Android之NDK-JNI入门教程

AndroidNDKJNI入门进阶,AndroidNDK简介下载和安装AndroidNDK配置AndroidNDK的开发环境AndroidJNI接口设计编写AndroidNDK程序的步骤配置Android.mk文件AndroidNDK定义的变量AndroidNDK定义的函数配置Application.mk文件关于JNI的一些相关操作JNI调用Java方法本章小结,AndroidNDK简介,AndroidNDK(NativeDevelopmentkit)是一套允许开发人员将本地代码嵌入Android应用程序的开发包。众所周知，Android应用程序运行在Dalvik虚拟机上。而NDK允许开发人员将Android应用程序中的部分功能（由于NDK只开发了部分接口，因此，无法使用NDK编写完整的Android应用程序）用c/c+语言来实现，并将部分c/c+代码编译成可直接运行在Android平台上的本地代码。这些本地代码以动态链接库（libso）的形式存在。NDK的这个特性既有利于代码的重用，也可以在某种程度上提高程序的运行速度。,AndroidNDK简介,NDK由如下几部分组成：提供了一套工具集，这套工具集可以将c/c+源代码生成本地代码。用于定义NDK接口的C头文件（*.h）和实现这些接口的库文件。一套编译系统。可以通过非常少的配置生成目标文件。,下载和安装AndroidNDK,AndroidNDK需要一个c/c+编译环境才能使用。因此不仅要安装AndroidNDK，还需要安装相应的c/c+环境。如果在Linux下使用AndroidNDK，因为一般Linux安装包都自带了c/c+编译环境，所以只需要在安装Linux时选中相应的开发工具即可。如果在windows下使用AndroidNDK，仍然需要使用Linux环境的c/c+编译器来生成libso文件。这是Linux/UNIX下的动态链接库文件，相当于window下的dll文件。文件名必须以lib开头，文件扩展名必须是.so。例如libLog.so、libImage.so等。可以从如下地址下载AndroidNDK的最新版本,配置AndroidNDK的开发环境,设置AndroidNDK的路径在Linux环境下(fedora)安装了android-ndk-r5b-mips-linux（用于板子上生成so）和android-ndk-r5c（用于手机或模拟器上生成so），现在主要用android-ndk-r5c为大家讲解。在根目录下vi.bash_profile,在该文件上更改路径如下：#.bash_profile#Getthealiasesandfunctionsif-f/.bashrc;then./.bashrcfi#UserspecificenvironmentandstartupprogramsPATH=$PATH:$HOME/bin:/home/xiongwq/ndk-x86/android-ndk-r5cexportPATHANDROID_NDK_ROOT=:/home/xiongwq/ndk-x86/android-ndk-r5cexportANDROID_NDK_ROOT,配置AndroidNDK的开发环境,安装AndroidNDK开发环境在完成第一步后，重启linux系统。然后在终端控制台中执行下面的命令进入AndroidNDK中的根目录：cd$ANDROID_NDK_ROOT然后运行ndk里面自带的samples/hello-jni的例子，输入ndk-buildB命令，如果出现图片所示的内容，说明AndroidNDK开发环境已经安装成功。,AndroidJNI接口设计,AndroidNDK应用程序的接口实际上就是在JNI(JavaNativeInterface)规范中定义的接口。JNI规范中定义了Java调用动态链接库（*.dll或*.so文件，由于Android是Linux内核的操作系统，因此只有*.so文件）的约定。这里的接口就是指函数，包括函数名称、函数参数个数、函数参数类型及函数返回值的类型。,AndroidJNI接口设计,举个简单的例子，看一下hello-jni.c文件中的c语言函数，代码如下:JstringJava_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI(JNIEnv*env,jobjectthiz)return(*env)-NewStringUTF(env,“HellofromJNI!”);上面的代码中的函数从表面上看只是一个普通的c语言函数，但这个函数和普通的c语言函数有如下3点不同：,AndroidJNI接口设计,类型不同该函数的返回值类型和参数类型都是在JNI的头文件中定义的类型（如jstring、jobject等）。这些类型与Java中的数据类型对应，例如，jstring对应Java中的String；jobject对应Java中的Object。在定义被Java调用的JNI函数时必须使用这些类型，否则Java无法成功调用这些函数。参数env和thiz上面的函数有两个参数：env和thiz。这两个参数必须包含在JNI函数中，而且必须是头两个参数。其中env表示JNI的调用环境，thiz表示定义native方法的Java类的对象本身。,AndroidJNI接口设计,JNI函数名不同打开hellojni工程中的HelloJni.java文件，看到在HelloJni类中定义的native方法是stringFromJNI，该方法调用了上面的C语言函数。但上面的C语言函数名却为Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI。从这个函数名可以看出，HelloJni类中的native方法stringFromJNI是该函数名的结尾部分。前面有一个由“_”分隔而成的组合前缀。其中Java是固定的，而com_example_hellojni_HelloJni是HelloJni类的全名（包名+类名），只是将“.”换成了“_”。从这一点看出，一个完整的JNI函数名由3部分组成：Java、定义native方法的类的全名、实际的函数名。这3部分用“_”进行连接。,AndroidJNI接口设计,总结上面3个与普通c语言函数的区别也是编写JNI函数的关键。不过开发人员也不需要太关注这3点，因为一般在编写JNI函数之前，需要先编写一个调用JNI函数的Java类（定义native方法的Java类），然后使用JDK中的javah.exe命令自动生成定义JNI函数的C语言头文件（*.h文件）。该文件中定义的函数会完全采用上面的3个规则，开发人员只需要将这个函数复制到C语言源文件（*.c）中，然后编写具体的实现即可。,编写AndroidNDK程序步骤,创建一个eclipseAndroid工程创建一个定义native方法的Java类，并在该类中定义native方法。方法名就是之前介绍的函数名的3部分。使用javah命令根据这个Java类生成c语言头文件。根据c语言头文件中定义的JNI函数编写c语言源文件（*.c文件）。函数的实现过程要根据具体的业务逻辑而定。在sourcessamples目录中建立一个子目录（也就是保存c语言源文件的目录），然后将c语言源文件复制到该目录中。在上一步建立的目录中创建一个Android.mk文件，也可以将hello-jni目录中的Android.mk文件复制到该目录下。,编写AndroidNDK程序步骤,利用ndk命令生成so库启动控制台，输入cd$ANDROID_NDK_ROOT命令进入AndroidNDK的根目录，并使用ndk-build-B命令编译c语言源文件。如果编译成功，我们会在上一步建立的project目录中看到一个libs目录。进入该目录中的armeabi目录，会看到一个lib*.so文件。然后直接将libs目录复制到EclipseAndroid工程的根目录（与src目录平级）。,编写AndroidNDK程序步骤,总结上面的7步描述了编写和调用ndk程序的完整步骤，接下来就是使用Java来调用native方法了。为了能更充分地理解编写AndroidNDK程序的步骤和具体实现细节，编写了一个将指小写字母转换成大写字母的例子。在该例子中，转换部分使用JNI函数编写。,编写AndroidNDK程序步骤,工程目录：srcch16_lowertoupper创建一个EclipseAndroid工程，工程名为ch16_lowertoupper.创建一个LowerToUpper类。在该类中定义了native方法，代码如下:,packagenet.blogjava.mobile.jni;importandroid.app.Activity;importandroid.os.Bundle;importandroid.widget.TextView;publicclassLowerToUpperextendsActivity/*Calledwhentheactivityisfirstcreated.*/OverridepublicvoidonCreate(BundlesavedInstanceState)super.onCreate(savedInstanceState);/*CreateaTextViewandsetitscontent.thetextisretrievedbycallinganativefunction.*/TextViewtv=newTextView(this);tv.setText(convert(a)+);setContentView(tv);/*Anativemethodthatisimplementedbythe*LowerToUpperinativelibrary,whichispackagedwiththisapplication.*/publicnativecharconvert(charch);/*thisisusedtoloadtheLowerToUpperlibraryonapplicationstartup.*/staticSystem.loadLibrary(LowerToUpper);,编写AndroidNDK程序步骤,在编写上面代码时应注意如下两点：1.native方法为convert。该方法的参数ch为待转换的字母。2.本例使用的lib*.so文件名是libLowerToUpper.so。必须在static块中使用System.loadLibrary方法加载该文件，但指定的文件名是不包括lib和.so部分的。,编写AndroidNDK程序步骤,生成C语言头文件打开windowscmd命令窗口，进入bin目录，并输入如下命令生成C语言头文件：javahjninet.blogjava.mobile.jni.LowerToUpper在执行完上面的命令后，会在当前目录生成一个net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper.h文件，内容如下：,编写AndroidNDK程序步骤,/*DONOTEDITTHISFILE-itismachinegenerated*/#include/*Headerforclassnet_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper*/#ifndef_Included_net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper#define_Included_net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper#ifdef_cplusplusexternC#endif/*Class:net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper*Method:convert*Signature:(C)C*/JNIEXPORTjcharJNICALLJava_net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper_convert(JNIEnv*,jobject,jchar);#ifdef_cplusplus#endif#endif虽然在net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper.h文件中有很多代码，不过我们不需要管那么多，只要关注黑体字部分即可，该部分就是JNI函数的定义。,编写AndroidNDK程序步骤,在当前目录建立一个LowerToUpper.c文件，实现小写字母转换成大写字母的方法，代码如下：#include#include#include“net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper.h”JNIEXPORTjcharJNICALLJava_net_blogjava_mobile_jni_LowerToUpper_convert(JNIEnv*env,jobjectobj,jcharch)if(ch=97,编写AndroidNDK程序步骤,建立一个LowerToUpper目录在sourcessamples目录中建立一个LowerToUpper目录，然后将LowerToUpper.c文件复制到该目录。建立Android.mk文件在LowerToUpper目录中建立一个Android.mk文件，并输入如下内容：LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)include$(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE:=LowerToUpperLOCAL_SRC_FILES:=LowerToUpper.cinclude$(BUILD_SHARED_LIBRARY)其中LOCAL_MODULE指定生成的lib*.so文件名（不包括lib和.so部分），LOCAL_SRC_FILES指定C语言文件名(LowerToUpper.c)。,编写AndroidNDK程序步骤,用ndk命令生成so库打开fedora终端，输入命令cd$ANDROID_NDK_ROOT进入NDK安装目录,然后进入LowerToUpper目录下输入命令ndk-buildB，目录下生成一个libs目录，在libsarmeabi目录中会看到一个libLowerToUpper.so文件。将libs目录复制到ch16_lowertoupper工程的根目录，然后启动Java应用程序，出现如下界面：,配置Android.mk文件,Android.mk文件的简介Android.mk文件主要用来指定要编译的c/c+源文件的位置。由于Android使用了GNU的make,因此Android.mk的语法格式与GNUMakefile的语法格式相同。Android.mk文件的核心部分是模块(modules)，可以在模块中指定c/c+源文件的位置。模块可以用来指定静态库或共享库，其中只有共享库会被安装或复制到Android应用程序包(apk文件)中，而静态库可以用来生成共享库。,配置Android.mk文件,回顾一下刚才的那个例子，Android.mk文件如下：LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)include$(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE:=LowerToUpperLOCAL_SRC_FILES:=LowerToUpper.cinclude$(BUILD_SHARED_LIBRARY)上面的代码涉及到一些变量和make命令。下面来解释一下这些内容。,配置Android.mk文件,LOACL_PATH:=$(callmy-dir)Android.mk文件的第一行必须是LOCAL_PATH变量，该变量用来指定参与编译的c/c+源文件的位置。在上面的例子中，宏函数my-dir是由系统提供的，用来返回当前目录的路径，也就是包含Android.mk文件的目录的路径。include$(CLEAR_VARS)CLEAR_VARS变量是在系统中定义的，用来指定一个特殊的GNUMake文件，该文件用来清空很多以LOCAL_开头的变量，例如，LOCAL_MODULE,LOCAL_SRC_FILES,LOCAL_STATIC_LIBRARIES等。但这些变量不包括LOCAL_PATH。之所以要清空这些变量，是因为这些都是全局变量。同时这些变量又要在不同的GNUMake文件中使用，为了多个GNUMake文件不相互影响，就需要在执行每一个GNUMake文件（Android.mk文件）之前先清空这些变量。,配置Android.mk文件,LOCAL_MODULE:=LowerToUpper在每个模块中必须定义LOCAL_MODULE变量，用来指定模块名。该变量的值必须是唯一的，而且不能包含任何空白分隔符（例如空格、tab等）。实际上，LOCAL_MODULE变量的值就是生成共享库的文件名（不包括lib和.so）,在编译时，系统会自动在文件名的前后添加lib和.so，例如，本例生成的共享库文件名是libLowerToUpper.so。要注意的是，如果模块名加了前缀lib,在生成共享库时系统不会再自动添加前缀lib。,配置Android.mk文件,LOCAL_SRC_FILES:=LowerToUpper.cLOCAL_SRC_FILES变量必须指定一个C/C+源文件列表。用该变量指定的源文件将被编译进当前模块中。但要注意，该变量并不需要指定C/C+的头文件列表(*.h),这是因为系统会自动计算当前的c/c+源文件include的头文件。而系统会直接将LOCAL_SRC_FILES变量指定的源文件传给编译器，这种处理方式会取得更好的效果。C+源文件的默认扩展名是.cpp。Include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)BUILD_SHARED_LIBRARY是在系统中定义的，用来指定一个GNUMake脚本文件。该脚本文件会根据以LOCAL_开头的变量来生成共享库文件。如果想生成静态库文件，可以使用BUILD_STATIC_LIBARY变量。,AndroidNDK定义的变量,在系统分析Android.mk文件之前，会定义一些全局变量。在某些情况下，系统可以对Android.mk文件分析多次，而每次分析时，这些变量的值可能会不一样。下面介绍一下这些变量。,AndroidNDK定义的变量,CLEAR_VARS:指定一个用于清空几乎所有以“LOCAL_”开头的变量(除了LOCAL_PATH变量)的GNUMake脚本文件。在Android.mk的第2行（第一行设置LOCAL_PATH变量）必须执行这个脚本，例如，include$(CLEAR_VARS)BUILD_SHARED_LIBRARY:指定一个建立共享库的GNUMake脚本文件。该脚本文件会根据以“LOCAL_”开头的变量决定如何生成共享库。其中LOCAL_MODULE和LOCAL_SRC_FILES是必须设置的两个变量。该变量的用法：include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)。生成的共享库文件名是lib$(LOCAL_MODULE).so。,AndroidNDK定义的变量,BUILD_STATIC_LIBRARY:指定一个建立静态库的GNUMake脚本文件。静态库不能被复制到Android应用程序包(apk文件)中，但可以用于建立共享库。使用该变量的用法：include$(BULD_STATIC_LIBRARY)。生成的静态库文件名是$(LOCAL_MODULE).a。TARGET_ARCH:编译Android的目标CPU架构的名称。例如与ARM兼容的CPU架构名称为arm。TARGET_PLATFORM:指定分析Android.mk文件的Android平台名称，目前只支持android-1.5。在NDKRevision2中该变量的值是android-3，该值与Android1.5平台相对应。,AndroidNDK定义的变量,TARGET_ARCH_ABI:用于分析Android.mk的目标CPU+ABI的名称。在这里ABI是指应用程序二进制接口（ApplicationBinaryInterface）。所有基于ARM的ABI都必须将TARGET_ARCH的值设为arm，但可以设置不同的TARGET_ARCH_ABI变量值。TARGET_ABI:该变量用于连接目标平台和ABI，也就是$(TARGET_PLATFORM)-$(TARGET_ARCH_ABI),主要用来测试真实设备中特定的目标系统映像（TargetSystemImage）。,AndroidNDK定义的函数,在AndroidNDK中还定义了很多GNUMake函数宏。这些函数需要使用如下语法格式来调用，并返回信息：$(call)my-dir:返回Android.mk文件所在目录的路径。该函数一般用于设置LOCAL_PATH变量。用法：LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)。all-subdir-makefiles:返回Android.mk文件所在目录（my-dir返回的路径）中所有包含Android.mk文件的子目录列表。例如，有如下的目录结构：sources/foo/Android.mksources/foo/lib1/Android.mksources/foo/lib2/Android.mk在sources/foo目录的Android.mk文件中使用了include$(callall-sudir-makefiles)。这个Android.mk文件会自动包含lib1和lib2目录中的Android.mk文件。,AndroidNDK定义的函数,this-makefile:返回当前的GNUMakefile的路径。parent-makefile:返回当前调用树中父一级的Makefile的路径。garand-parent-makefile：从这个函数的名字不难看出它的功能。返回parent的parentmakefile的路径。,关于JNI的一些相关操作,jclassFindClass(JNIEnv*env,constchar*name);查找类该函数可能做过Java开发的不会陌生，这个是JNI层的实现，需要注意的是第二个参数为constchar*类型的，我们如果从Java从层传入unicode编码的jstring类型需要使用GetStringUTFChars函数转换成utf8的constchar*，如果成功返回这个Java类的对象jclass，相关的异常可能有(1.ClassFormatError类的数据格式无效(2.ClassCircularityError该类或接口是自身的超类或超接口(3.NoClassDefFoundError没有找到指定名称的类或接口(4.OOM内存不足错误，即OutOfMemoryError2.jclassGetSuperclass(JNIEnv*env,jclassclazz);获取父类或者说超类该函数的第二个参数为jclass类，我们调用时传入的是子类，否则返回将是NULL,jbooleanIsAssignableFrom(JNIEnv*env,jclassclazz1,jclassclazz2);判断class1对象能否安全的强制转换为class2对象如果可以将返回JNI_TRUE，JNI_TRUE的定义值为1，否则返回JNI_FALSE即0，这里Android123详细说明下哪些情况可能返回真:(1这两个类参数引用同一个Java类(2第一个类是第二个类的子(3第二个类是第一个类的某个接口,关于JNI的一些相关操作,jclassGetObjectClass(JNIEnv*env,jobjectobj);通过对象获取这个类该函数比较简单，唯一注意的是对象不能为NULL，否则获取的class肯定返回也为NULL。jbooleanIsInstanceOf(JNIEnv*env,jobjectobj,jclassclazz);判断对象是否为某个类的实例这个函数是JNI层的实现，相信大家都不陌生，需要注意的是返回值可能产生异议，就是如果传入的第二个参数为NULL对象，NULL对象可以强制转换为各种类，所以这种情况也将会返回JNI_TRUE，所以一定判断传入的对象是否为空。jbooleanIsSameObject(JNIEnv*env,jobjectref1,jobjectref2);判断两个对象是否引用同一个类需要注意的是如果两个对象均为空，返回的值也会是JNI_TRUE所以使用时判断对象为空。,JNI调用Java方法,jmethodIDGetMethodID(JNIEnv*env,jclassclazz,constchar*name,constchar*sig);获取一个Java方法的ID这个函数将返回非静态类或接口实例方法的方法ID。这个方法可以是某个clazz的超类中定义，也可从clazz继承，最后一个参数为签名，最后两个参数是constchar*类型，是utf8类型。需要注意的是Android123提醒大家执行GetMethodID()函数将导致未初始化的类初始化，如果要获得构造函数的方法ID，使用作为方法名，同时将void(V)作为返回类型，如果找不到指定的ID将返回NULL，同时异常可能有:(1NoSuchMethodError找不到指定的Java方法。(2ExceptionInInitializerError如果由于异常而导致类初始化程序失败(3OutOfMemoryError内存不足,JNI调用Java方法,NativeTypeCallXXXMethod(JNIEnv*env,jobjectobj,jmethodIDmethodID,va_listargs);调