Android-eclipse-NDK&JNI

时间:2015-08-25 13:09:55   收藏:0   阅读:343

Android-eclipse-NDK&JNI

1. NDK简介(★★)

1.1 NDK产生的背景

     Android平台从诞生起,就已经支持C、C++开发。众所周知,Android的SDK基于Java实现,这意味着基于Android SDK进行开发的第三方应用都必须使用Java语言。但这并不等同于“第三方应用只能使用Java”。在Android SDK首次发布时,Google就宣称其虚拟机Dalvik支持JNI编程方式,也就是第三方应用完全可以通过JNI调用自己的C动态库,即在Android平台上,“Java+C”的编程方式是一直都可以实现的。

  不过,Google也表示,使用原生SDK编程相比Dalvik虚拟机也有一些劣势,Android SDK文档里,找不到任何JNI方面的帮助。即使第三方应用开发者使用JNI完成了自己的C动态链接库(so)开发,但是so如何和应用程序一起打包成apk并发布?这里面也存在技术障碍。比如程序更加复杂,兼容性难以保障,无法访问Framework API,Debug难度更大等。开发者需要自行斟酌使用。

  于是NDK就应运而生了。NDK全称是Native Development Kit。

  NDK的发布,使“Java+C”的开发方式终于转正,成为官方支持的开发方式。NDK将是Android平台支持C开发的开端。

1.2 为什么使用NDK

 1.代码的保护。由于apk的java层代码很容易被反编译,而C/C++库反编译难度较大。

   2.可以方便地使用现存的开源库。大部分现存的开源库都是用C/C++代码编写的。

   3.提高程序的执行效率。将要求高性能的应用逻辑使用C开发,从而提高应用程序的执行效率。

   4.便于移植。用C/C++写得库可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。

1.3 NDK简介

  1.NDK是一系列工具的集合

NDK提供了一系列的工具,帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库,并能自动将so和java应用一起打包成apk。NDK集成了交叉编译器,并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异,开发人员只需要简单修改mk文件(指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等),就可以创建出so。

 2.NDK提供了一份稳定、功能有限的API头文件声明

Google明确声明该API是稳定的,在后续所有版本中都稳定支持当前发布的API。从该版本的NDK中看出,这些API支持的功能非常有限,包含有:C标准库(libc)、标准数学库(libm)、压缩库(libz)、Log库(liblog)。

1.4 NDK的安装

 1.NDK的下载

NDK的官方下载地址http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html,由于官方网址在国外,国内访问不了,必须得FQ。因此我提供了下载好的NDK工具放在百度网盘上供大家下载。http://pan.baidu.com/s/1jGpCDKi

 2.将NDK解压到一个不包含空格和中文的目录下

本人将NDK解压在D:\software\ndkr9\android-ndk-r9b中。

1.5 NDK目录结构说明

 

 build:该目录存放的使用NDK的mk脚本,mk脚本指定了编译参数

 docs:该目录存放的是NDK的使用帮助文档

 platforms:这里面存放的是与各个Android版本相关的平台(x86,arm,mips)相关C语言库和头文件

 prebuilt:预编译工作目录

 samples:存放的是演示程序

 sources:存放的是NDK工具链的C语言源码

 tests:测试相关的文件

 toolchains:工具链,存放了三种架构的静态库等文件

 ndk-build.cmd:Window平台使用NDK的命令

 ndk-build:Linux平台使用NDK的命令

2. JNI入门(★★★)

下面通过一个简单的JNI案例来演示如何使用JNI编程。

创建一个新的Android工程《JNI入门》,工程的最终目录结构如下图所示。

 

在MainActivity.java类中定义一个native方法

 

在工程跟目录下创建一个文件夹jni,该目录名称是约定(约定优于配置)好的,不能是其他名字。

在jni目录下创建hello.c源文件,文件名可以按照见名知意的规则来创建。hello.c代码清单如下。

 

:上面的代码虽然简单但是关于jni.h头文件和方法名必须单独说明。

 1)jni.h头文件位于NDK安装目录下/platforms/android-*/(某平台)/usr/include目录中,如下图

 

上面的某平台指CPU的三种架构如下图。我们选择任意一架构皆可,但是对于手机来说CPU用arm架构的最多,x86次之,mips架构最少。

 

 2)JNI中C源文件方法名的命名规则

这里的命名规则指用于跟java文件中native方法对应的C语言方法,而C语言中的其他方法命名只要符合C语言规则就行。jstring Java_com_itheima_jnihello_MainActivity_helloC(JNIEnv* env, jobject obj) 中,jstring是方法返回值类型,我们可以把jstring看成是java中String跟C语言中char*类型的一个中间转换类型,java跟C语言的数据类型是不一样的,他们之间要想互相调用就必须通过一种中介来实现,这个中介就是在jni.h头文件中定义的。关于更多的转换类型,在本文档的第2章会有更详细的说明。

方法名第一个字母必须是Java,首单词大写,然后下划线_,然后是将该方法所在的包、类、方法用“_”连接起来,比如com.itheima.jnihello.MainActivity类中的helloC方法,转变成C语言中的方法名为Java_com_itheima_jnihello_MainActivity_helloC

方法的形参有两个是必须的也就是不管java中的方法是否有形参,但是C语言中对应的方法必须有JNIEnv* env,和jobject obj,如果java方法中还用其他形参,那么在C语言中严格按照顺序排在jobject obj参数的后面即可。

上面的env代表指向JVM的指针,obj是调用该方法的java对象。

使用NDK工具将hello.c编译成hello.so文件

 为了方便直接在控制台中使用NDK工具的ndk-build.cmd命令,我们首先将ndk-build.cmd所在的目录设置成系统环境变量。环境变量配置好以后,在命令行中输入ndk-build.cmd会有如下提示:

 

 将当前目录切换到hello.c所在的工程目录

这时候如果直接输入ndk-build.cmd那么会出现如下异常:

 

出现这种错误时因为我们并没有告诉ndk我们要将那个C语言源代码编译成目标文件。为了告诉ndk要将那个C源文件编译成目标文件,我们需要在工程中的jni目录中添加Android.mk配置文件。

在当前工程的jni目录下添加Android.mk配置文件,该配置文件可以从ndk安装目录的实例代码中拷贝,然后修改。

Android.mk文件清单如下,我们只需要修改LOCAL_MODULE和LOCAL_SRC_FILES两个参数即可。LOCAL_MODULE参数是指定编译后的目标文件的名称,其实编译好的目标文件名为libhello.so,LOCAL_SRC_FILES指定了要编译的源文件。

 

在cmd中,将当前目录切换到hello.c所在目录,然后重新执行ndk-build.cmd命令,这次成功编译,cmd显示效果如下图所示。

 

查看项目目录结构,发现在libs目录中多了两个文件夹armeabi和x86,这两个文件夹下分别包含了一个libhello.so动态链接库。这也代表着当前工程中的动态库支持arm架构和x86架构的cpu。

 

:可能你的并没有同时生成这两个文件,是因为我的工程中引入了Application.mk文件,因此你需要引入该文件。

Application.mk文件清单:

 

该清单其实只有一行内容,第一行是注释。APP_ABI参数指定要生成的目标文件支持的平台都有哪些,默认是armeabi如果想支持多个平台只需要空一格然后写出其他平台名字即可。

在MainActivity.java中调用C语言

 

运行上面工程,效果如下:

 

:如果我们编译的arm平台的so文件,但是却部署到了x86平台的模拟器上,那么运行的时候会报找不到libhello.so的异常。

3. JNI规范(★)

3.1 JNI数据类型和数据结构

 1)基本数据类型

JNI基本类型和本地等效类型的对应表格如下:

Java 类型

本地 C 类型

实际表示的 C 类型

Win32

说明

boolean

jboolean

unsigned char

无符号,8 位

byte

jbyte

signed char

有符号,8 位

char

jchar

unsigned short

无符号,16 位

short

jshort

short

有符号,16 位

int

jint

long

有符号,32 位

long

jlong

__int64

有符号,64 位

float

jfloat

float

32 位

double

jdouble

double

64 位

void

void

N/A

N/A

 2)引用类型,JNI还包含了很对对应于不同Java对象的引用类型,JNI引用类型的组织层次如下图所示:

 

3.2 JNI接口函数命名方式

 1)类型签名

Java虚拟机的类型签名如下:

类型签名

Java类型

Z

boolean

B

byte

C

char

S

short

I

int

J

long

F

float

D

double

Lfully-qulitied-class;

全限定类

[type

type[] 数组

(argtypes)rettype

方法类型

例如,Java方法int feet(int n, String s,int [] arr)的类型签名如下:

(ILJava/lang/String;[I)I

圆括号里面为参数,I表示第一个参数int型,LJava/lang/String;表示第二个参数为全限定Java.lang.String类型,[I表示第三个参数为int型的数组,圆括号后面为返回值类型,I表示返回值为int型。

 2)一般函数的JNI接口函数命名方式

一般JNI接口函数命名如下:

Java_包名_类名_方法名。

例如:某工程下com/itheima包下MainActivity类的int getIntFromC()方法的C语言实现函数命名如下:

jint Java_com_itheima_MainActivity_getIntFromC(JNIEnv* env,jobject obj)

其中,包名所包含的“/”应全部以下划线替代,其本地实现的参数和返回值也应转换为JNI类型。

 3) 重载函数的JNI接口函数命名方式

重载函数的JNI实现在一般函数的JNI实现之外,还应添加上类型签名以作为同名函数之间的区别,其接口函数命名如下:Java_包名_类名_方法名_参数签名。

例如:某工程下com/itheima包下MainActivity类的int getIntFromC(int n, String s,int [] arr)方法的C语言实现函数命名如下:

jint Java_com_itheima_MainActivity_getIntFromC_ILJava_lang_String_2_3I

(JNIEnv* env, jobject obj, jint n, jstring s, jintarray arr)。

JNI在函数命名时采用名字扰乱方案,以保证所有的Unicode字符都能

转换为有效的C函数名,所有的“/”,无论是包名中的还是全限定类名中的,均使用“_”代替,用_0,„,_9来代替转义字符,如下:

转义字符序列

表示

_0XXXX

Unicode字符XXXX

_1

字符“_”

_2

签名中的字符

_3

签名中的字符“[”

3.3 JNI函数与API

在本文档中我们所主要需要关心的是C/C++数据类型与JNI本地类型之间的转化过程,这个过程某些数据的转换需要使用JNIEnv对象的一系列方法来完成。

 1)jstring转换为C风格字符串

char* test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env,jstring,NULL);

使用完毕后,应调用:

(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);

释放资源。

 2)C风格字符串转换为jstring

char charStr[50];

jstring jstr;

jstr = env -> NewStringUTF(charStr);

 3)C语言中获取的一段char*的buffer传递给Java

在jni中new一个byte数组,然后使用

(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer) 操作将buffer拷贝到数组中。

这种方式主要是针对buffer中存在“\0”的情况,如果以C风格字符串的方式读入,就会损失“\0”之后的字符。

 4)数组操作

JNI函数

功能

GetArrayLength

返回数组中的元素数

NewObjectArray

创建一个指定长度的原始数据类型数组

GetObjectArrayElement

返回Object数组的元素

SetObjectArrayElement

设置Object数组的元素

GetObjectArrayRegion

将原始数据类型数组中的内容拷贝到预先分配好的内存缓存中

SetObjectArrayRegion

设置缓存中数组的值

ReleaseObjectArrayRegion

释放GetObjectArrayRegion分配的内存

:对int,char等基本数据类型的数组操作,将相关Object名称替换为对应基本数据类型名称即为相关函数。

数组操作的方法选择基于使用者的需求而定,如果使用者需要在内存中拷贝数组并对其进行操作那么一般使用GetObjectArrayRegion和SetObjectArrayRegion函数,否则一般使用SetObjectArrayElement和GetObjectArrayElement函数。

 

 

4. 案例-银行登录系统(★★)

需求:假设银行的登陆模块是用C语言来编写的,但是我们的Android应用想登陆银行系统,那么就需要通过JNI来实现了。

创建一个新Android工程《建行客户端》,工程目录结构如下图。

 

在工程中创建jni文件夹,然后将jni.h、Android.mk、Application.mk从JNI入门工程拷贝进去。

在jni目录下创建login.c文件,在该文件中实现登录业务逻辑。代码清单如下。

 

 

是用ndk工具,将login.c编译成动态库文件。编译前修改Android.mk文件的LOCAL_SRC_FILES := login.c

 

编写在MainActivity.java类

 

 

布局文件比较简单,这里就不再给出。

运行上面的代码,运行结果如下:

 

 

5. CDT插件的安装(★)

5.1 CDT简介

CDT 项目致力于为 Eclipse 平台提供功能完全的 C/C++ 集成开发环境(Integrated Development Environment,IDE)。CDT 是完全用 Java 实现的开放源码项目(根据 Common Public License 特许的),它作为 Eclipse SDK 平台的一组插件。这些插件将 C/C++ 透视图添加到 Eclipse 工作台(Workbench)中,现在后者可以用许多视图和向导以及高级编辑和调试支持来支持 C/C++ 开发。

5.2 CDT的下载

CDT插件可以通过eclipse的在线安装,但是受限于跨国家网络访问,一般不是很好用。因此这里我主要给大家说的是如何离线安装。

下载CDT离线安装包。针对不同版本eclipse的cdt安装包如下,大家可以从我的百度网盘上直接下载。考虑到我们大部分都用的最新的ADT因此建议选择8.5.0版本的CDT。

cdt-8.5.0-for-Eclipse-Luna http://pan.baidu.com/s/1c0m1k0w

cdt-8.3.0-for-Eclipse-Kepler http://pan.baidu.com/s/1kT21QOf

cdt-8.1.2-for-Eclipse-Juno http://pan.baidu.com/s/1qWAzjBI

选择eclipse的Help->Install New Software...,弹出如下对话框

 

点击Add按钮,在弹出的对话框中输入Name。在Location栏如果输入一个http地址是让eclipse自动从网络上下载安装,这里我们点击Archive按钮找到我们事先下载好的离线安装包。然后点击OK。

 

将CDT所有的插件勾选上,同时将最下面的联网检查更新去掉勾选,然后点击Next,直到Finish。

 

安装好以后在File->New->Other中会有C/C++选项,如下图。

 

在Open Perspective中也多了C/C++视图可选项,如下图。

 

安装好以后,我们就可以在eclipse中开发我们的C/C++工程了。不过对我们Android开发人员来说用到的机会不是很多。就算是开发C/C++工程,大多数程序员也不会选择在eclipse平台上进行开发。Eclipse更多的是专注于Java语言项目的开发,比如JavaEE、Android。

 

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