Android NDK开发总结

云居雁 發表於 2020-4-22 17:54:00

一、准备Android NDK开发环境
NDK：android原生开发工具包，这套工具集允许您为 Android 使用 C 和 C++ 代码，并提供众多平台库，让您可以管理原生 Activity 和访问物理设备组件，例如传感器和触摸输入。
CMake：一款外部构建工具，可与 Gradle 搭配使用来构建原生库。如果您只计划使用 ndk-build，则不需要此组件。
LLDB：一种调试程序，Android Studio 使用它来调试原生代码。
 
可以从 SDK 管理器中安装 LLDB、CMake 和 NDK
1.在打开的项目中，从菜单栏选择 Tools > Android > SDK Manager。
2.点击 SDK Tools 标签。
3.选中 LLDB、CMake 和 NDK 旁的复选框，如图所示。
4.点击 Apply，然后在弹出式对话框中点击 OK。
5.安装完成后，点击 Finish，然后点击 OK。
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190626171135075-1494031711.png" alt="" width="563" height="371">
本片文章使用ndk-build来构建ndk项目，cmake方式本篇不做阐述。
二、要了解的知识点
Android.mk：
位于项目JNI目录的子目录中，用于向编译系统描述源文件和共享库。它实际上是编译系统解析一次或多次的微小 GNU makefile 片段。Android.mk文件用于定义Application.mk、编译系统和环境变量所未定义的项目范围设置。它还可替换特定模块的项目范围设置。
内容解析：
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_PATH := $(call my-dir)//编译系统提供宏函数 <code>my-dir</code> 返回当前目录（<code>Android.mk</code>文件本身所在的目录）的路径。 </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>include $(CLEAR_VARS)//<code>CLEAR_VARS</code>变量指向一个特殊的 GNU Makefile，后者会清除许多 <code>LOCAL_XXX</code> 变量，例如 <code>LOCAL_MODULE</code>、<code>LOCAL_SRC_FILES</code> 和 <code>LOCAL_STATIC_LIBRARIES，但是不会清除不会清除 <code>LOCAL_PATH。在描述每个模块之前，必须声明（重新声明）此变量 </code></code></code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_MODULE := hello-jni//每个模块名称必须唯一，且不含任何空格。编译系统在生成最终共享库文件时，会对您分配给 <code>LOCAL_MODULE</code> 的名称自动添加正确的前缀和后缀。例如，上述示例会生成名为 <code>libhello-jni.so</code> 的库</code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c//列举要编译到模块中的C、C++源文件，以空格分隔多个文件 </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_CPP_EXTENSION := .cxx //使用此可选变量为 C++源文件指明<code>.cpp</code>以外的文件扩展名。例如<code>.cxx</code></code></pre>
<pre>LOCAL_SHARED_LIBRARIES <code>:= libz //此变量会列出此模块在运行时依赖的共享库模块,如libz.so。此信息是链接时必需的信息，用于将相应的信息嵌入到生成的文件中</code></pre>
<pre><code>LOCAL_STATIC_LIBRARIES := libz </code><code>//此变量用于存储当前模块依赖的静态库模块列表,如libz.a。此信息是链接时必需的信息，用于将相应的信息嵌入到生成的文件中(需要先预编译libz.a才能找到)</code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_LDLIBS := -lz //此变量列出了在编译共享库或可执行文件时使用的额外链接器标记,可使用<code>-l</code>前缀传递特定系统库的名称</code><code>,如</code><code>-lz表示</code><code>libz.so。 </code>LOCAL_CFLAGS //只编译 C++ 源文件时将传递的一组可选编译器标记。它们将出现在编译器命令行中的 <code>LOCAL_CFLAGS</code> 后面。使用 <code>LOCAL_CFLAGS</code> 为 C 和 C++ 指定标记。比如:= -frtti -fexceptions --std=c++11 -DANDROID -DNDEBUG</pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_C_INCLUDES := sources/foo //可以使用此可选变量指定相对于 NDK <code>root</code> 目录的路径列表，以便在编译所有源文件（C、C++ 和 Assembly）时添加到 include 搜索路径</code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)//将所有内容连接到一起 </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY) //指向用于指定预编译共享库的编译脚本 </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>include $(PREBUILT_STATIC_LIBRARY)//预编译静态库 </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>LOCAL_ARM_MODE := arm //默认情况下，编译系统会在 thumb 模式下生成 ARM 目标二进制文件，其中每条指令都是 16 位宽，并与 <code>thumb/</code> 目录中的 STL 库关联。将此变量定义为 <code>arm</code> 会强制编译系统在 32 位 <code>arm</code> 模式下生成模块的对象文件</code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code>  Application.mk 位于项目JNI目录的子目录中，用于指定项目范围设置。（在Android.mk中设置的模块选项优先于项目范围选项） </code></pre>
<pre class="lang-makefile"><code><code><code>内容解析： </code></code></code></pre>
<pre>APP_OPTIM := release //将此可选变量定义为 <code>release</code> 或 <code>debug</code>。默认情况下，将编译发布模式的二进制文件，发布模式会启用优化。</pre>
<pre class="lang-makefile"><code>APP_ABI := armeabi-v7a arm64-v8a x86 //默认情况下，NDK 编译系统会为所有非弃用 ABI 生成代码。您可以使用 <code>APP_ABI</code> 设置为特定 ABI 生成代码 <img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190627094724179-356469751.png" alt="" width="717" height="191"></code></pre>
<pre> APP_PLATFORM := android-16 //声明编译此应用所面向的 Android API 级别，并对应于应用的 <code>minSdkVersion</code></pre>
<pre>APP_STL :=c++_static //用于此应用的 C++ 标准库。默认情况下使用 <code>system</code> STL。其他选项包括 <code>c++_shared</code>、<code>c++_static</code> 和 <code>none</code><code><code><code>  java与jni数据类型对照以及使用： 1.综述： </code></code></code></pre>
1）java中的返回值void与jni中的void是完全对应的。
2）java中的基本数据类型(byte,short,int,long,float,double,boolean,char)在jni中对应的数据类型在前面加上j　(jbyte,jshort,jint,jlong,jfloat,jdouble,jboolean,jchar)。
3）java中的对象，包括类库中定义的类、接口，都对应jni中的jobject。
4）java中基本数据类型的数组对应与jni中的jarray类型(type就是上面说的８中基本数据类型
5）java中对象的数组对应于jni中jobjectArray类型
 
2.java数据类型与jni类型映射表
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628154848576-105829709.png" alt="">
3.java类型和jni签名的关系
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628155017980-2033759088.png" alt="">
 
4.常用的函数：
jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
jfieldID    (*GetFieldID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
jobject     (*GetObjectField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jsize       (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring);
......
<pre><code><code><code>三、自定义Android Studio工具 </code></code></code></pre>
1.在打开的项目中，从菜单栏选择 Tools > Android > SDK Manager。
2.点击 Tools > External Tools
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628105906709-1993670310.png" alt="" width="726" height="370">
3.点击OK保存。这时候就可以在菜单栏中看到javah选项，后续就可以直接右键生成java文件对应的C++头文件了。
<pre><code><code><code> <img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628110247258-921602853.png" alt="" width="311" height="357"></code></code></code></pre>
四、简单的Demo
1.创建Android 工程，在java同级目录下创建jni目录，并创建Android.mk和Application.mk文件
2.在Android.mk中将原生库添加到 LOCAL_LDLIBS变量中，例如要链接liblog.so，添加代码如下：<code> </code>
LOCAL_LDLIBS ：= -llog； //编译系统会自动链接标准 C 库和 C++ 库，无需在这里添加
使用空格作为分隔符列出多个原生库。
3.在Java层创建接口文件HelloWorld.java
<div class="cnblogs_code">
<pre>public class HelloWorld {
public native String ToastHelloFromC(String javaStr);
}</pre>
</div>
4.右键javah，生成对应的JNI头文件
<div class="cnblogs_code">
<pre>JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_axu_ndkdemo_HelloWorld_ToastHelloFromC
(JNIEnv *, jobject, jstring);</pre>
</div>
5.根据上一步生成的头文件生成C++源文件并编写逻辑
<div class="cnblogs_code">
<pre>jstring JNICALL Java_com_axu_ndkdemo_HelloWorld_ToastHelloFromC(JNIEnv * env, jobject jobj, jstring javaStr)
{
const char * javaChar_ptr = env -> GetStringUTFChars(javaStr,NULL);
char jniChar[] = "and 我来自JNI";

char* result_ptr = (char*)malloc(strlen(javaChar_ptr) + strlen(jniChar) + 1);
strcpy(result_ptr, javaChar_ptr);
strcat(result_ptr, jniChar);
return env -> NewStringUTF(result_ptr);
}</pre>
</div>
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628110502990-1411433286.png" alt="">
6.完善Android.mk和Application.mk
Android.mk:
<div class="cnblogs_code">
<pre>LOCAL_PATH := $(call my-dir)

######## build hello.so start #########
include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_CPP_EXTENSION := .cpp

LOCAL_MODULE := hello

LOCAL_SRC_FILES := com_axu_ndkdemo_HelloWorld.cpp
#LOCAL_C_INCLUDES += com_axu_ndkdemo_HelloWorld.h

LOCAL_CPPFLAGS:= -frtti -fexceptions --std=c++11 -DANDROID -DNDEBUG

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

######### build hello.so end ##########</pre>
</div>
Application.mk:
<div class="cnblogs_code">
<pre>#APP_OPTIM := release

APP_ABI := armeabi-v7a arm64-v8a x86 x86_64

APP_PLATFORM := android-16

#APP_STL := c++_static</pre>
</div>
7.在jni目录执行ndk-build命令，生成对应CPU架构的so文件
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628111842046-1407380039.png" alt="" width="243" height="229">
8.配置app gradle 将so加载进去，并编写调用程序
<div class="cnblogs_code">
<pre>sourceSets {
 main {
 jniLibs.srcDirs 'src/main/libs'
 jni.srcDirs = []
 }
}</pre>
</div>
<div class="cnblogs_code"><img id="code_img_closed_411c4022-0fc8-4897-a938-98245ccf8f19" class="code_img_closed" src="https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif" alt=""><img id="code_img_opened_411c4022-0fc8-4897-a938-98245ccf8f19" class="code_img_opened" style="display: none" src="https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif" alt="">
<div id="cnblogs_code_open_411c4022-0fc8-4897-a938-98245ccf8f19" class="cnblogs_code_hide">
<pre>public class MainActivity extends Activity {
private Button getJni_btn;
private HelloWorld helloWorld;

static {
 try{
 System.loadLibrary("hello");
 }catch (Exception ex){
 ex.printStackTrace();
 }
}

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 super.onCreate(savedInstanceState);
 setContentView(R.layout.activity_main);

 init();

 getJni_btn = (Button)findViewById(R.id.get_jni_btn);
 getJni_btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
 @Override
 public void onClick(View v) {
 String result = helloWorld.ToastHelloFromC(" 我来自JAVA ");
 Log.e("MainActivity",result);
 }
 });
}

private void init(){
 helloWorld = new HelloWorld();
}
}</pre>
</div>
View Code</div>
9.运行程序，Logcat输出：
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628112642425-1332314614.png" alt="">
四、熟练掌握JNI层与Java层交互
1、Java调用C代码
这种情况一般是正向调用，应用场景为java层应用需要使用C/C++层中的方法，常见于调用设备硬件驱动，优化算法，要求计算效率等接口中。
常见的形式有数值运算，字符串运算、数组运算以及复杂对象运算，下面分别举例说明
1）数值运算
2）字符串运算
3）数组运算
4）对象运算
<img src="https://img2018.cnblogs.com/blog/320199/201906/320199-20190628153950190-294108479.png" alt="">
2、C代码调用Java
 这种情况可称为反向调用，最常见的应用场景为C/C++层需要将处理信息或者执行结果异步回调给java层。
 1)保存全局JVM实例和回调函数的实例对象
2）从全局jvm中获取当前线程的JNIEnv实例
3）获取回调函数的实例对象字节码jclass
4）通过GetMethodId方法获得回调函数的方法id
5）通过CallVoidMethod调用java方法
<pre> 需要注意的地方： 如果需要在jni层回调函数内处理java对象，分两种情况： 1.如果该对象在回调函数中使用到（传参或返回值），这可以直接通过FindClass找到该对象的字节码 2.如果该对象在回调函数中没有被使用到，那么就需要提前注册该类型的对象，然后在回调函数中取出对象进行使用 3、复杂对象的数据互通 复杂对象指对象列表，对象中嵌套对象。原理一样，当C解析java传过来的对象时，使用FindClass找到对象然后解析字段 当C组装java对象并传给java层时，需要先找到对象的构造方法id，之后通过构造方法进行对象赋值，从而创建对象，之后直接抛到java层，java层使用相应的对象接收即可。 </pre> 
来源：https://www.cnblogs.com/Em-Xu/p/11093074.html

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