android 使用ndk android ndk jni

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karen 2023-07-01 18:48:11

文章标签 android 使用ndk NDK Cmake Android CMake 文章分类 Android 移动开发

一、JNI 与 NDK

1. JNI 是什么

    JNI 是 Java Native Interface 的缩写，即 Java 的本地接口。
    目的是使得 Java 与本地其他语言（如 C/C++）进行交互。
    JNI 是属于 Java 的，与 Android 无直接关系。

2. NDK 是什么

    NDK 是 Native Development Kit 的缩写，是 Android 的工具开发包。
    作用是快速开发 C/C++ 的动态库，并自动将动态库与应用一起打包到 apk。
    NDK 是属于 Android 的，与 Java 无直接关系。

3. JNI 与 NDK 的关系

JNI 是实现的目的，NDK 是 Android 中实现 JNI 的手段。

二、NDK 的下载

1. 官网下载

地址为：https://developer.android.com/ndk/downloads/ 下载后直接解压即可，注意路径名不能带有中文或者空格。

2. Android Studio 中下载

点开 Android Studio 的 SDK Manager 可以看到如下截图，这里我们选择下载红框中勾选的3个工具。

android 使用ndk android ndk jni_Android

CMake：一个跨平台的编译构建工具，替代 Android.mk
LLDB：一个高效的 C/C++ 的调试工具
NDK：即我们需要下载的工具，会生成到 SDK 根目录下的 ndk-bundle 目录下

三、我的第一个 JNI 程序

1. 新建工程，并选择包含 C++ support，如下图所示

android 使用ndk android ndk jni_Cmake_02

在接下来向导中的 Customize C++ Support 部分，您可以使用下列选项自定义项目：

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。

2. Android Studio 会自动帮你生成一个可执行的 Hello World 程序，我们简单看一下这个工程

android 使用ndk android ndk jni_CMake_03

相比平常的 Android 工程，这里主要是多了上面截图中红框处的文件。其中 cpp 目录就是我们的 C/C++ 代码、预编译库的默认路径了，而 CMakeList.txt 就是编译的脚本文件了。

接下来我们详细分析一下每一块的原理。

3. MainActivity

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
 
    // Used to load the 'native-lib' library on application startup.
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
 
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
 
        // Example of a call to a native method
        TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(stringFromJNI());
    }
 
    /**
     * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library,
     * which is packaged with this application.
     */
    public native String stringFromJNI();
}

我们知道，Java 调用本地方法，是使用 native 关键字。而本例中，本地方法的实现是在一个叫做 “native-lib” 的动态库里（动态库的名称是在 CMakeList.txt 中指定的），要想使用这个动态库，就必须先加载这个库，即 System.loadLibrary(native-lib) 。这些都是 Java 的语法定义。

4. native-lib.cpp

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

上面提到的 public native String stringFromJNI() 方法的实现就是在这里，那怎么知道 Java 中的某个 native 方法是对应的 cpp 中的哪个方法呢？这就和 JNI 的注册有关了，本例中使用的是静态注册，即 “Java包名类名_方法名” 的形式，其中包名也是用下划线替代点号。

后续章节将详细介绍 JNI 方法的注册，以及参数的转换等。

5. 整个调用流程就是：

Gradle 调用您的外部构建脚本 CMakeLists.txt。
CMake 按照构建脚本中的命令将 C++ 源文件 native-lib.cpp 编译到共享的对象库中，并命名为 libnative-lib.so，Gradle 随后会将其打包到 APK 中。
运行时，应用的 MainActivity 会使用 System.loadLibrary() 加载原生库。现在，应用可以使用库的原生函数 stringFromJNI()。
MainActivity.onCreate() 调用 stringFromJNI()，这将返回“Hello from C++”并使用这些文字更新 TextView。

四、手动配置 gradle 支持 NDK 开发

要手动配置 Gradle 以关联到您的原生库，需要将 externalNativeBuild {} 块添加到模块级 build.gradle 文件中，并使用 cmake {} 或 ndkBuild {} 对其进行配置：

android {
  ...
  defaultConfig {...}
  buildTypes {...}
 
  // Encapsulates your external native build configurations.
  externalNativeBuild {
 
    // Encapsulates your CMake build configurations.
    cmake {
 
      // Provides a relative path to your CMake build script.
      path "CMakeLists.txt"
    }
  }
}

注意：

如果您想要将 Gradle 关联到现有 ndk-build 项目，请使用 ndkBuild {} 块而不是 cmake {}，并提供 Android.mk 文件的相对路径。如果 Application.mk 文件与您的 Android.mk 文件位于相同目录下，Gradle 也会包含此文件。

五、 CMakeLists.txt 简单分析

1. 首先我们看一下自动生成的 CMakeLists.txt 都有些什么内容

# 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 3.4.1)
   
# 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.
             native-lib
   
             # Sets the library as a shared library.
             SHARED
   
             # Provides a relative path to your source file(s).
             src/main/cpp/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.
                       native-lib
   
                       # Links the target library to the log library
                       # included in the NDK.
                       ${log-lib} )

2. cmake_minimum_required

指定 Cmake 需要的最低版本

3. add_library

    创建和命名该库，第一个参数是库的名字，例如取名为 native-lib，将会生成一个命名为 libnative-lib.so 的库。
    第二个参数是指定库的类型，一般为 SHARED，即动态库（以 .so 为后缀），还有一种是静态库 STATIC，即静态库（以 .a 为后缀）。
    第三个参数是指定该库使用的源文件路径。
    使用多个 add_library() 命令，您可以为 CMake 定义要从其他源文件构建的更多库。