给用户自定义的组件 ) 暴露给 JavaScript 访问，或者在 JavaScript 脚本中提供函数的存根 ( 仅仅定义函数的原型 )，用户可以通过实现这些函数的具体逻辑，来实现脚本化。
描述
名字
大小
下载方法
样例代码
jsfun.zip
8KB
HTTP
学习
- SpiderMonkey 官方网站，包括 API 函数签名，完整的文档等。
- w3c 的一个简易的 JavaScript教程，介绍客户端的 JavaScript 的基本用法。
- 一篇介绍 SpiderMonkey 的文章，介绍 SpiderMonkey 基本的用法。
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邱俊涛，毕业于昆明理工大学计算机科学与技术专业，对机械控制、电子、人工智能、函数式编程等领域有浓厚的兴趣，对计算机科学的底层比较熟悉。喜欢 C/JAVA/Python/JavaScript 等语言。现就职于云电同方研发中心。