Android Studio之NDK开发（一）

曾经终败给现在 2022-06-02 08:51 289阅读 0赞

### 前言 ###

Android Studio2.2版本已经完全支持ndk开发了。而且默认采用CMake方式。  
CMake优势不言而喻：  
1. 可以直接的在C/C++代码中加入断点，进行调试  
2. java引用的C/C++中的方法，可以直接ctrl+左键进入  
3. 对于include的头文件，或者库，也可以直接的进入  
4. 不需要配置命令行操作,手动的生成头文件,不需要配置android.useDeprecatedNdk=true 属性

### 一 . JNI 简介： ###

##### 1.JNI是Java Native Interface的缩写，它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信（主要是C&C++）。从Java1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。 #####

![这里写图片描述][SouthEast]

##### 2.使用场景： #####

##### 2.1 避免使用JNI的时候，达到与本地代码进行交互的效果 #####

1.  JAVA程序和本地程序使用TCP/IP或者IPC进行交互。
2.  当用JAVA程序连接本地数据库时，使用JDBC提供的API
3.  JAVA程序可以使用分布式对象技术，如JAVA IDL API。

这些方案的共同点是，JAVA和C处于不同的线程，或者不同的机器上。这样，当本地程序崩溃时，不会影响到JAVA程序。

##### 2.2 下面这些场合中，同一进程内JNI的使用无法避免： #####

*  程序当中用到了JAVA API不提供的特殊系统环境才会有的特征。而跨进程操作又不现实。
 *  你可能想访问一些己有的本地库，但又不想付出跨进程调用时的代价，如效率，内存，数据传递方面。
 *  JAVA程序当中的一部分代码对效率要求非常高，如算法计算，图形渲染等。  
    **总之，只有当你必须在同一进程中调用本地代码时，再使用JNI**。

##### 2.3 JNI缺陷和作用： #####

*  缺陷：  
    一旦使用JNI，JAVA程序就丧失了JAVA平台的两个优点：  
    1、程序不再跨平台。要想跨平台，必须在不同的系统环境下重新编译本地语言部分。  
    2、程序不再是绝对安全的，本地代码的不当使用可能导致整个程序崩溃。一个通用规则是，你应该让本地方法集中在少数几个类当中。这样就降低了JAVA和C之间的耦合性
 *  作用：  
    JNI可以这样与本地程序进行交互：  
    1、你可以使用JNI来实现“本地方法”（native methods），并在JAVA程序中调用它们。  
    2、JNI支持一个“调用接口”（invocation interface），它允许你把一个JVM嵌入到本地程序中。本地程序可以链接一个实现了JVM的本地库，然后使用“调用接口”执行JAVA语言编写的软件模块。

### 二. NDK 是什么？ ###

Android NDK 是一套允许使用原生代码语言（例如 C 和 C++）实现部分应用的工具集。在开发某些类型应用时，这有助于重复使用以这些语言编写的代码库。

#### 官方对于NDK是这样说的： ####

NDK 不适用于大多数初学的 Android 编程者，对许多类型的 Android 应用没什么价值。 因为它不可避免地会增加开发过程的复杂性，所以通常不值得使用。 但如果您需要执行以下操作，它可能很有用：  
\- 从设备获取卓越性能以用于计算密集型应用，例如游戏或物理模拟；  
\- 重复使用您自己或其他开发者的 C 或 C++ 库。

#### 使用NDK好处： ####

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

#### NDK以及所需构建工具简介 ####

##### CMake：外部构建工具； #####

*  CMake是一个开源的跨平台系列工具，旨在构建，测试和打包软件。
 *  CMake用于使用简单的平台和编译器独立的配置文件来控制软件编译过程，并生成可以在选择的编译环境中使用的本地makefile和工作空间。
 *  CMack工具套件由Kitware创建，以响应对开源项目（如ITK和VTK）的强大的跨平台构建环境的需求。

##### LLDB：Android Studio 上面调试本地代码的工具 #####

*  LLDB是下一代高性能调试器。它被构建为一组可重用的组件，可以高度利用较大的LLVM项目中的现有库，例如Clang表达式解析器和LLVM反汇编程序。
 *  在Mac OS X中，LLDB是Xcode中的默认调试器，支持在桌面和iOS设备和模拟器上调试C，Objective-C和C ++。
 *  LLDB项目中的所有代码都可以使用标准的 LLVM许可证（一种开放源代码“BSD风格”）许可证。
 *  LLDB目前将调试信息转换成clang类型，以便它可以利用clang编译器基础架构。这允许LLDB在表达式中支持最新的C，C++，Objective C和Objective C ++语言特性和运行时间，而无需重新实现任何此功能。在编写表达式的函数，拆卸指令和提取指令详细信息等时，还可以利用编译器来处理所有ABI细节。

主要优点包括：  
1. C，C ++，Objective C的最新语言支持 ；  
2. 可以声明局部变量和类型的多行表达式；  
3. 支持时使用JIT表达式；  
4. 当JIT不能使用时，评估表达式中间表示（IR）;

### 三. NDK 配置 ###

下载安装NDK有两种方式：  
1.手动下载，解压，配置目录。  
2.Android Studio 自动完成。  
第一种：  
ndk 下载地址：  
[https://developer.android.google.cn/ndk/downloads/index.html][https_developer.android.google.cn_ndk_downloads_index.html]  
下载完成后，解压本地目录，在AS中配置路径即可：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

推荐第二种：  
１.点击Project Structure，选择 Download Android NDK；  
![这里写图片描述][SouthEast 2]  
２.下载完成后，AS自动配置；

简单了解下NDK各个目录作用：  
\- docs: 帮助文档  
\- build/tools：linux的批处理文件  
\- platforms：编译c代码需要使用的头文件和类库  
\- prebuilt：预编译使用的二进制可执行文件  
\- sample：jni的使用例子  
\- source：ndk的源码  
\- toolchains：工具链  
\- ndk-build.cmd:编译打包c代码的一个指令，需要配置系统环境变量

#### 配置构建工具以及调试工具 ####

1.如下图所示，点击SDK Manager，选择下载安装CMake以及LLDB;  
步骤：Ctrl+Alt+S 打开Setting 输入SDK ，进入Android SDK ，选择SDK Tools ,下载CMake和LLDB；  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

2.配置NDK 环境变量，这个跟JDK SDK一样样儿 的配置方式。  
![这里写图片描述][SouthEast 4]

cmd直接输入ndk-build回车 出现以下信息说明配置成功  
![这里写图片描述][SouthEast 5]

### 四 .创建一个NDK项目 ###

#### 创建 ####

创建项目时，记得勾选下面的Include C++ support  
![这里写图片描述][SouthEast 6]

一路Next，然后

![这里写图片描述][SouthEast 7]

*  C++ Standard：使用下拉列表选择您希望使用哪种 C++ 标准。选择 Toolchain Default 会使用默认的 CMake 设置；
 *  Exceptions Support：如果您希望启用对 C++ 异常处理的支持，请选中此复选框。如果启用此复选框，Android Studio 会将 -fexceptions 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中，Gradle 会将其传递到 CMake；
 *  Runtime Type Information Support：如果您希望支持 RTTI，请选中此复选框。如果启用此复选框，Android Studio 会将 -frtti 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中，Gradle 会将其传递到 CMake。

#### 分析例子 ####

![这里写图片描述][SouthEast 8]  
从上图可看到，和以前唯一不同的就是多出了cpp目录以及External Build Files俩个目录，那么这俩个都有什么用呢？一起来看看。

*  cpp 目录存放所有 native code 的地方，包括源码，头文件，预编译项目等。对于新项目，Android Studio 创建了一个 C++ 模板文件：native-lib.cpp，并且将该文件放到了你的 app 模块的 src/main/cpp/ 目录下。这份模板代码提供了一个简答的 C++ 函数：stringFromJNI()，该函数返回一个字符串：”Hello from C++”
 *  External Build Files 目录是存放 CMake 或 ndk-build 构建脚本的地方。有点类似于 build.gradle 文件告诉 Gradle 如何编译你的 APP 一样，CMake 和 ndk-build 也需要一个脚本来告知如何编译你的 native library。对于一个新的项目，Android Studio 创建了一个 CMake 脚本：CMakeLists.txt，并且将其放到了你的 module 的根目录下

#### 从编译到运行示例 APP 的流程到底是怎样呢？ ####

1.  Gradle 调用外部构建脚本，也就是 CMakeLists.txt；
2.  CMake 会根据构建脚本的指令去编译一个 C++ 源文件，也就是native-lib.cpp，并将编译后的产物扔进共享对象库中，并将其命名为 libnative-lib.so，然后 Gradle 将其打包到 APK 中；
3.  在运行期间，APP 的 MainActivity 会调用 System.loadLibrary() 方法，加载 native  
    library。而这个库的原生函数，stringFromJNI()，就可以为 APP 所用了；
4.  MainActivity.onCreate() 方法会调用 stringFromJNI()，然后返回 “Hello from  
    C++”，并更新 TextView 的显示；
    
    **特别注意：Instant Run 并不兼容使用了 native code 的项目。Android Studio 会自动禁止 Instant Run 功能。**

如果你想验证一下 Gradle 是否将 native library 打包进了 APK，你可以使用 APK Analyzer：  
1. 选择 Build > Analyze APK。  
2. 从 app/build/outputs/apk/ 路径中选择 APK，并点击 OK。  
如下图，在 APK Analyzer 窗口中，选择 lib//，你就可以看见 libnative-lib.so  
![这里写图片描述][SouthEast 9]

#### 看一下代码： ####

按照示例写一个求和方法：  
1.getSum()报错，Alt+Enter 第一行跳入

![这里写图片描述][SouthEast 10]

2.自动生成该文件  
CPP文件里AS依然保持着自动提示，非常给力!  
一定要注意extern “C”要移动到Line3，并加上一对大括号Line3，Line22包裹起来 ,图示的位置 编译没问题 运行会报错的。因为CMake在编译C++代码的时候把刚才新建的C++函数漏掉了，怎么把他加上呢？确保所有Java需要调用的C方法都放在extern “C”中，这样CMake才会帮我们正确编译。  
![这里写图片描述][SouthEast 11]

运行后界面：  
![这里写图片描述][SouthEast 12]

工程跑通了，下一步就要生成.so提供他人使用，详见[下一篇博客NDK开发（二）][NDK]。

这里先提一下CMake.txt文件  
这个文件\#开头的全是注释，里面不是注释的只有下面的内容。

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1) #指定cmake版本
    
    
    add_library( #生成函数库的名字
                 native-lib  
                 SHARED  #生成动态函数看
                 src/main/cpp/native-lib.cpp ) #依赖的cpp文件
    
    find_library( #设置path变量的名称
                  log-lib
                  #指定要查询库的名字
                  log ) #在ndk开发包中查询liblog.so函数库(默认省略lib和.so),路径赋值给log-lib
    
    target_link_libraries( #目标库,和上面生成的函数库名字一至
                           native-lib
                 #连接的库,根据log-lib变量对应liblog.so函数库
                           ${log-lib} )

参考翻译：[http://blog.csdn.net/wl9739/article/details/52607010][http_blog.csdn.net_wl9739_article_details_52607010]

[SouthEast]: /images/20220602/5a5707da15a9416393164ff3122ac11d.png
[https_developer.android.google.cn_ndk_downloads_index.html]: https://developer.android.google.cn/ndk/downloads/index.html
[SouthEast 1]: /images/20220602/828341a074224924bd47083dc8d8a416.png
[SouthEast 2]: /images/20220602/f0291c51e9804086b94f27e4177d161b.png
[SouthEast 3]: /images/20220602/d8e35e0383e64bb9907bf2c754d7e8c0.png
[SouthEast 4]: /images/20220602/ad609f8091534d42b6cd0b0d529817c4.png
[SouthEast 5]: /images/20220602/f7fdce9b62f94f87af3f07ddfedae9ab.png
[SouthEast 6]: /images/20220602/f5c30064bfc845959397ef6b6a21a8e1.png
[SouthEast 7]: /images/20220602/87cdc0a3f42649a3a2c7b009b10159c1.png
[SouthEast 8]: /images/20220602/3d5da24a065d4f5cac94d43335ec254e.png
[SouthEast 9]: /images/20220602/863320fc82df4b85a7b5f065d519387c.png
[SouthEast 10]: /images/20220602/9349eb045ed345d6be42a5bead04da8f.png
[SouthEast 11]: /images/20220602/04e98e2659244406836b400624379585.png
[SouthEast 12]: /images/20220602/ef914dbe86224b6db371d2968476c1cd.png
[NDK]: http://blog.csdn.net/iblade/article/details/79015376
[http_blog.csdn.net_wl9739_article_details_52607010]: http://blog.csdn.net/wl9739/article/details/52607010