Android Studio3.5 JAVA调用C++源码方法总结
前言
本文主要讲述如何在Android Studio中通过JAVA调用C++源码，最终将项目打包成apk文件发布。整体流程如下图所示：
主要涉及如下几个方面：
1、Android Studio中整个程序的运行流程；
2、C++源码如何通过NDK或者Cmake工具打包成so包；
3、JAVA如何通过JNI调用so包，JNI的使用方法；
4、将整个项目打包成apk包发布。
整篇文章都是自己在实战出摸索总结出来的经验，希望能给大家带来帮助。若有不当之处，还请大家斧正。
基础概念解释
Gradle
网上关于Gradle的解释比较多，也比较官方，这个东西不用深究太多，大致知道Gradle是Android Studio用来进行构建和打包操作的就行了。同时要知道，对Gradle进行的配置文件主要是两个，一个是app中的build.gradle文件，一个是整个项目的build.gradle文件。
Gradle可以通过两个外部构建工具进行扩展：ndk-build，Cmake。这两个构建工具功能相同，二者选其一即可。
NDK
Native Development Kit，原生开发工具包，一组可以在Android应用中利用C和C++代码的工具。它包含一个ndk-build组件，可以用来生成so文件。
ndk-build主要通过配置Android.mk文件实现构建。Android.mk文件是在设置了app的build.gradle文件后自动生成的，不需要用户自己新建。
Cmake工具
Cmake主要通过配置 CmakeList.txt文件实现构建。其中CmakeList.txt文件则是自己新建的，新建好后要在build.gradle文件中添加一个cmake 节点，告诉Gradle根据这个文件进行构建。
so文件
so文件是linux系统下二进制共享文件。由于Android系统和linux系统内核相同，因此Android系统也支持so文件。
JNI
Java Native Interface，Java本地接口。Java不是完善的，Java的不足除了体现在运行速度上要比传统的C++慢许多之外，Java无法直接访问到操作体系底层（如系统硬件等)，为此 Java使用native法子来扩大Java程序的功效。可以将native法子比作Java程序同Ｃ程序的接口。
JNI提供了JAVA和C++的数据类型对应关系。对于没有对应关系的数据结构，JNI中有一个env结构体，代表了 Java 在本线程的执行环境，可以通过这个结构体调用JNI的一些函数，实现类型的相互转换。
JNI数据类型对应关系表
有关JNI函数签名信息、JNIEnv介绍、add_library 指令、target_link_libraries 指令、Abi架构的更多基础知识，可以查看这篇文章：JNI技术简介
准备工作
我之前写过一篇比较基础的帖子，里面介绍了一个基础JNI Demo的实现过程，包括环境搭建以及Demo的详细实现过程，零基础的话可以去看看，链接。
C++源码相关介绍
我的C++源码的接口函数的形式如下所示：
map detect_cards(vector corners,int img_row,int img_col) ；
输入3个参数，返回一个map类型的值。
第一个参数是一个复合类型，vector的每个元素是Coordinate结构体，结构体定义如下：
struct Coordinate
{
double x;
double y;
int label;
};
返回值是一个map，map的值也是一个复合类型，vec_array的定义如下：
struct s_array
{
double Number[8];
};
typedef std::vector vec_array;
整体实现流程
1、先用JAVA中设计一个函数的头部，与C++的函数相对应，函数体不用实现；
2、新建一个JAVA类，包含第一步声明的函数头部作为成员方法，加上native关键字，表示此方法不是在JAVA实现的，是在C++中实现的；
3、通过javac命令生成第二步新建的java类的C++版的.h头文件，放在cpp文件夹中。cpp文件夹存放C++相关的源文件。该.h头文件会以JNI的语法生成一个C++函数声明，与第一步中的java函数相对应。
4、在cpp文件夹中新建一个C++源文件，对第三步中的.h头文件中的函数进行实现。
5、对工程执行Make Project命令，生成so文件。
6、在java的MainActivity类中加载so文件库，并新建一个第二步类的对象，利用这个对象调用第一步的函数。
综上，整个过程就像一个“嫁接”的过程，在java中声明一个函数后不实现，再利用javac命令生成这个函数的C++形式，然后在C++中对这个函数进行实现，再将C++的函数打包成so文件，最后在java中加载so库后调用。
可能我上面表述的有点混乱，没关系，可以看看下面的流程图，应该会明白的更多一点。。。
整体流程的详细操作步骤，都可以在我的这篇博客中找到参考：Android Studio3.5实现调用C++模块（附JNIDemo）。不过在本工程中，我新建项目的类型和构建方法与上篇略有不同。
上篇文章项目类型是空项目，但是本工程中项目类型是Native C++。
上篇文章用的构建方法是ndk-build，但是本篇文章用的是Cmake工具。当你构建项目时选的项目类型是Native C++时，系统会自动在CPP文件夹下建一个CmakeList.txt文件和一个cpp文件示例。
注：通过Cmake工具进行构建时，不需要像上篇文章那样执行“Link C++ project with Gradle”命令，Android studio会自动将java类中的native函数和其C++实现函数进行关联，生成如下所示标记：
同时，上篇文章只是一个基础的JNI Demo，C++源码不是很复杂，但是本工程涉及的C++源码接口函数比较复杂。由于native函数的参数和返回值都是复杂数据类型，JNI中没有复杂数据类型的对应关系。因此我的解决方法是：在JAVA中编写一个类，包含Coordinate和vec_array结构体的属性，同时定义各个属性的get/set方法。这样在native函数中解析参数时，就可以通过JNI的env结构体来调用对象的get方法获取数据；在返回时，可以通过env结构调用对象的set方法来给对象赋值，封装成JNI对象返回给JAVA。注意：复合数据结构要从最底层结构一层层赋值，不能直接传。
因此下面着重介绍两点：1、详细介绍下Cmake工具生成so文件的方法；2、JNI的用法：如何在C++端利用JNI语法对JNI参数进行解析，以及如何将C++类型的数据封装成JNI形式的数据，返回给JAVA。
工程目录结构
最终的工程目录结构先给大家展示下：
Cmake工具生成so文件
1、在cpp文件夹下的CmakeList.txt文件进行如下修改：
2、在app下的build.gradle文件下进行修改：
android节点下添加如下节点，表示按照src/main/cpp/下的CmakeList.txt文件进行构建.
Build—>Make prject，so文件存放地址如下:
Android Studio中程序运行的流程
所有东西都弄好后，点击
按钮，会发现程序是按照如下流程运行的，可以在相应位置设置断点查看程序走势。
C++端进行JNI编程
以下面这个简单例子为例。
这里是名为 Sample1.java 的 Java 源代码文件的示例：
package com.ibm.course.jni;
public class Sample1 {
public native int intMethod(int n); //native表示这是一个本地函数，具体实现在C++中
public native boolean booleanMethod(boolean bool);
public native String stringMethod(String text);
public native int intArrayMethod(int[] intArray);
//主函数
public static void main(String[] args) {
System.loadLibrary("Sample1"); //加载本地函数库
Sample1 sample = new Sample1(); //新建一个包含native函数的类的对象
int square = sample.intMethod(5); //通过这个对象调用native函数
boolean bool = sample.booleanMethod(true);
String text = sample.stringMethod("JAVA");
int sum = sample.intArrayMethod(new int[] { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 });
//调用结果展示
System.out.println("intMethod: " + square);
System.out.println("booleanMethod: " + bool);
System.out.println("stringMethod: " + text);
System.out.println("intArrayMethod: " + sum);
}
}
JNI函数的意义
下面展示了在C++端如何实现 public native String stringMethod(String text)函数，在java中执行String text = sample.stringMethod(“JAVA”);这句时，就会调用如下C++函数。
#include
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) {
//说明：这是一个C++本地函数，函数头部将JAVA和C++连接起来，此函数内部通过JNIENV提供的函数对JNI类型数据进行转换，变成C++/C可以使用的类型。
//env指针指向一个函数指针表，在VC中可以直接用"->"操作符访问其中的函数。
const char *str = env->GetStringUTFChars(string, 0); //调用env中的GetStringUTFChars函数，将jstring类型的string变量转变成char *类型的str变量，下面就可以向C++那样用str这个变量了
char cap[128];
strcpy(cap, str);
env->ReleaseStringUTFChars(string, str); //用完之后要释放
return env->NewStringUTF(strupr(cap)); //将C++类型的cap变量通过env的NewStringUTF转变成JNI函数返回值类型jstring
}
综上，在C++函数中不能直接使用JNI的一些数据类型，要通过env提供的函数进行转换后才能使用。返回时也是同样道理，不能直接返回C++类型的数据，要将C++类型数据经过env的函数封装成JNI的数据类型后再返回。
下面再提供一些JNI示例，可以通过这些示例看看各种JNI类型的参数数据是如何解析成C++类型的数据，以及C++类型的数据如何封装成JNI类型的数据返回。
//参数是jintArray使用示例
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod
(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) {
int i, sum = 0;
jsize len = env->GetArrayLength(array);
jint *body = env->GetIntArrayElements(array, 0);
for (i=0; iReleaseIntArrayElements(array, body, 0);
return sum;
}
//参数是jstring，返回值是字符串对象数组
#define ARRAY_LENGTH 5
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_Sample3_stringMethod
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring string)
{
//新建jni字符串数组
7 jclass objClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
8 jobjectArray texts= (*env)->NewObjectArray(env,(jsize)ARRAY_LENGTH, objClass, 0);
//C数组
char* sa[] = { "Hello,", "world!", "JNI", "很", "好玩" };
//C数组存入JNI数组
jstring jstr;
int i=0;
for(;iNewStringUTF( env, sa[i] ); //NewStringUTF()函数：将C语言的字符串转换为jstring类型。
17 (*env)->SetObjectArrayElement(env, texts, i, jstr);//必须放入jstring
}
return texts;
}
第7、8行是我们需要特别关注的地方：JNI框架并 没有定义专门的字符串数组，而是使用jobjectArray——对象数组，对象数组的基类是jclass，jclass是JNI框架内特有的类型，相当 于Java语言中的Class类型。在本例程中，通过FindClass()函数在JNI上下文中获取到java.lang.String的类型 （Class），并将其赋予jclass变量。
在例程中我们定义了一个长度为5的对象数组texts，并在程序的第16行向其中循环放入预先定义好的sa数组中的字符串，当然前置条件是使用NewStringUTF()函数将C语言的字符串转换为jstring类型。
//返回一个结构,这里返回一个硬盘信息的简单结构类型
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_sundy_jnidemo_ChangeMethodFromJni_getStruct
(JNIEnv *env, jobject obj)
{
/**//* 下面为获取到Java中对应的实例类中的变量*/
//获取Java中的实例类
jclass objectClass = (env)->FindClass("com/sundy/jnidemo/DiskInfo");
//获取类中每一个变量的定义
//名字
jfieldID str = (env)->GetFieldID(objectClass,"name","Ljava/lang/String;");
//序列号
jfieldID ival = (env)->GetFieldID(objectClass,"serial","I");
//给每一个实例的变量付值
(env)->SetObjectField(obj,str,(env)->NewStringUTF("my name is D:"));
(env)->SetShortField(obj,ival,10);
return obj;
}
//返回一个结构数组，返回一个硬盘信息的结构数组
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_com_sundy_jnidemo_ChangeMethodFromJni_getStructArray
(JNIEnv *env, jobject _obj)
{
//申明一个object数组
jobjectArray args = 0;
//数组大小
jsize len = 5;
//获取object所属类,一般为ava/lang/Object就可以了
jclass objClass = (env)->FindClass("java/lang/Object");
//新建object数组
args = (env)->NewObjectArray(len, objClass, 0);
/**//* 下面为获取到Java中对应的实例类中的变量*/
//获取Java中的实例类
jclass objectClass = (env)->FindClass("com/sundy/jnidemo/DiskInfo");
//获取类中每一个变量的定义
//名字
jfieldID str = (env)->GetFieldID(objectClass,"name","Ljava/lang/String;");
//序列号
jfieldID ival = (env)->GetFieldID(objectClass,"serial","I");
//给每一个实例的变量付值，并且将实例作为一个object，添加到objcet数组中
for(int i=0; i < len; i++ )
{
//给每一个实例的变量付值
jstring jstr = WindowsTojstring(env,"我的磁盘名字是 D:");
//(env)->SetObjectField(_obj,str,(env)->NewStringUTF("my name is D:"));
(env)->SetObjectField(_obj,str,jstr);
(env)->SetShortField(_obj,ival,10);
//添加到objcet数组中
(env)->SetObjectArrayElement(args, i, _obj);
}
//返回object数组
return args;
}
//返回值是整型数组
JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_Sample2_intMethod(JNIEnv *env, jobject obj)
{
int i = 1;
jintArray array;//定义数组对象
array = (*env)-> NewIntArray(env, 10);
for(; i<= 10; i++)
(*env)->SetIntArrayRegion(env, array, i-1, 1, &i);
/* 获取数组对象的元素个数 */
int len = (*env)->GetArrayLength(env, array);
/* 获取数组中的所有元素 */
jint* elems = (*env)-> GetIntArrayElements(env, array, 0);
for(i=0; i//JNI创建Java对象、调用对象方法
extern "C"
JNIEXPORT jobject JNICALL
Java_....getList(JNIEnv *env, jobject instance) {
....
// 获取 ArrayList 类
jclass list_jclass = env->FindClass("java/util/ArrayList");
// 获取 ArrayList 构造函数id
jmethodID list_init = env->GetMethodID(list_jcs, "", "()V");
// 创建一个 ArrayList 对象
jobject list_obj = env->NewObject(list_jcs, list_init, "");
// 获取 ArrayList 对象的 add() 的 methodID
jmethodID list_add = env->GetMethodID(list_jcs, "add", "(Ljava/lang/Object;)Z");
//调用 add()方法
env->CallVoidMethod(list_obj,list_add,add参数列表); //CallVoidMethod中的Void，根据所调用方法的返回值决定，若是调用的方法返回值为空，则是CallVoidMethod，若是返回值为int类型，则是CallIntMethod，依次类推。
....
}
FindClass：参数是类所在的包名路径字符串
GetMethodID：第一个参数是类名，第二个是要获取id号的函数名，第三个是函数的签名。返回某函数在该类中的id号。函数签名的含义参考：JNI技术简介
CallVoidMethod参数说明：第一个参数是对象，第二个是要调用的对象的方法，后面依次加上方法的参数。
由上例可以看出，在JNI中创建java对象，要先用env中FindClass函数获取对象类型，然后再通过GetMethodID获取对象的构造函数id，最后通过NewObject函数创建对象。
在JNI中调用对象的方法时，步骤都是先获取方法在类中的id后，再通过方法ID进行调用。
JNI处理复合结构示例
关于复合结构在JNI的用法可以参考如下几篇文章：
JNI返回复杂对象：map值为vector,vector里为结构体
jni 返回map示例
java中HashMap和ArrayList嵌套结构的访问:java中是如何给复合数据赋值的，就要用JNI语法按照JAVA这个赋值步骤一样赋值。
其他jni参考资料
JNI函数详解、GetIntArrayElements等方法参数和使用详解
GetObjectClass、FindClass和GetMethodID用法，JNI使用JAVA对象的方法。
各JNI函数解释
JNI对象和域的访问设置方法
NewObject用法
C++ String返回时转换成JNI Jstring
jni中的NewStringUTF这个函数调用后需要释放内存吗？
java创建自定义类的对象数组，对象数组中的对象必须new以后才能赋值。
jdouble数组新建和赋值
string中c_str()的用法:
string.c_str是Borland封装的String类中的一个函数，它返回当前字符串的首字符地址。c_str() 以 char* 形式传回 string 内含字符串，如果一个函数要求char参数，可以使用c_str()方法。但是不能直接赋值给char。
如何将java传入的String参数转换为c的char*，然后使用?
java传入的String参数，在c文件中被jni转换为jstring的数据类型，在c文件中声明char* test，然后test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);注意：test使用完后，通知虚拟机平台相关代码无需再访问：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);
jobjectArray
对象数组。JNI中没有对应关系的类型，就会转换成这个类型，例如自定义类的对象数组。
项目打包成apk并在手机安装
Android Studio生成Debug版apk方式及位置：亲测有效，生成的apk文件可直接拷贝到手机中，系统识别出是apk文件会自动安装。
Android Studio打包Release版APK文件的具体方法介绍
相关基础知识
Android Studio JNI输出Log
Android studio调试详解
关于不同cpu架构APP的兼容问题
本地函数与JAVA端传数据的方式：
1、传json串
2、传对象
传json:
java端：将corners打包成json串，然后传递
C++端：接收json串后进行解析，处理，然后将要返回的东西打包成json串
注意点：接收到字符串后要逐个自己解析。可能也要用到JNI函数
传对象：
java端：新建一个数据结构类，把类实例化的对象传给本地函数
C++端：通过JNI函数对类对象实现解析，获取数据值。处理。然后将要返回的东西打包成类返回。
参考资料:
so文件生成方法
JNI详解—从不懂到理解:这篇文章干货很多