Android NDK 开发（二） -- 从Hlello World学起【转】

2022-11-30 16:26:58

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上篇文章讲述了Android NDK开发的一些基本概念，以及NDK的环境搭建，相信看过的朋友NDK开发环境搭建应该是没有问题了，还没有搭建或者不知道怎么搭建的朋友请点击这里。那么这篇文章，我们跟刚学Java编程语言一样，从世界知名程序“Hello World！”开始，开发出我们的第一个NDK程序。

NDK目录简单介绍

        在进行NDK开发之前，我们有必须熟悉一下NDK目录下包含哪些东西，以及这些东西对开发来说有什么作用？那么现在打开NDK的解压目录，查看一下解压目录下的文件：
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1，samples目录。这个目录包含了Google为NDK开发撰写的一些小例子，包括本地JNI开发，图片处理，多个库文件开发等等，这些例子虽小但面面俱到，能看懂samples目录下的小例子程序，那么对于NDK开发来说，就很好应付了。

2，docs目录。这个目录下存放的都是Google给开发者提供的文档，指导开发者怎样在Android环境下进行NDK开发，这个非常重要。

3，sources目录。由于Android是开源操作系统，作为Android的一部分的NDK，同样也是开源的，这个目录下存放的是NDK源码。

4，platforms目录。里面存放的是当前ndk版本所支持的所有android平台的版本，做NDK开发的C代码也是可以指定由某个特定版本平台下编译，该platforms目录下存放的是不同版本所包含的C的库文件和头文件，不同版本有些微小的变化。

5，prebuilt目录。这是提供给在Windows下开发ndk程序的一些工具集。

6，build目录。里面存放大量的Linux编程脚本和Windows下的批处理文件，用来完成ndk开发中的交叉编译。

具体开发

1，NDK开发步骤

首先，我先列出NDK开发的简单步骤，然后再以此为大纲，用一个Hello World的实例讲述一下NDK开发：

（1）创建一个android工程

（2）JAVA代码中写声明native 方法 public native String helloFromJNI();

（3）创建jni目录,编写c代码,方法名字要对应在c代码中导入jni.h头文件

（4）编写Android.mk文件

（5）Ndk编译生成动态库

（6）Java代码load 动态库.调用native代码

2，NDK开发具体实践

下面就按照上述的步骤建立一个HelloWorld小案例来一步一步实现NDK开发

1，创建一个Android工程，并且在Java代码中声明一个native方法：
  1. public class MainActivity extends Activity {
  2. public native String javaFromJNI();
  3. @Override
  4. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  5. super.onCreate(savedInstanceState);
  6. setContentView(R.layout.activity_main);
  7. findViewById(R.id.button).setOnClickListener(new OnClickListener() {
  8. @Override
  9. public void onClick(View v) {
  10. Toast.makeText(MainActivity.this, javaFromJNI(),
  11. Toast.LENGTH_SHORT).show();
  12. }
  13. });
  14. }
  15. }
2，创建jni目录,编写c代码,方法名字要对应在c代码中导入jni.h头文件
  1. #include<stdio.h>
  2. #include<jni.h>
  3. jstring Java_com_example_ndk_MainActivity_javaFromJNI(JNIEnv* env, jobject obj) {
  4. return (*(*env)).NewStringUTF(env, "hello jni!");
  5. }

关于这个本地的C代码怎么写，还是需要一些C语言的基础的。没有也可以，我们可以参考一下ndk解压目录下的platforms\android-19\arch-arm\usr\include目录下的jni.h文件，也就是本地C代码需要include的那个，用记事本打开看看里面的内容。先来说一下JNI代码的简单格式：

方法签名规则：返回值类型 Java_包名_类名_native方法名(JNIEnv* env, jobject obj)
返回值类型就是JNI头文件中事先定义好的自定义C类型，直接拿来使用即可：

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其后的参数列表是固定的(JNIEnv* env, jobject obj)形式，关于JNIEnv请在下面的定义：

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可以看到啊，这个JNIEnv原来是一个名作JNINativeInterface的结构体，这个结构体定义了很多的数据类型，那么我们返回字符串的类型或者方法是哪一个呢？

  1. jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);

以上就是我在JNINativeInterface结构体找到的返回字符串的方法，参数为JNINativeInterface指针和一个字符串，正如上面JNI代码使用的那样调用即可。

好，以上我们创建好了JNI本地代码，我们编译一下试试吧！打开cygwin，切换到工程目录下，执行ndk-build命令：

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仔细看一下报错的日志，告诉我们/jni目录下缺少了一个叫Android.mk的文件，所以导致无法编译。

3，编写Android.mk文件

这个Android.mk文件怎么写呢？这时候我们得打开NDK的文档来看看了，位置E:/NDK/android-ndk-r10d/docs/Start_Here.html，找到

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好，我们就先在jni目录下创建一个Android.mk的文件，将上面的这段话复制粘贴进去，将LOCAL_MODULE和LOCAL_SRC_FILES修改成我们自己的名称：

  1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)
  2. include $(CLEAR_VARS)
  3. LOCAL_MODULE    := Hello
  4. LOCAL_SRC_FILES := Hello.c
  5. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
4，ndk编译生成动态库

然后在cygwin中编译一下：

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可以看到编译通过了，下面刷新一下工程，就可以看到工程libs目录下多了个libHello.so的文件，这个就是Android认识的动态库了。

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5，Java代码load 动态库.调用native代码

编译出来这个libHello.so文件后，就需要在Java代码中加载这个.so的库文件了，代码很简单，然后Toast一下看看效果：

  1. public class MainActivity extends Activity {
  2. static {
  3. System.loadLibrary("Hello");
  4. }
  5. public native String javaFromJNI();
  6. @Override
  7. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  8. super.onCreate(savedInstanceState);
  9. setContentView(R.layout.activity_main);
  10. findViewById(R.id.button).setOnClickListener(new OnClickListener() {
  11. @Override
  12. public void onClick(View v) {
  13. Toast.makeText(MainActivity.this, javaFromJNI(),
  14. Toast.LENGTH_SHORT).show();
  15. }
  16. });
  17. }
  18. }

System.loadLibrary(String 文件名);是用来加载动态库的方法，其中参数类型是字符串，参数是Android.mk文件中LOCAL_MODULE定义的名称。
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运行效果上图所示，到这里，一个简单的ndk开发的Hello World就完成了。友情提示：本示例程序不支持x86架构的cpu，测试请开启arm模拟器！

使用javah命令帮助生成方法签名

已知native代码中的方法签名规则是这样的：返回值类型 Java_包名_类名_native方法名(JNIEnv* env, jobject obj)；但是有如以下特殊情况，Java的方法名中是可以带下划线“_”的，例如如下这样的定义native方法：

  1. public native String java_From_JNI();

假如我们按照上述的规则，在C代码中套用，定义出这样的C函数：

  1. jstring Java_com_example_ndk_MainActivity_java_From_JNI(JNIEnv* env, jobject obj)

这样定义的方法签名显然是不合适的，这样会造成编译环境误以为MainActivity类下有个java内部类，其中又包含From内部类，From内部类下有个叫JNI的方法，实际上并没有这个方法，所以编译的时候肯定是会报错的。那么这个例子是个个例而已，其实按照上述的方法签名规则来看，C语言中定义native方法比较麻烦，很容易让人手敲失误，导致程序运行不了，其实我们可以用JDK提供好的javah工具来自动为我们生成方法签名，步骤如下：

1，在windows命令模式中，切换到工程包下class字节码文件所在的目录下，本示例的路径是D:\workspace-mime\NDKHelloWorld\bin\classes

先执行“ cd /d D:\workspace-mime\NDKHelloWorld\bin\classes ”命令进入到class字节码文件的包名根目录下

然后执行“ javah com.example.ndk.MainActivity ”

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会得到如下图的一个.h文件：

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用记事本打开这个文件

  1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
  2. #include <jni.h>
  3. /* Header for class com_example_ndk_MainActivity */
  4. #ifndef _Included_com_example_ndk_MainActivity
  5. #define _Included_com_example_ndk_MainActivity
  6. #ifdef __cplusplus
  7. extern "C" {
  8. #endif
  9. /*
  10. * Class:     com_example_ndk_MainActivity
  11. * Method:    javaFromJNI
  12. * Signature: ()Ljava/lang/String;
  13. */
  14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_ndk_MainActivity_javaFromJNI
  15. (JNIEnv *, jobject);
  16. /*
  17. * Class:     com_example_ndk_MainActivity
  18. * Method:    java_From_JNI
  19. * Signature: ()Ljava/lang/String;
  20. */
  21. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_ndk_MainActivity_java_1From_1JNI
  22. (JNIEnv *, jobject);
  23. #ifdef __cplusplus
  24. }
  25. #endif
  26. #endif

上面就是我们需要的方法签名了，这就是javah工具自动为我们生成的native头文件，下面我们需要引用这个头文件到工程中去。将这个头文件直接剪切，粘贴到工程的jni的目录下，然后重写一个Hello.c的C代码，将#include"com_example_ndk_MainActivity.h"放在代码的头部，表示引入刚刚生成好的头文件，注：在C语言中#include<xx.h>表示引用C语言环境（编译）自带的头文件，#include"xx.h"表示引用当前自定义的头文件。引用好头文件之后，将头文件中的两个方法签名拷贝进来，实现逻辑：

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<jni.h>
  3. #include"com_example_ndk_MainActivity.h"
  4. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_ndk_MainActivity_javaFromJNI(
  5. JNIEnv* env, jobject obj) {
  6. return (*env)->NewStringUTF(env, "hello jni!");
  7. }
  8. /*
  9. * Class:     com_example_ndk_MainActivity
  10. * Method:    java_From_JNI
  11. * Signature: ()Ljava/lang/String;
  12. */
  13. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_ndk_MainActivity_java_1From_1JNI(
  14. JNIEnv* env, jobject obj) {
  15. return (*env)->NewStringUTF(env, "hello_jni__");
  16. }

重新编译：

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重新编译之后，我们clean一下工程，然后refresh一下工程，在libs目录下就可以找到我们重新编译的新的libHello.so文件，最后在Java代码中实现操作（省略）。

Android.mk简介

一个Android.mk file用来向编译系统描述你的源代码。具体来说：该文件是GNU Makefile的一小部分，会被编译系统解析一次或多次。你可以在每一个Android.mk file中定义一个或多个模块，你也可以在几个模块中使用同一个源代码文件。编译系统为你处理许多细节问题。例如，你不需要在你的Android.mk中列出头文件和依赖文件。NDK编译系统将会为你自动处理这些问题。这也意味着，在升级NDK后，你应该得到新的toolchain/platform支持，而且不需要改变你的Android.mk文件。

  1. #交叉编译器在编译C/C++代码所依赖的配置文件，linux下makefile的语法子集
  2. #获取当前Android.mk的路径
  3. LOCAL_PATH := $(call my-dir)
  4. #变量的初始化操作 特点：不会重新初始化LOCAL_PATH的变量
  5. include $(CLEAR_VARS)
  6. #指定编译后生成的.so文件名，makefile语法约定文件名加前缀lib和后缀.so
  7. LOCAL_MODULE    := Hello
  8. #指定native代码文件
  9. LOCAL_SRC_FILES := Hello.c
  10. #指定native代码编译成动态库.so或者指定编译成静态库.a
  11. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

参数介绍：

LOCAL_MODULE： 就是你要生成的库的名字,这个名字要是唯一的.不能有空格.
                                      编译后系统会自动在前面加上lib的头, 比如说我们的Hello 就编译成了libHello.so
                                      还有个特点就是如果你起名叫libHello 编译后ndk就不会给你的module名字前加上lib了
                                      但是你最后调用的时候 还是调用Hello这个库

LOCAL_SRC_FILES：这个是指定你要编译哪些文件
                                         不需要指定头文件 ,引用哪些依赖, 因为编译器会自动找到这些依赖 自动编译

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)  BUILD_STATIC_LIBRARY
                                         .so 编译后生成的库的类型,如果是静态库.a 配置include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

LOCAL_CPP_EXTENSION := cc ：指定c++文件的扩展名
LOCAL_MODULE    := ndkfoo 
LOCAL_SRC_FILES := ndkfoo.cc

LOCAL_LDLIBS += -llog -lvmsagent -lmpnet -lmpxml -lH264Android
                                         指定需要加载一些别的什么库.

另：关于Android.mk文件的介绍和用法可以参考Google NDK提供的文档，位置是ndk解压目录下的docs目录下，Programmers_Guide/html/md_3__key__topics__building__chapter_1-section_8__android_8mk.html。

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