Electron9.x +vue+ffi-napi 调用Dll动态链接库

治电小白菜

发布于 2022-09-08 16:20:01

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文章被收录于专栏：技术综合

本文主要介绍在 Electron9.x 中，使用ffi-napi，ref-array-napi，ref-napi 加载 Windows 动态链接库，并在Vue 渲染进程中使用。使用过程中会遇到一系列的坑，本文将会一一解决，并解释原因。如有同行兄弟遇到此问题可以借鉴。

这里列出所使用的环境：

Visual Studio 2017
NodeJS v12.17.0 （x64）
node-gyp v7.0.0
Python 2.7.15
Electron :9.1.0
@vue/cli 4.4.6
vue-cli-plugin-electron-builder : 2.0.0-rc.4
ffi-napi : 3.0.1
ref-napi : 2.0.3
ref-array-napi : 1.2.1
ref-struct-napi : 1.1.1

1. 先自己开发一个DLL文件备用

非本文重点，熟悉的朋友可以略过。在这个DLL中，分别开发了三种情况的C函数：

A. 参数为基本数据类型
B. 参数为指针
C. 参数为指向数组的指针

A比较简单，而B和C 涉及到参数为指针的情况，函数内部可以修改指针指向的内存，函数运行完毕之后，外部内存中的值将会被修改。相当于输出参数，使用JS调用的时候涉及到内存共享问题。

使用 Visual Studio 2017 开发DLL步骤如下：

1.1 新建项目

image-20200720132632850.png

配置编译为 64 位，因为我的 NodeJS为 64 位

image-20200720133034819

1.2 头文件

MyDllDemo.h IDE 自动生成了这个文件，并自动创建了 CMyDllDemo （类）， nMyDllDemo（全局变量），fnMyDllDemo （函数），这些我们都不需要，将它们删除，重新定义：

// `extern "C"`意味着: 被 extern "C" 修饰的变量和函数是按照 C 语言方式编译和链接的
extern "C"
{
    // MYDLLDEMO_API 是上面定义的宏，其实就是  __declspec(dllexport)
    // 参数和返回值都是基本数据类型
    MYDLLDEMO_API int add(int a, int b);

    // 使用指针修改函数外部数据作为返回值
    MYDLLDEMO_API void addPtr(int a, int b,int* z);

    // 外部传入数组的首地址，函数负责初始化数组数据
    // array为 数组首地址， length 为数组长度
    MYDLLDEMO_API void initArray(int* array,int length);
}

1.3 源文件

MyDllDemo.cpp 删除生成的代码后，实现代码如下：

#include "pch.h"
#include "framework.h"
#include "MyDllDemo.h"
MYDLLDEMO_API int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 使用指针修改函数外部数据作为返回值
MYDLLDEMO_API void addPtr(int a, int b, int* z) {
    *z = a + b;
}

// 外部传入数组的首地址，函数负责初始化数组数据
MYDLLDEMO_API void initArray(int* array,int length) {
    for (int i = 0; i < length;i++,array++) {
        *array = 100 + i; // 假设数组长度为4， 则程序运行完毕后结果为[100,101,102,103]
    }
}

1.4 编译生成DLL文件

image-20200720135211587.png

image-20200720135248810.png

这个 MYDLLDEMO.dll 文件就是我们要在 Node JS中调用的DLL文件。

注意这里编译出来的dll是64位的，NodeJS也应该是64位的。

2 新建NodeJS项目

假设项目目录在 G:/node_ffi_napi_demo

cd g:\node_ffi_napi_demo
npm init -y

此时生成了一个 package.json文件

2.1 环境准备

在安装依赖之前，先做些准备工作。因为安装 ffi_napi 依赖的时候，需要有编译环境，否则会因为无法编译而报错。

# 添加配置，被保存到了 <windows用户主目录>/.npmrc  配置文件中
npm set registry https://registry.npm.taobao.org/
npm set ELECTRON_MIRROR https://npm.taobao.org/mirrors/electron/
npm set SASS_BINARY_SITE http://npm.taobao.org/mirrors/node-sass 
npm set PYTHON_MIRROR http://npm.taobao.org/mirrors/python 
# 非必须，备以后使用
npm i chromedriver -g --chromedriver_cdnurl=http://npm.taobao.org/mirrors/chromedriver
# 使用Vue Cli创建vue项目的时候会用到
npm i -g node-sass
# NodeJS 编译 C/C++ 依赖用到
npm i -g node-gyp  

#windows 编译工具，需要用管理员身份运行 PowerShell，如果 报错 Could not install Visual Studio Build Tools. 则到 C:\Users\wuqing\.windows-build-tools 目录下 手工进行安装，安装成功后在执行上面的命令
npm i -g --production windows-build-tools  

# 安装Python，注意必须是 2.7 版本，安装后并设置环境变量

解决网络下载问题：以管理员身份打开 windows host文件，（ C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts ），加入如下映射：

52.216.164.171 github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com
52.216.99.59 github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com
54.231.112.144 github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com
54.231.88.43 github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com
52.216.8.107 github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com

更新DNS: ipconfig /flushdns

以上如果首次安装，会比较慢，需要耐心等待

2.2 安装依赖

cd g:\node_ffi_napi_demo
# https://www.npmjs.com/package/ffi-napi
# 安装这个依赖的时候，会自动使用 node-gyp 进行编译
npm i -S ffi-napi
...其它输出省略
> ffi-napi@3.0.1 install G:\node_ffi_napi_demo\node_modules\ffi-napi
> node-gyp-build
...
+ ffi-napi@3.0.1
added 10 packages from 58 contributors in 39.928s

安装 ref-napi 的时候，只从仓库中下载了源代码，并没有自动执行编译，需要手工执行编译,先执行 node-gyp configure

npm i -S ref-napi
cd node_modules\ref-napi\
node-gyp configure  //配置
# 下面是控制台输出内容
gyp info it worked if it ends with ok
gyp info using node-gyp@7.0.0
gyp info using node@12.17.0 | win32 | x64
gyp info find Python using Python version 2.7.15 found at "C:\Users\xxxxx\.windows-build-tools\python27\python.exe"
gyp info find VS using VS2017 (15.9.28307.1216) found at:
... 省略输出
gyp info spawn args   '-Dmodule_root_dir=G:\\node_ffi_napi_demo\\node_modules\\ref-napi',
gyp info spawn args   '-Dnode_engine=v8',
gyp info spawn args   '--depth=.',
gyp info spawn args   '--no-parallel',
gyp info spawn args   '--generator-output',
gyp info spawn args   'G:\\node_ffi_napi_demo\\node_modules\\ref-napi\\build',
gyp info spawn args   '-Goutput_dir=.'
gyp info spawn args ]
gyp info ok

在执行编译命令：node-gyp build

node-gyp build

# 以下是输出内容
gyp info it worked if it ends with ok
gyp info using node-gyp@7.0.0
gyp info using node@12.17.0 | win32 | x64
gyp info spawn C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\BuildTools\MSBuild\15.0\Bin\MSBuild.exe
gyp info spawn args [
gyp info spawn args   'build/binding.sln',
gyp info spawn args   '/clp:Verbosity=minimal',
gyp info spawn args   '/nologo',
gyp info spawn args   '/p:Configuration=Release;Platform=x64'
gyp info spawn args ]
在此解决方案中一次生成一个项目。若要启用并行生成，请添加“/m”开关。
  nothing.c
  win_delay_load_hook.cc
  nothing.vcxproj -> G:\node_ffi_napi_demo\node_modules\ref-napi\build\Release\\nothing.lib
  binding.cc
  win_delay_load_hook.cc
    正在创建库 G:\node_ffi_napi_demo\node_modules\ref-napi\build\Release\binding.lib 和对象 G:\node_ffi_napi_demo\node_modules\ref-napi\build\Release\binding.exp
  正在生成代码
  All 571 functions were compiled because no usable IPDB/IOBJ from previous compilation was found.
  已完成代码的生成
  binding.vcxproj -> G:\node_ffi_napi_demo\node_modules\ref-napi\build\Release\\binding.node
gyp info ok

安装 ref-array-napi 和 ref-struct-napi ，因为它们只是纯JS包，并没有本地 C代码，所以无需 node-gyp 编译

npm i -S ref-array-napi ref-struct-napi

3. 使用ffi-napi 调用Dll

将前面生成的 DLL文件拷贝到NodeJS项目根目录下，然后新建一个 index.js 作为nodejs 程序入口：

image-20200720143025083.png

index.js

const ffi = require('ffi-napi')
var ref = require('ref-napi')
var ArrayType = require('ref-array-napi')
const path = require('path')

// 映射到C语言 int数组类型
var IntArray = ArrayType(ref.types.int)

// 加载 DLL文件,无需写扩展名,将DLL中的函数映射成JS方法
const MyDellDemo = new ffi.Library(path.resolve('MYDLLDEMO'), {
  // 方法名必须与C函数名一致
  add: [
    'int', // 对应 C函数返回类型
    ['int', 'int'] // C函数参数列表
  ],
   // 使用 ffi中内置类型的简写类型
  addPtr: ['void', ['int', 'int', 'int*']],
   // IntArray 是上面通过 ArrayType 构建出来的类型
  initArray: ['void', [IntArray, 'int']]
})

// 调用add 方法
const result = MyDellDemo.add(1, 2)
console.log(`add method result of 1 + 2 is: ` + result)

// 调用addPtr 方法
// 使用Buffer类在C代码和JS代码之间实现了内存共享，让Buffer成为了C语言当中的指针。
// C函数使用指针操作函数外部的内存，所以首先需要 分配一个int类型的内存空间 第一个参数为 C语言数据类型，第二个参数为 默认值
var intBuf = ref.alloc(ref.types.int, 100)
console.log('addPtr 调用前数据>>', ref.deref(intBuf)) //获取指向的内容
MyDellDemo.addPtr(2, 2, intBuf) // 调用函数，传递指针
console.log('addPtr 调用后数据>>', ref.deref(intBuf))

// 调用initArray 方法
// IntArray 是前面使用ref-napi 和 ref-array-napi 库创建的数据类型,数组的长度为 8
// 这里一定要分配内存空间，否则 函数内的指针无法操作内存
let myArray = new IntArray(8)
MyDellDemo.initArray(myArray, 8)
console.log('初始化数组执行结果:')
for (var i = 0; i < myArray.length; i++) {
  console.log(myArray[i])
}

要点：

Js方法名一定要与DLL中的方法名一致
C语言数据类型是通过 ref-napi 库来映射的，详细映射可以查看以下文档：
- 官方文档1 官方文档2 官方文档3
- 参考资料: node-ffi使用指南 Node.js 调用C++库

package.json 加入启动脚本

{
  "name": "node_ffi_napi_demo",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "start": "node index.js"
  },
  "keywords": [],
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "dependencies": {
    "ffi-napi": "^3.0.1",
    "ref-array-napi": "^1.2.1",
    "ref-napi": "^2.0.3",
    "ref-struct-napi": "^1.1.1"
  }
}

启动程序执行：

npm start
# 下面是输出
> node_ffi_napi_demo@1.0.0 start G:\node_ffi_napi_demo
> node index.js

add method result of 1 + 2 is: 3
addPtr 调用前数据>> 100
addPtr 调用后数据>> 4
初始化数组执行结果:
100
101
102
103
104
105
106
107

4. 在 Electron 9.x 中使用

以上代码在 NodeJS v12.17.0 （x64）环境下能够执行成功。下面尝试在 Electron9.1.0 中能够执行成功

4.1 安装Electron 9

npm i electron@9.1.0 -D

Electron9 被安装到了 node_modules目录中了，node 提供了 npx命令来方便执行 node_modules下的可执行脚本，稍后在 package.json中添加启动脚本。

4.2 编写main.js 来启动 Electron

main.js

const { app, BrowserWindow } = require('electron')
app.on('ready', function createWindow() {
  // 创建窗口
  let win = new BrowserWindow({
    width: 800,
    height: 600,
    webPreferences: {
      nodeIntegration: true // Node 中的API可以在渲染进程中使用
    }
  })

  // 渲染进程中的web页面可以加载本地文件
  win.loadFile('index.html')
  // 记得在页面被关闭后清除该变量，防止内存泄漏
  win.on('closed', function () {
    win = null
  })
})

// 页面全部关闭后关闭主进程，这里在不同平台可能有不同的处理方式，这里不深入研究
app.on('window-all-closed', () => {
  app.quit()
})

前面写的 index.js 将会被引入到 index.html中, index.html文件：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    请点击菜单，打开开发者工具，查看控制台输出
    <script src="index.js"></script>
  </body>
</html>

在package.json中添加启动脚本

  "scripts": {
    "start": "node index.js",
    "electron": "npx electron main.js"
  },

上面添加了一个名称为 electron的启动脚本，使用 npx命令启动 node_modules 中的 electron.exe, 并指定 main.js 作为入口文件

image-20200720154256860.png

view > Toggle Developer Tools 可以打开开发者工具，Dll调用的结果在控制台上输出。

5. 在Vue Electron builder 项目中调用DLL

在实际的 Vue Electron项目中调用 Dll 的时候，会遇到一些问题，通过配置可以解决这些问题。我在实际使用的过程中，刚开始遇到了很多问题，一度以为 NodeJS 12.X 和 Electron 9.x 与 ffi-napi 不兼容。有了前面的实验，可以可定的是不存在兼容性问题，通过在 vue.config.js文件中配置，这些问题都可以解决。

5.1 安装@vue/cli

npm i -g @vue/cli@4.4.6
cd g:
vue create electron_vue_ffi_demo
# 选择默认选项
Vue CLI v4.4.6
? Please pick a preset:
  .preset (node-sass, babel, router, eslint)
  element (node-sass, babel, router, eslint)
> default (babel, eslint)
  Manually select features
  
  # 等待安装

5.2 安装 electron-builder 插件

cd electron_vue_ffi_demo
vue add electron-builder
# 我在写这篇文章的时候，electron-builder 只提示到 Electron 9.0.0 版本，先选择这个版本，然后重新安装 9.1.0

  ^7.0.0
  ^8.0.0
> ^9.0.0

我们的目标是实验 Electron 9.1.0 ，所以先卸载 9.0.0，然后再安装 9.1.0

npm uninstall electron
npm i electron@9.1.0 -D

5.3 安装ffi-napi，ref-napi ，ref-array-napi，ref-struct-napi 依赖

这里使用一条命令进行安装

npm i ffi-napi ref-napi ref-array-napi ref-struct-napi -S

ffi-napi 会自动调用windows编译工具进行编译，但是 ref-napi 不会，还需要手动执行 node-gyp 命令进行编译

cd node_modules\ref-napi\
 node-gyp configure
 node-gyp build
 
 cd g:\electron_vue_ffi_demo

5.4 去掉 electron-devtools-installer 的安装

项目 package.json文件中已经添加了启动脚本：

  "scripts": {
    "serve": "vue-cli-service serve",
    "build": "vue-cli-service build",
    "lint": "vue-cli-service lint",
    "electron:build": "vue-cli-service electron:build",
    "electron:serve": "vue-cli-service electron:serve",
    "postinstall": "electron-builder install-app-deps",
    "postuninstall": "electron-builder install-app-deps"
  }

使用命令 npm run electron:serve 来启动 Electron窗口，发现启动非常慢,最后输出：

Failed to fetch extension, trying 4 more times
Failed to fetch extension, trying 3 more times
Failed to fetch extension, trying 2 more times
Failed to fetch extension, trying 1 more times

这是因为默认添加的 background.js 文件中，做了 electron-devtools-installer 插件安装，因为网络原因我们无法在google应用商店下载到插件，所以这里直接在代码中去掉这部分的安装。

在 background.js 中注释掉：

import installExtension, { VUEJS_DEVTOOLS } from 'electron-devtools-installer'

将 app.on方法中的if 语句块注释掉

app.on('ready', async () => {
  // if (isDevelopment && !process.env.IS_TEST) {
  //   // Install Vue Devtools
  //   try {
  //     await installExtension(VUEJS_DEVTOOLS)
  //   } catch (e) {
  //     console.error('Vue Devtools failed to install:', e.toString())
  //   }
  // }
  createWindow()
})

再次执行 npm run electron:serve 发现很快启动

5.5 允许渲染进程集成NodeJS

background.js 代码中默认nodeIntegration 是为false，通过查看 vue-cli-plugin-electron-builder 插件文档得知，可以通过在 vue.config.js 配置文件中进行配置：

module.exports = {
  pluginOptions: {
    electronBuilder: {
      nodeIntegration: true
    }
  }
}

5.6 DLL文件

将上面的DLL文件拷贝到项目中。首先在项目根目录下创建一个 resources文件，这个文件中把 DLL文件作为资源文件放入到项目中。这里我将DLL编译出了32位和64 位两个文件，都放到了resources目录中。实际运行的时候，可以根据Nodes 是 32位还是 64 位来加载对应的DLL文件。

image-20200720162228250.png

5.7 编写MyDLL JS模块

在 src 目录下编写 MyDll.js 文件，在这个文件中加载 DLL文件，并导出为JS 对象方法。

src/MyDll.js 。这里直接拿上个项目中的 index.js 稍作改动，添加了 32 ，64 架构判断,并将DLL调用用JS进行了封装后导出

const ffi = require('ffi-napi')
var ref = require('ref-napi')
var ArrayType = require('ref-array-napi')
const path = require('path')
let { arch } = process // x64

//默认加载 32位 DLL
let dllFilePath = path.resolve('resources/MYDLLDEMO_x32')
if (arch === 'x64') {
  dllFilePath = path.resolve('resources/MYDLLDEMO_x64')
}

// 映射到C语言 int数组类型,并导出
const IntArray = ArrayType(ref.types.int)

// 加载 DLL文件,无需写扩展名,将DLL中的函数映射成JS方法
// 导出为JS方法
const MyDellDemo = new ffi.Library(dllFilePath, {
  // 方法名必须与C函数名一致
  add: [
    'int', // 对应 C函数返回类型
    ['int', 'int'] // C函数参数列表
  ],
  addPtr: ['void', ['int', 'int', 'int*']],
  initArray: ['void', [IntArray, 'int']]
})

module.exports = {
  add(x, y) {
    return MyDellDemo.add(x, y)
  },
  addPtr(x, y) {
    var intBuf = ref.alloc(ref.types.int, 100)
    MyDellDemo.addPtr(x, y, intBuf)
    return ref.deref(intBuf)
  },
  initArray(len) {
    let myArray = new IntArray(len)
    MyDellDemo.initArray(myArray, len)
    let result = []
    for (var i = 0; i < len; i++) {
      result.push(myArray[i])
    }
    return result
  }
}

5.8 尝试在主进程中调用

在 background.js 文件中，加载 MyDLL 模块并调用它. 在文件末尾处加入代码：

import { add, addPtr, initArray } from './MyDll'
// 调用add 方法
const result = add(1, 2)
console.log(`add method result of 1 + 2 is: ` + result)
// 调用addPtr
console.log('addPtr 调用后数据>>', addPtr(2, 2)) // 调用函数，传递指针

// 调用initArray 方法
let myArray = initArray(4)
console.log('初始化数组执行结果:')
for (var i = 0; i < myArray.length; i++) {
  console.log(myArray[i])
}

启动 npm run electron:serve, 发现报告错误：

image-20200720170744299.png

App threw an error during load
Error: No native build was found for platform=win32 arch=x64 runtime=electron abi=80 uv=1 libc=glibc
    at Function.load.path (webpack:///./node_modules/node-gyp-build/index.js?:56:9)
    at load (webpack:///./node_modules/node-gyp-build/index.js?:21:30)
    at eval (webpack:///./node_modules/ref-napi/lib/ref.js?:8:111)
    at Object../node_modules/ref-napi/lib/ref.js (G:\electron_vue_ffi_demo\dist_electron\index.js:1764:1)
    at __webpack_require__ (G:\electron_vue_ffi_demo\dist_electron\index.js:20:30)
    at eval (webpack:///./node_modules/ffi-napi/lib/ffi.js?:7:13)
    at Object../node_modules/ffi-napi/lib/ffi.js (G:\electron_vue_ffi_demo\dist_electron\index.js:635:1)
    at __webpack_require__ (G:\electron_vue_ffi_demo\dist_electron\index.js:20:30)
    at eval (webpack:///./src/MyDll.js?:1:13)
    at Object../src/MyDll.js (G:\electron_vue_ffi_demo\dist_electron\index.js:2080:1)

发现是因为找不到本地编译模块导致。查询 vue-cli-plugin-electron-builder 插件文档，https://nklayman.github.io/vue-cli-plugin-electron-builder/guide/guide.html#table-of-contents, 发现这样一句话：

image-20200720171034640.png

上文中说要将本地的包配置到 webpack的 externals（外部扩展）中指定。引用 webpack官方文档中的话：

防止将某些 import 的包(package)打包到 bundle 中，而是在运行时(runtime)再去从外部获取这些扩展依赖(external dependencies)。

所以在 vue.config.js文件中做如下配置：

module.exports = {
  pluginOptions: {
    electronBuilder: {
      nodeIntegration: true,
      //因为这两个模块中包含原生 C代码，所以要在运行的时候再获取，而不是被webpack打包到bundle中
      externals: ['ffi-napi', 'ref-napi']
    }
  }
}

再次执行后，发现控制台输出正常：

 INFO  Launching Electron...
add method result of 1 + 2 is: 3
addPtr 调用后数据>> 4
初始化数组执行结果:
100
101
102
103

5.9 在渲染进程中使用

App.vue

<template>
  <div id="app">
    <button @click="exeAdd">执行add方法</button> {{ addResult }}
    <hr />
    <button @click="exeAddPtr">执行addPtr方法</button> {{ addPtrResult }}
    <hr />
    <button @click="exeInitArray">执行initArray方法,初始化数组</button>
    {{ initArrayResult }}
    <hr />
  </div>
</template>

<script>
import { add, addPtr, initArray } from './MyDll'
export default {
  data() {
    return {
      addResult: null,
      addPtrResult: null,
      initArrayResult: null
    }
  },
  methods: {
    exeAdd() {
      this.addResult = add(100, 200)
    },
    exeAddPtr() {
      this.addPtrResult = addPtr(2, 2)
    },
    exeInitArray() {
      let len = 4
      this.initArrayResult = initArray(len)
      console.log('初始化数组执行结果:', this.initArrayResult)
    }
  }
}
</script>

image-20200720172702596.png

现在执行正常。

5.10 打包

执行打包脚本：

npm run electron:build

执行exe文件后：

这个问题是因为找不到DLL文件。原因是打包的时候，没有将项目中的dll文件拷贝到最终生成的dist_electron\win-unpacked 文件夹中。这同样需要在 vue.config.js 文件中做配置：

module.exports = {
  pluginOptions: {
    electronBuilder: {
      nodeIntegration: true,
      //因为这两个模块中包含原生 C代码，所以要在运行的时候再获取，而不是被webpack打包到bundle中
      externals: ['ffi-napi', 'ref-napi'],
      builderOptions: {
        extraResources: {
          // 拷贝静态文件到指定位置,否则打包之后出现找不到资源的问题.将整个resources目录拷贝到 发布的根目录下
          from: 'resources/',
          to: './'
        }
      }
    }
  }
}

再次打包后. 在 win-unpacked\resources 中就能找到 dll文件了