Android Studio NDK开发案例一 JNI开发入门

        最近在做Android的项目，用到了JNI，现将NDK的开发流程和方法整理出来，希望能够让刚接触的小伙伴们少走一些弯路。

NDK

        Native Development Kit（NDK）是一系列工具的集合。它提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C/C++的动态库，并能自动将so和java一起打包成apk。

JNI

        Java Native Interface（JNI）标准是java平台的一部分，JNI是Java语言提供的Java和C/C++相互沟通的机制，Java可以通过JNI调用C/C++代码，C/C++的代码也可以调用java代码。我们知道，不管是linux还是windows亦或是mac os，这些操作系统，都是依靠C/C++写出来的，还包括一些汇编语言写的底层硬件驱动 。java和C/C++不同 ，它不会直接编译成平台机器码，而是编译成虚拟机可以运行的java字节码的.class文件，所以效率就比不上C/C++代码，但是通过JNI技术可以即时编译成本地机器码。JNI调用示意图：

        从上图可以得知，JNI技术通过JVM调用到各个平台的API，虽然JNI可以调用C/C++，但是JNI调用还是比C/C++编写的原生应用还是要慢一点，不过对高性能计算来说，这点算不得什么，享受它的便利，也要承担它的弊端 。

JNI与NDK的关系

        NDK可以为我们生成了C/C++的动态链接库，JNI是java和C/C++沟通的接口，两者与android没有半毛钱关系，只因为安卓是java程序语言开发，然后通过JNI又能与C/C++沟通，所以我们可以使用NDK+JNI来实现“Java+C”的开发方式。

为什么要NDK开发

        NDK开发具有以下优点： 

       1. 项目需要调用底层的一些C/C++的一些东西（java无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等）），或者已经在C/C++环境下实现了功能代码（大部分现存的开源库都是用C/C++代码编写的。），直接使用即可。NDK开发常用于驱动开发、无线热点共享、数学运算、实时渲染的游戏、音视频处理、文件压缩、人脸识别、图片处理等。 
        2. 为了效率更加高效些。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。但是C/C++代码虽然是高效的，在java与C/C++相互调用时却增大了开销； 
        3. 基于安全性的考虑。防止代码被反编译，为了安全起见，使用C/C++语言来编写重要的部分以增大系统的安全性，最后生成so库（用过第三方库的应该都不陌生）便于给人提供方便。（任何有效的代码混淆对于会smail语法反编译你apk是分分钟的事，即使你加壳也不能幸免高手的攻击） 
        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。

NDK开发案例一   JNI开发入门

开发工具：Android Studio 2.3.3

NDK：android-ndk-r14b

 

1、打开Android Studio，选择“Start a new Android Studio procet”创建android工程，如下图：

2、根据项目需要修改"项目名称"、"公司域名"、"app包名"、"工程路径"，勾选“Include C++ support”选项，该选项用于支持JNI开发，如下图：

3、默认勾选“Phone and Tablet”，根据项目需求选择兼容的Android最小版本。可点击“Help me choose”查看各版本功能。如下图：

4、选择项目活动类型，该案例默认选择“Basic Activity”模板，如下图：

5、设置“活动名称”、“界面布局名称"、"界面标题等"，如下图：

6、设置JNI支持标准（有“Toolchain Default”和“C++11”两种标准可供选择），此项根据项目需求自行选择，该案例默认选择“Toolchain Default”，如下图：

选择“Finish”，等待工程创建完成，如下图：

可以看到编译窗口有报错：Error:A problem occurred configuring project ':app'.

先不去管错误，执行步骤7，配置NDK。

7、配置NDK。

        下载安装NDk后，在Android Studio菜单项选择File->Project Structure，配置NDK路径，如下图：

打开gradle.properties，添加

android.useDeprecatedNDK=true

如下图：

重新编译工程，报错（如上图）：

        Error:(38, 13) Failed to resolve: com.android.support:design:28.+

        ......

        Error:(36, 13) Failed to resolve: com.android.support:appcompat-v7:28.+

        ......

 

Error解决办法：

        打开\MyApplication\app\build.gradle，在buildTypes {...}中添加代码repositories {...}，

buildTypes {
    repositories {
        maven{
            url "https://maven.google.com"
        }
    }
    
    ......
}

如下图：

重新编译工程，未报错。

8、配置生成so库类型。

        打开\MyApplication\app\build.gradle，在cmake {...}中添加代码abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86"，如下：

    defaultConfig {
        ......

        externalNativeBuild {
            cmake {
                ......

                abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86"//cpu的类型
            }
        }
    }

如下图：

        armeabi、armeabi-v7a和x86都表示CPU的类型。一般的手机或平板都是用arm的cpu。不同的cpu的特性不一样，armeabi就是针对普通的或旧的。arm v5 cpu，armeabi-v7a是针对有浮点运算或高级扩展功能的arm v7 cpu。

        armeabi：默认选项，将创建以基于ARM* v5TE 的设备为目标的库。 具有这种目标的浮点运算使用软件浮点运算。 使用此 ABI （二进制接口）创建的二进制代码将可以在所有 ARM*设备上运行。所以armeabi通用性很强。但是速度慢。

        armeabi-v7a：创建支持基于 ARM* v7 的设备的库，并将使用硬件 FPU 指令。armeabi-v7a是针对有浮点运算或高级扩展功能的arm v7 cpu。

        x86:支持基于硬件的浮点运算的。

        所以，如果项目只包含了 armeabi，那么在所有android设备都可以运行；如果项目只包含了 armeabi-v7a，除armeabi架构的设备外都可以运行； 如果项目只包含了 x86，那么armeabi架构和armeabi-v7a的Android设备是无法运行的；如果同时包含了 armeabi， armeabi-v7a和x86，所有设备都可以运行，程序在运行的时候去加载不同平台对应的so，这是较为完美的一种解决方案，同时也会导致包变大。

9、编写JNI接口程序。

在路径\MyApplication\app\src\main\cpp\下会看到文件native-lib.cpp，因为我们在创建android项目时勾选了C++ support，所以自动生成了JNI接口文件native-lib.cpp并附带一个JNI接口程序stringFromJNI，我们以后就在该文件里面编程JNI接口程序，此案例暂时不对其做修改，用其提供的JNI接口做演示，如下图：

//native-lib.cpp


#include 
#include 

extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_administrator_myapplication_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

10、CMake

在Android Studio  2.2以上版本中，使用的是CMake来编译我们的C代码，如下图：

 如果你在cpp文件夹中新建了cpp文件或头文件，就需要手动配置CMakeLists.txt文件。 IED自动生成的CMakeLists中默认添加的cpp文件只有native-lib.cpp。CMakeLists.txt中以#号开头都是注释，这里把它们都删了也就更清楚了，删除注释后的内容如下

add_library( native-lib
             SHARED
             src/main/cpp/native-lib.cpp )

第一个参数为库名字，第三个参数为cpp文件路径。 如果你新建了一个Test.cpp，就需要把这个文件配置到CMakeLists中，但这样很麻烦。有没有一种可以自动包含cpp文件夹下源文件的方法呢？当然有，请看下面。

# 查找cpp目录下的所有源文件
# 并将名称保存到 DIR_LIB_SRCS 变量
aux_source_directory(src/main/cpp/ DIR_LIB_SRCS)

# 生成链接库
add_library (native-lib SHARED ${DIR_LIB_SRCS})

# 导入cpp目录下的所有头文件
include_directories(src/main/cpp/)

你可以把IED生成的那段替换成这段，这样你以后在cpp目录下新建c++文件时，就不用手动配置了，只需要点击菜单栏Build->Refresh Linked C++ Projects，刷新后就可以在Android视图下的cpp中看到你新建的c++文件。

 

CMakeLists需要在\MyApplication\app\build.gradle中设置路径才能生效，如下图：

CMakeLists的路径设置代码是创建android项目时自动生成的，如果将CMakeLists移动到其它目录，只需在这里重新指定目录既可。

cmake入门：https://blog.csdn.net/weixin_40779546/article/details/84821923

11、生成so库文件。

编译工程，在目录\MyApplication\app\build\intermediates\cmake\debug\obj\下生成对应的so文件，如下图：

12、Java调用C代码，此处使用项目自动生成的例程做演示，如下图：

13、创建虚拟设备，如下图：

14、在选定的设备上运行app，显示app调用jni的打印消息"Hello from C++"，如下图：

 

第三方so库的使用

        除了调用自己生成的so库外，我们还可能需要调用第三方的so库，Android Studio中和Eclipse中使用so库略有不同。 
我这里以Android Studio 2.3.3为例。 
       AS中默认是配置好so库的路径的，但是并没有给你生成相应的文件夹，所以首先需要新建文件夹。 
切换到Project视图，依次展开app->src->main，然后在main目录下新建一个jniLibs的文件夹，注意大小写和s，建议复制粘贴。 
然后点击菜单栏Build->Make Project，在切换回Android视图，就可以看到多出了一个jniLibs的目录。

1. 把so库复制到jniLibs目录下，当然注意是放到对应的平台目录下，一般第三方so库提供的时候都会说明是那个平台，比如一般都是armeabi平台，即放到jniLibs/armeabi目录下。
2. 在java中声明native方法，这里和自己写jni是一样了，唯一的区别是自己写的有cpp文件。所以这里写的native方法在IDE中会红色标识表明找不到对应cpp中的函数，但不要紧张，这不影响编译，也不影响运行。