Android NDK基础介绍及例子

Android开发中的NDK到底是什么?(详细解析+案例) - 知乎 (zhihu.com)

NDK介绍

(1)简介

定义:Native Development Kit,是 Android的一个工具开发包

  • NDK是属于 Android 的,与Java并无直接关系

作用:快速开发CC++的动态库,并自动将so和应用一起打包成 APK

  • 即可通过NDKAndroid中 使用JNI与本地代码(如C、C++)交互

应用场景:Android的场景下 使用JNI

  • Android开发的功能需要本地代码(C/C++)实现

java调用c的步骤

  1. package com.fs.test;
    public class HelloWorld {
    //本地方法
    	private native void show();
    	public static void main(String[] args)
    	{
    		System.loadL ibrary("wgr");
    		new HelloWorld().show();
    	}
    }
    

    1.System.loadL ibrary("wgr");加载动态库

    2.private native void show();声明一个动态库对应的本地方法调用libwgr.so中的函数
    *void Java_ com_ fs_ test HelloWorld_ show(JNIEnv env, jobject thiz)

    3.直接调用show函数(动态库中与show对应的函数)

一、NDK/JNI

NDK

NDK(Native Development Kit)-原生开发工具包,使得能够在Android上
去使用C/C++代码;

JNI

JNI即Java Native Interface,Java和Native接口,就是Java和C/C++之间通讯的桥梁; 为什么要有JNI,因为Java和C/C++之间是无法直接相互调用的,也就是无法直接通讯,就和Java和JS之间也不能直接相互调用,中间需要翻译者来处理,JNI就是为了实现Java和C/C++之间这两种不同语言之间的通讯的;
JNI并不是Android中的技术,它是Java本身就具有的功能,是由JVM支持JNI功能

-那么为什么需要在Android上去使用C/C++代码?

因为我们知道开发Android我们是使用Java/Kotlin语言进行开发的,那么不论是Java还是Kotlin,最终都是编译成字节码文件.dex文件,然而字节码文件是Java/Kotlin经过一定语义编译之后的产物,并不是完全可以运行的机器码指令;所以运行应用时还是需要进一步的编译成机器码才能够执行;
而C/C++是完全的编译型语言,编译之后是机器码文件,运行应用时,可以直接执行的,所以效率肯定是要比Java/Kotlin要高的;所以一些对一些比较耗性能的操作,如音视频编解码,图像处理等操作,最好还是交由C/C++代码中去执行,这样能够大大提高应用的执行效率;

NDK开发

新建一个Native项目

Android Studio 新建一个项目,新建项目时,项目模板选择Native C++
新建项目成功后,我们可以看一下项目的目录结构;

在src/main目录下 有一个cpp目录,与java目录同级,cpp目录下有一个 CMakeLists.txt文件和native-lib.cpp
CMkeLists.txt就是CMake脚本文件
native-lib.cpp 是C++源文件

app Module build.gradle中会有一些NDk相关的配置:

plugins {
    id 'com.android.application'
}

android {
    namespace 'com.example.nativec'
    compileSdk 33

    defaultConfig {
        applicationId "com.example.nativec"
        minSdk 24
        targetSdk 33
        versionCode 1
        versionName "1.0"

        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
    }

    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled false
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
    compileOptions {
        sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
        targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            version '3.22.1'
        }
    }
    buildFeatures {
        viewBinding true
    }
}

dependencies {

    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.4.1'
    implementation 'com.google.android.material:material:1.5.0'
    implementation 'androidx.constraintlayout:constraintlayout:2.1.3'
    testImplementation 'junit:junit:4.13.2'
    androidTestImplementation 'androidx.test.ext:junit:1.1.3'
    androidTestImplementation 'androidx.test.espresso:espresso-core:3.4.0'
}

设置调试模式

在Run/Edit Configuration/Debug Configurations中 Debugger 调试有四个选项
Auto、 自动检测
Java、 只调试Java代码
Native、 只调试Native代码
Dual、 Java+Native两种都用
注意不要选择Java和Native,选择Auto或者Dual

编写编译脚本文件CMakeLists.txt

CMake是一个跨平台的C++编译工具,所谓编译就是把C++代码编译成静态库或者动态库
CMakeLists.txt就是CMake的编译脚本文件,
CMake编译C++是通过CMakeLists.txt编译脚本来进行编译的;
CMakeLists.txt常用编译脚本

 (1)include_directories(dir_path) 

   //设置头文件的查找目录,可以使用多次include_directories设置多个头文件

                         //查找目录

   举例: include_directories(${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/giflib)
   
   (2)add_library(编译生成的库名,

                  编译生成库的类型(STATIC/SHARED),

                  编译的库所使用的C/C++源文件(.c/.cpp文件)(可能会有很多) 
                  .
                  .
                  .

                  )  //指定编译生成库

      举例:add_library(

             native-lib

             SHARED

             native-lib.cpp)   
      
            上面这个add_library就指定了编译生成的库的名字为native-lib,库的类型为

            动态库,库所使用或者依赖的所以C/C++源文件只有一个native-lib.cpp

            这里编译native-lib库只使用了一个C/C++源文件native-lib.cpp,但是大多情况下,
            
            编译库,可能会使用依赖到很多C/C++源文件;               
            
            如:

            add_library(

             native-lib

             SHARED

             native-lib.cpp,

             a.cpp,

             b.cpp
             ....

             ) 

            这样把所有使用到的C/C++源文件一个个写进来是可以的,但是当非常多的时候,就很容易写漏,

            而且也很麻烦; 可以使用file() 这个脚本,来设置C/C++的查找路径的别名,最终使用这个查找路径

            别名,就可以替代写这个路径下的所有C/C++源文件了
            

    (3) file(GLOB 别名 某路径下某种类型文件) 查找某路径下所有某种类型文件
        
        举例:

        #设置查找GifLib库实现源文件(.c)文件目录
        file(GLOB giflib_C_DIR ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/giflib/*.c)

        #设置自己编写的C++实现源文件(.CPP)查找目录
        file(GLOB CSUTOM_CPP_DIR ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/*.cpp)

        然后上面说到的add_library()设置编译生成库依赖很多C/C++源文件的是偶,就可以使用

        file()设置C/C++源文件查找别名

         add_library(

             native-lib

             SHARED

             ${CSUTOM_CPP_DIR}
             
             ${giflib_C_DIR}

             ) 

  (4) target_link_libraries(生成库的名字,

      生成库所链接的或者说是使用到的其他动态库或者静态库

      ) //设置生成库使用到的所有其他动态库或者静态库

      举例:
      
      target_link_libraries(
        
        native-lib

        a

        b
        ....
        
        )       
      
      生成库使用到了哪些其他动态库或者静态库都要写进来,如果很多的情况下一个个写就很麻烦了

      和add_library()写使用到的所有C/C++源文件一样,也可以借助file()来设置使用到的动态库或者

      静态库文件查找路径别名;

      #查找所有so库
      file(GLOB SO_DIR ../../../libs/${CMAKE_ANDROID_ARCH_ABI}/*.so)

      target_link_libraries( # Specifies the target library.

                       native-lib

                       ${SO_DIR}
                       
                        )

 (5) set(变量名  变量值) //用于定义一个变量指代后面的变量值

     比如但我们需要使用一个目录路径的时候,这个目录路径很长,并且在CMakeLists.txt中

     多个地方使用到,我们可以通过set()来定义一个变量指代这个目录路径,后面在使用到这个

     路径的时候,使用这个简单的变量来替代;
     
     set(LINK_DIR ../../../../libs/${CMAKE_ANDROID_ARCH_ABI})

     file(GLOB SO_DIR ${LINK_DIR}/*.so)


  (6)find_library(库的别名 库名) //从系统查找依赖库

      find_library( 
        log-lib
        log)

      find_library(
        jnigraphics-lib
        jnigraphics
      ) 

       target_link_libraries( # Specifies the target library.

                       native-lib

                       ${SO_DIR}

                       ${log-lib}
                       
                       ${jnigraphics}
                       
                        )

     log和jnigraphics都是NDK中自带的动态链接库

新建Native项目后,CMakeLists.txt默认已经有了一些一些基本配置,可以让我们正常编译使用native-lib.cpp了;

# For more information about using CMake with Android Studio, read the
# documentation: https://d.android.com/studio/projects/add-native-code.html

# Sets the minimum version of CMake required to build the native library.

cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)

# Declares and names the project.

project("nativec")

# Creates and names a library, sets it as either STATIC
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
# You can define multiple libraries, and CMake builds them for you.
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.

add_library( # Sets the name of the library.
        nativec

        # Sets the library as a shared library.
        SHARED

        # Provides a relative path to your source file(s).
        native-lib.cpp)

# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.

find_library( # Sets the name of the path variable.
        log-lib

        # Specifies the name of the NDK library that
        # you want CMake to locate.
        log)

# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.

target_link_libraries( # Specifies the target library.
        nativec

        # Links the target library to the log library
        # included in the NDK.
        ${log-lib})

加载C/C++库

Android 系统 API提供了两种加载C/C++库的方式:
一种是直接加载APK中的C/C++库文件;
第二种是通过文件地址来加载C/C++库文件;

(1)加载APK中的C/C++库文件

库文件可能是动态库so库,或者是静态库.a,或者是C/C++源文件
加载方式:

 static {
        System.loadLibrary("native-lib"); //注意不要写库文件扩展名
   }

(2)加载外部的C/C++ so库

如SD卡下的C/C++库 ,这里要注意的是,如果是加载外部的库文件,只能加载动态库so库,并且这个库文件的位置只能在/system/lib目录下,或者是在应用的安装包目录下/data/data/packagename/,
而且这两个路劲又是有权限保护的不能直接访问,所以一般我们是将库文件复制到我们应用自己的应用目录下/data/data/packagename/com.xxx.xxx

  System.load(" C/C++库文件的绝对路径(注意不需要写库文件扩展名)");

实现Java和C++互相调用

因为我们新建的项目模板是Native C++,所以项目中已经自动为我们创建了一个native-lib.cpp,C++源代码文件,MainActivtiy中也声明了一个native方法与native-lib.cpp中对应的native方法对应,并且在MainActivtiy中调用了native方法;
来演示Java中调用C/C++方法

下面我们来分析一下native方法:

Native方法中的包名要和Java方法中的包名对应上,Native层中JNI方法命名格式

为Java_包名类名方法名 之间全部是下划线分隔 :

Java_com_nado_jniproject_MainActivity_stringFromJNI

参数:JNIEnv *env和jobject thiz

这个jobject类型的thiz就是对应外层的Java对象 jobject就是Java中的Object

Java类型 C类型 以及 JNI别名 对应如下:

Java 类型	JNI 别名  	    C 类型
boolean	    jboolean	    unsigned char
byte	    jbyte	        signed char
char	    jchar	        unsigned short
short	    jshort	        short
int		    jint             int
long	    jlong	        long
float	    jfloat	        float
double	    jdouble	        double
String	    jstring	        char*
Class	    jclass	        /
Object	    jobject	        /

由于Java和C语言之间是无法直接调用的,两种语言的基本类型是不一样的,例如Java中有boolean类型,而在C中就没有这种类型,但是C语言还是有if-else判断的,那怎么判断true或者false? C中使用char类型,当char的值是0就是false非0就是true;基于这种情况,JNI重新定义了一些类型,以便C和Java对应上;

运行应用,我们可以在MainActivity中成功的显示从调用C/C++方法获取到的字符串

上面我们学习了Java中调用C/C++方法,为了清楚的了解Java和C之间的互相调用,还需要学习一下Native中调用Java方法

生成so文件

build一下,在这里找到生成的so文件

参考

https://blog.csdn.net/mq2856992713/article/details/118090046

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