C/C++在Java项目、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

2022-01-31 09:03:29

Android和iOS开发都支持C++开发，可以一套代码多平台使用。同时C++难以反编译的特性也可以为Android开发带来代码的保密，另一native特性也可以提高代码的运行效率。

一、为什么使用C/C++

  1. 便于移植，用C/C++写得库可以方便在其他的平台上再次使用。
  2. 代码的保护，由于java层代码很容易被反编译，而C/C++库反汇难度较大。
  3. 提高程序的执行效率，将要求高性能的应用逻辑使用C/C++开发，从而提高应用程序的执行效率。
  4. 访问现有开源库，需要访问底层的API或引用一些只有C/C++的库。

二、开发工具介绍

尽管Android Studio可以同时编写C++和Java代码，写完就可以编译运行，但是对联想和错误提示并不是非常友好，个人建议C++的整体代码使用Visual Studio或Xcode编译开发，联想功能非常友好，编译速度很快，调试也非常方便。

  • Visual Studio（PC）
  • Xcode（Mac）
  • Android Studio（多平台）
  • eclipse（多平台）

三、第一行代码

1. 如何在Objective-C项目中使用C++；

在Objective-C使用C/C++非常简单，仅仅需要把.m后缀的文件改成.mm即可使用C++，我们通常不会把.mm的文件写到整个项目都有，而是设计一个接口，用来做两个语言之间的桥梁，他们之间的交互仅仅在这个接口。

要点：String类型转换
// Objective-C(NSString) -> C++(std::string)

NSString * ocString = @"Hello World,OC";

std::string cppString = [ocString UTF8String];

std::cout<<cppString<<std::endl;

// C++(std::string) -> Objective-C(NSString)

std::string  cppString2 = "Hello World,C++";

NSString *ocString2= [NSString stringWithCString:cppString2.c_str() encoding:[NSString defaultCStringEncoding]];

NSLog(@"%@",ocString2);

记得要include相关的文件

#include <stdio.h>

#include <iostream>

2.在普通的JAVA项目中使用JNI编程

由于我是在MAC下办公，所以这里就介绍如何在MAC下进行JNI开发，在Windows平台下的Virtual Studio也很简单。

第一步：在Xcode下创建一个普通的C++项目

C/C++在Java项目、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

C/C++在Java项目、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

第二步：关联JavaVM的Framework

路径：

/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Frameworks/JavaNativeFoundation.framework/

C/C++在Java项目、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

第三步：创建头文件，用于和Java交互 cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h
#include <JavaVM/jni.h>

#ifndef _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo

#define _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

    JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add

    (JNIEnv *, jclass, jint, jint);

    JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_say

    (JNIEnv *, jclass, jstring);

    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_getInfo

    (JNIEnv *, jclass);

    JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava

    (JNIEnv *, jclass, jobject);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif
第四步：创建实现 NativeDemo.cpp
#include "cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h"

#include <string>

JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint param1, jint param2)

{

    jint result = param1 + param2;

    return result;

}

JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_say(JNIEnv *env, jclass, jstring param)

{

    // std::string -> jstring

    const char *param_char = env->GetStringUTFChars(param, NULL);

    std::string str = param_char;

}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_getInfo(JNIEnv *env, jclass)

{

    // jstring -> std::string

    std::string str = "Hi,I am C++.";

    jstring result =  env->NewStringUTF(str.c_str());

    return result;

}

JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava(JNIEnv * env, jclass, jobject obj)

{

    // 调用Java方法

    jclass cls = env->FindClass("cn/taoweiji/nativemodule/NativeDemo");

    //int subtract(int param1, int param2) -> (II)I

    jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "subtract", "(II)I");

    int result = (int) env->CallIntMethod(obj, mid, 10, 2);

//    std::cout<<result<<std::endl;

    //常见类型转换例子

    //String getInfo();

    //-> ()Ljava/lang/String;

    //PackageInfo getPackageInfo(String packageName, int flags);

    //-> (Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;;

}
第五步：编译生成JNI文件，按 ⌘+B (Product -> Build).

编译后文件

C/C++在Java项目、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

根据自己的电脑环境，查找编译后的文件，我的路径是

/Users/Wiki/Library/Developer/Xcode/DerivedData/DEMO_MAC_JNI-clxymnzifegyfaajsaattzgxqfbr/Build/Products/Debug/DEMO_MAC_JNI

第六步：编写JNI接口
package cn.taoweiji.nativemodule;

/**

 * 包名和类名称一定要和前面的C++头文件对应

 * cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h

 */

public class NativeDemo {

    public static native int add(int param1, int param2);

    public static native void say(String name);

    public static native String getInfo();

    public static native void nativeToJava(NativeDemo nativeDemo);

    public int subtract(int param1, int param2) {

        System.out.println("NativeDemo:" + String.format("%s - %s = %s", param1, param2, param1 - param2));

        return param1 - param2;

    }

}
第七步：调用C++
public class Main {

    static {

        System.load("/Users/Wiki/Library/Developer/Xcode/DerivedData/DEMO_MAC_JNI-clxymnzifegyfaajsaattzgxqfbr/Build/Products/Debug/DEMO_MAC_JNI");

    }

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello World!");

        int result = NativeDemo.add(1, 2);

        System.out.println("1+2=" + String.valueOf(result));

        NativeDemo.say("Hello,I am Java.");

        System.out.println("getInfo:" + NativeDemo.getInfo());

        NativeDemo.nativeToJava(new NativeDemo());

    }

}

3. 在ANDROID项目中使用NDK

Android的JNI开发，C++文件必须编写在独立的module里面，Java接口代码可以编写在app(module)，也可以和C++放在同一个module，通过gradle关联。详细代码请自行下载demo浏览

gradle配置（NativeModule）

apply plugin: 'com.android.library'

android {

    compileSdkVersion 23

    buildToolsVersion "24.0.0 rc2"

    defaultConfig {

        minSdkVersion 14

        targetSdkVersion 23

        versionCode 1

        versionName "1.0"

    }

    buildTypes {

        release {

            minifyEnabled false

            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro'

            ndk {

                moduleName "joyrun"

                stl "stlport_static"

                ldLibs "log"//用于解决__android_log_print

                abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a"

                //add -fexceptions to allow throw error

                //add -w to "format not a string literal and no format arguments [-Werror=format-security"

                cFlags "-w -fexceptions"

            }

        }

    }

}

dependencies {

    compile fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])

}

编写JNI接口

// NativeDemo.java

package cn.taoweiji.nativemodule;

public class NativeDemo {

    public static native int add(int param1, int param2);

}

编写C++接口代码，JNI文件目录默认是module/src/main/jni，可以通过gradle配置改变

// cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h

#include <jni.h>

#ifndef _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo

#define _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo

 * Method:    add

 * Signature: (II)I

 */

JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint, jint);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif
// NativeDemo.cpp

#include "cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint param1, jint param2)

{

    jint result = param1 + param2;

    return result;

}

调用

// 静态加载

static {

     System.loadLibrary("joyrun");

}

//调用

int result = NativeDemo.add(1,2);

Log.i("1+2=",String.valueOf(result));

四、NDK开发要点

编译文件分析

将NativeModule编译后生成的aar文件后缀改成.zip解压，可以发现里面有个jni文件，打开可以看到"armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a"等文件夹，再打开可以看到是以lib前缀的so格式文件，这就是编译后的native层文件，我们平常引用的第三方库（百度地图）也是要添加这些文件到我们的libs文件夹，不同的名称代表着不同平台相关的编译文件，市面上大多数的手机都是arm架构CPU，x86架构的手机几乎没人用（genymotion模拟器属于x86平台），所以我们通常发布APP不会考虑x86平台，仅仅添加armeabi文件即可，但是在开发过程中建议也添加x86的so文件，以方便我们在模拟器上运行。

运行库

Android平台带有一个微型的C运行库支持库，成为系统运行库。该运行库不支持一下特性：C标准库、异常支持、RTTI支持。NDK提供了用于补充系统运行库功能的一些额外的C++运行库。

C++运行库 C++异常支持 C++RTTI C++标准库
系统库 No No No
GAbi++ No Yes No
STLport No Yes Yes
GNU STL Yes Yes Yes

  1. STLport

    STLport是一个开源的、多平台的C标准库实现。它提供一个C标准库头文件的完整集合以及对RTTI的支持。

  2. GNU STL

    GNU标准C库，也叫libstdc-v3，是Android NDK最全面的标准C运行库。它是一个正在开发的、以实现ISO标准C库为目标的开源项目。

gradle配置

  1. STL运行库引用
  2. "armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a"等平台配置
  3. C++输出logcat配置
  4. 一个编译异常解决
  5. 异常捕获
// 生成so文件的名称

moduleName "joyrun"

// 引入STL标准库

stl "stlport_static"//gnustl_static

//用于解决__android_log_print

ldLibs "log"

abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a" //添加编译的平台

//add -fexceptions to allow throw error

//add -w to "format not a string literal and no format arguments [-Werror=format-security"

cFlags "-w -fexceptions"

LOGCAT输出

#include <android/log.h>

#define LOGI(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "tag_joyrun", __VA_ARGS__)

#define LOGE(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "tag_joyrun", __VA_ARGS__)

LOGE("Hello Logcat");

类型转换

// std::string -> jstring

std::string str = "Hello World";

jstring result =  env->NewStringUTF(str.c_str());

// jstring -> std::string

jstring param;

const char *param_char = env->GetStringUTFChars(param, NULL);

std::string str = param_char;

// jboolean 两个值 JNI_TRUE、JNI_FALSE

C++调用JAVA代码

//Java

public static native void nativeToJava(NativeDemo nativeDemo);

public int subtract(int param1, int param2) {

Log.e("NativeDemo", String.format("%s - %s = %s", param1, param2, param1 - param2));

return param1 - param2;

}

//C++

JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava(JNIEnv * env, jclass, jobject obj)

{

    // 调用Java方法

    jclass cls = env->FindClass("cn/taoweiji/nativemodule/NativeDemo");

    jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "subtract", "(II)I");

    int result = (int) env->CallIntMethod(obj, mid, 10, 2);

    //常见类型转换例子

    //String getInfo();

    //-> ()Ljava/lang/String;

    //PackageInfo getPackageInfo(String packageName, int flags);

    //-> (Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;;

}

一键生成从JAVA到C++接口代码脚本

文件：autojavah.sh

#!/bin/sh

export ProjectPath=$(cd "../$(dirname "$1")"; pwd)

export TargetClassName="co.runner.app.jni.NativeDemo"

export SourceFile="${ProjectPath}/app/src/main/java"

export TargetPath="${ProjectPath}/jni-joyrun/src/main/jni"

cd "${SourceFile}"

javah -d ${TargetPath} -classpath "${SourceFile}" "${TargetClassName}"

echo -d ${TargetPath} -classpath "${SourceFile}" "${TargetClassName}"

五、C++面向对象及标准库入门

C++类定义
// Demo.hpp

#ifndef Demo_hpp

#define Demo_hpp

#include <stdio.h>

#include <string>

class Demo{

public:

    std::string name;

    int age = 0;

    void say();

    static int add(int param1,int param2)

    {

        return param1 + param2;

    }

};

#endif /* Demo_hpp */
类方法的实现
// Demo.cpp

#include "Demo.hpp"

#include <iostream>

void Demo::say()

{

    std::cout<<"name = "<<name<<",age = "<<age<<std::endl;

}
对象创建及访问对象的成员
//对象创建

Demo d1;

Demo * d2 = new Demo;

// 运算符访问

d1.say();

// 指针访问

d2->say();

//静态函数访问

int result = Demo::add(1,2);

std::cout<<"1 + 2 = "<<result<<std::endl;
LIST链表
//include相关文件

#include <stdio.h>

#include <iostream>

#include <list>

#include "Demo.hpp"

// 链表定义

std::list<Demo> * demos = new std::list<Demo>;

Demo * demo = new Demo;

demo->name = "Wiki";

demo->age = 24;

// 在后面插入数据

demos->push_back(*demo);

demo = new Demo;

demo->name = "Wiki2";

demo->age = 25;

// 在前面插入数据

demos->push_front(*demo);

// 顺序链表遍历

for (std::list<Demo>::iterator iter = demos->begin(); iter != demos->end(); ++iter) {

    iter->say();

}

// 反顺序链表遍历

for (std::list<Demo>::reverse_iterator iter = demos->rbegin(); iter != demos->rend(); ++iter) {

    iter->say();

}

// 获取指定位置元素

std::list<Demo>::iterator iter = demos->begin();

advance(iter, 1);

iter->say();
指针、引用和值

在C++中，函数可以用许多不同的方法传递参数，比如通过指针、引用或是直接传值。

// 通过指针

void handle1(Demo *p);

// 通过引用

void handle1(Demo& p);

// 通过值

void handle1(Demo *demo);
堆和栈的理解
  • 栈（stack）：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈；
  • 堆（heap）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。
Demo d1;//栈

Demo * d2 = new Demo;//堆

char c; //栈上分配

char *p = new char[3]; //堆上分配，将地址赋给了p;
垃圾回收

new和C++ delete运算符用于动态分配和撤销内存的运算符，自己new出来的对象就要通过delete释放内存。

delete demos;

六、开发中常用的方法及注意事项（坑）

  • 时间戳获取方法。 
    long time = time(0);
  • 注意so文件防盗用问题。
  • 尽量避免调用与平台有关的方法，避免移植带来问题。
  • JNI接口的包名不能带有下划线‘_’。
相关源代码：
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