Android JNI开发工具篇(1)-开发环境搭建

原文出处：http://www.ccbu.cc/index.php/android/android-jni-dev-env.html

工欲善其事，必先利其器。

1. 开发环境准备

搭建开发环境是我们进行开发前首先要完成的任务，进行Android jni开发，依赖的基本开发环境包括:

1. Android sdk
2. android ndk
3. cmake
4. android studio

Android studio的sdk manager已经包括了上面所说的sdk,ndk,cmake等工具的安装，所以一般只用下载android studio，然后再使用sdk manager工具下载这些工具就可以了。

默认情况下，Android studio使用的编译工具是cmake，但很多沿用的项目都是使用NDK的ndk-build工具来编译的，所以android studio也支持ndk-build。

2. 使用android studio创建本地C++工程

1.新建工程， 在向导的 Choose your project 部分中，选择Natvie C++ 项目类型 。

2.在设置工程名，包名，保存路径和语言，此处我们选择Java语言。

3.在向导的 Customize C++ Support 部分中，可以选则C++ Toolchain，一般情况下，选择默认就可以，如果开发中需要用到C++11,或者c++14等一些较高级的C++标准的特性时，可以选择对应的Toolchain。

4.点击finish，开始构建工程，工程构建完成以后，整个项目及其gradle配置文件如下：

默认情况下，Android studio使用cmake编译链工具，通过gradle脚本进行配置，默认cmake配置如下：

externalNativeBuild {
    cmake {
        path "src/main/cpp/CMakeLists.txt"
        version "3.10.2"
    }
}

cmake文件和c++源代码都在src/main/cpp/目录下。

Android studio也支持ndk-buid，根据实际需求，我们也可以配置为ndk-build，当然，这需要我们先写好对应的Android.mk和Appplication.mk(可选)配置文件，然后通过修改gradle配置中的externalNativeBuild配置项来进行更改。配置为nkd-build编译工具，则其配置文件如下：

externalNativeBuild {
	ndkBuild {
		path file('src/main/cpp/Android.mk')
	}
}

3. 使用现有android studio工程链接C++工程

当一个普通的不带C++本地库支持的项目需要引入一个现有的c++本地库时，可以使用android studio的Link C++ Psroject with Gradle功能来导入一个本地C++库，导入的库需要提供可用的cmake配置文件或Android.mk配置文件，导入工作是通过加载这些本地库编译配置文件来完成的。

4.在android studio配置javah工具

在Settings->Tools->External Tools下创建NDK group,在NDK group下创建javah工具。

详细的配置参数如下：

配置项	参数
Programe	$JDKPath$\bin\javah.exe
Arguments	-classpath $ModuleFileDir$\src\main\java -jni -d $ModuleFileDir$\src\main\cpp $FileClass$
Working directory	$FileDir$

使用时，只需要在定义了native方法的java类上右键选择NDK->javah即可生成对应的c++本地函数定义的头文件。

截图中例子中，TestJni.java定义了本地函数add

package com.android.jnitest;

public class TestJni {
    public native int add(int a, int b);
}

使用javah生成的对应本地c++头文件com_android_jnitest_TestJni.h内容如下：

#include 
/* Header for class com_android_jnitest_TestJni */

#ifndef _Included_com_android_jnitest_TestJni
#define _Included_com_android_jnitest_TestJni
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_android_jnitest_TestJni
 * Method:    add
 * Signature: (II)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_android_jnitest_TestJni_add
  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

5. 工程配置

5.1 可选参数配置

可以在模块级 build.gradle 文件的 defaultConfig 块中配置另一个 externalNativeBuild 块，为 CMake 或 ndk-build 指定可选参数和标记 。

android {
    ...
    defaultConfig {
        ...
        // This block is different from the one you use to link Gradle
        // to your CMake or ndk-build script.
        externalNativeBuild {
          // For ndk-build, instead use the ndkBuild block.
          cmake {
            // Passes optional arguments to CMake.
            arguments "-DANDROID_ARM_NEON=TRUE", "-DANDROID_TOOLCHAIN=clang"
            // Sets a flag to enable format macro constants for the C compiler.
            cFlags "-D__STDC_FORMAT_MACROS"
            // Sets optional flags for the C++ compiler.
            cppFlags "-fexceptions", "-frtti"
          }
        }
    }
    ...
}

通过上面的配置，可用对cmake的编译选项及C和C++编译选项做一些配置。

5.2 指定 ABI

默认情况下，Gradle 会针对 NDK 支持的应用二进制接口 (ABI) 将您的原生库编译到单独的 .so 文件中，并将这些文件全部打包到您的 APK 中。如果您希望 Gradle 仅编译和打包原生库的部分 ABI 配置，您可以在模块级文件 build.gradle 中使用 ndk.abiFilters 标记指定这些配置，如下所示：

android {
    ...
    defaultConfig {
        ...
        externalNativeBuild {
        cmake {...}
        // or ndkBuild {...}
        }

        // Similar to other properties in the defaultConfig block,
        // you can configure the ndk block for each product flavor
        // in your build configuration.
        ndk {
        // Specifies the ABI configurations of your native
        // libraries Gradle should build and package with your APK.
        abiFilters 'x86', 'x86_64', 'armeabi', 'armeabi-v7a',
        'arm64-v8a'
        }
    }
    buildTypes {...}
    externalNativeBuild {...}
}

6. 原生库支持

Android NDK 会提供一组随着新的 Android API 级别的后续发布而逐渐添加的原生标头和共享库文件。 请执行以下两个基本步骤的操作，以便让您的应用使用 NDK 提供的库：

1. 在您的代码中添加与您想使用的库关联的标头。

2. 通知编译系统您的原生模块需要在加载时链接库。

   • 如果您使用的是 ndk-build：将原生库添加到您 Android.mk 文件中的 LOCAL_LDLIBS 变量中。例如，要链接 /system/lib/libfoo.so，请添加以下这行代码：

   LOCAL_LDLIBS := -lfoo  
   

   要列出多个库，请使用空格作为分隔符。

   • 如果您使用的是 CMake，向 CMake 编译脚本添加 find_library() 命令以找到 NDK 库并将其路径存储为一个变量。

     find_library( # Defines the name of the path variable that stores the
                       # location of the NDK library.
                       log-lib
                       # Specifies the name of the NDK library that
                       # CMake needs to locate.
                       log )
     

     然后再 CMake 脚本中的 target_link_libraries() 命令来关联库：

     target_link_libraries( # Specifies the target library.
                                native-lib
                                # Links the log library to the target library.
                                ${log-lib} )
     

常用的android原生库包括以下一些：

API级别	库名	链接代码	说明
3	C 库		系统自动添加，无需配置
3	动态链接器库	LOCAL_LDLIBS := -ldl	动态链接器的 dlopen(3) 和 dlsym(3) 功能
3	Android日志库	LOCAL_LDLIBS := -llog	原生代码向 logcat 发送日志消息
3	ZLib 压缩库	LOCAL_LDLIBS := -lz
4	OpenGL ES 1.x	LOCAL_LDLIBS := -lGLESv1_CM
5	OpenGL ES 2.0	LOCAL_LDLIBS := -lGLESv2
8	jnigraphics	LOCAL_LDLIBS += -ljnigraphics
9	EGL	LOCAL_LDLIBS += -lEGL	分配和管理 OpenGLES 表面的原生平台接口
9	OpenSL ES	LOCAL_LDLIBS += -lOpenSLES	原生音频处理库
9	Android 原生应用api	LOCAL_LDLIBS += -landroid	使用原生代码编写整个 Android 应用
14	OpenMAX AL	LOCAL_LDLIBS += -lOpenMAXAL	原生多媒体处理库
14	OpenSL ES	LOCAL_LDLIBS += -lOpenSLES	增加了 PCM 支持
18	OpenGL ES 3.0	LOCAL_LDLIBS := -lGLESv3
21	OpenGL ES 3.1	LOCAL_LDLIBS := -lGLESv3
24	OpenGL ES 3.2	LOCAL_LDLIBS := -lGLESv3

7. C++ 库支持

7.1 C++ 运行时库

NDK 支持多种 C++ 运行时库。

名称	库文件	功能
libc++	共享库为 libc++_shared.so 静态库为 libc++_static.a	C++17 支持。
system	/system/lib/libstdc++.so	new 和 delete。（在 r18 中已弃用。）
none		无头文件，有限 C++。

libc++

libc++ 同时提供静态库和共享库 。LLVM 的 libc++ 是 C++ 标准库，自 Lollipop 以来 Android 操作系统便一直使用该库，并且从 NDK r18 开始成为 NDK 中唯一可用的 STL。libc++ 的共享库为 libc++_shared.so，静态库为 libc++_static.a。

system

系统运行时指的是 /system/lib/libstdc++.so。请勿将该库与 GNU 的全功能 libstdc++ 混淆。在 Android 系统中，libstdc++ 只是 new 和 delete。对于全功能 C++ 标准库，请使用 libc++。

none

不包括STL。在这种情况下，没有关联或授权要求。不提供 C++ 标准头文件。

7.2 配置C++ 运行时

如果您要使用 CMake，则可使用模块级 build.gradle 文件中的 ANDROID_STL 变量，指定表表格中的一个运行时 。如果您要使用 ndk-build，则可使用 Application.mk 文件中的 APP_STL 变量指定表 1 中的一个运行时。

APP_STL := c++_shared

只能为应用选择一个运行时，并且只能在 Application.mk 中进行选择。

7.3 共享运行时

如果应用包括多个共享库，则应使用 libc++_shared.so。

在 Android 系统中，NDK 使用的 libc++ 不是操作系统的一部分。这使得 NDK 用户能够获得最新的 libc++ 功能和问题修复程序，即使应用以旧版 Android 为目标。需要权衡的是，如果使用 libc++_shared.so，则必须将其纳入 APK 中。如果使用 Gradle 编译应用，则此步骤会自动完成。

7.4 C++ 异常

C++ 异常受 libc++ 支持，但其在 ndk-build 中默认为停用状态。这是因为之前 NDK 并不支持 C++ 异常。CMake 和独立工具链默认启用 C++ 异常。

要在 ndk-build 中针对整个应用启用异常，请将下面这一行代码添加至 Application.mk 文件：

APP_CPPFLAGS := -fexceptions

要针对单一 ndk-build 模块启用异常，请将下面这一行代码添加至相应模块的Android.mk中：

LOCAL_CPP_FEATURES := exceptions

或者，您可以使用：

LOCAL_CPPFLAGS := -fexceptions

7.4 RTTI

与异常一样，RTTI 也受 libc++ 支持，但在 ndk-build 中默认为停用状态。CMake 和独立工具链默认启用 RTTI。

要在 ndk-build 中针对整个应用启用 RTTI，请将下面这一行代码添加至 Application.mk文件：

APP_CPPFLAGS := -frtti    

要针对单一 ndk-build 模块启用 RTTI，请将下面这行代码添加至相应模块的 Android.mk中：

LOCAL_CPP_FEATURES := rtti    

或者，您可以使用：

LOCAL_CPPFLAGS := -frtti

参考：

将 Gradle 关联到您的原生库

向您的项目添加 C 和 C++ 代码

Android NDK 原生 API