《Android系统设计与开发》课件-第12章

第12章AndroidNDK编程12.1JNI与NDK简介12.2NDK开发环境12.3NDK简单示例本章总结

12.1JNI与NDK简介

2.1.1JNI简介JNI(JavaNativeInterface)，即Java原生接口，通过JNI可以在Java代码中调用C/C++等语言的代码，也可以在C/C++代码中调用Java代码。Java与C/C++通信框架如图12.1所示。此处需要注意的是：JNI是Java调用Native语言的一种特性，是属于Java的，与Android无直接关系。

图12.1Java与C/C++通信框架

Java具备跨平台的特点，导致了Java与本地代码交互的能力非常弱，而采用JNI之后，Java与本地代码交互的能力就会大大增强。除此之外，许多基于JNI的标准库以及相关的API可以供Java程序员使用，提高开发的效率。JNI框架允许Native层语言与Java层语言双向交互，给开发带来了极大的优势。

接下来了解一下JNI的实现步骤，具体如下所示。

(1)编写带有Native方法的Java类(即需要调用的本地方法)；

(2)使用javac命令编译所编写的Java类(得到.class文件)；

(3)使用javah+Java类名生成扩展名为h的头文件(.h文件)；

(4)用C/C++实现Java中声明的Native方法；

(5)将C/C++编写的文件生成动态链接库(.so文件)；

(6)通过Java命令执行Java程序，最终实现Java调用本地代码。

12.1.2NDK简介

NDK(NativeDevelopmentKit)是Android的一个开发工具包，与Java并无直接关系。它主要是用来快速开发C、C++的动态库，并自动将.so库文件和应用一起打包成APK。主要在Android的场景下使用JNI时会用到NDK。

NDK具有如下的特点：

1.性能方面

(1)运行效率高。在开发要求高性能的需求中，采用C/C++更加有效率，如使用本地代码(C/C++)执行算法，能大大提高算法的执行效率。

(2)代码安全性高。Java是半解释型语言，容易被反汇编后得到源代码，而本地有些代码类型(如C/C++)则不会，能提高系统的安全性。

2.功能方面

功能拓展性好，可方便地使用其他开发语言的开源库，除了Java的开源库，还可以使用开发语言(C/C++)的开源库。

3.使用方面

易于代码复用和移植，用本地代码(如C/C++)开发的代码不仅可在Android中使用，还可以嵌入其他类型平台上使用。

除上述特点之外，读者还需注意NDK提供的库比较有限，仅用于处理算法效率和敏感的问题，另外NDK还提供了交叉编译器，用于生成特定的CPU平台动态库。

接下来了解一下NDK的基本使用步骤，具体如下：

(1)配置好AndroidNDK开发环境；

(2)创建Android项目，并关联NDK；

(3)在项目中声明所需要调用的Native方法；

(4)使用C/C++实现在Android项目中声明的Native方法；

(5)通过ndk–bulid命令编译产生.so库文件；

(6)编译AndroidStudio工程，从而实现Android和本地代码的交互。

12.1.3JNI与NDK的关系

12.1.1节和12.1.2节讲述了JNI和NDK的概念、特点及使用步骤，读者对二者有了基本的认识，但是可能还是有许多读者学完之后仍不清楚两者之间的关系，下面通过表格的形式让读者对JNI与NDK之间的关系有一个比较直观的认识，如表12.1所示。

12.2NDK开发环境

首先下载并安装CMake和NDK，在AndroidStudio主界面点击File→Settings…→SystemSettings→AndroidSDK→SDKTools，选中NDK和CMake(如果有LLDB的话也可以一并选中安装)，点击Apply进行下载安装，下载安装完成后，最右侧的Status栏中的内容会由Notinstalled变为Installed，如图12.2所示。

图12.2NDK及CMake下载安装

NDK是Android原生开发套件，主要是为了在Android应用中使用C和C++代码，前面已经详细介绍过NDK。读者在此处需要注意的是CMake，它是一款外部编译工具，可与Gradle搭配使用来编译原生库(如果读者只计划使用ndk-build，则可以不需要该组件)。另外上面提到的LLDB是AndroidStudio用于调试原生代码的调试程序，默认情况下，LLDB将与AndroidStudio一起安装。

下载安装完NDK和CMake后，需要配置一下NDK环境，在AndroidStudio主界面上点击File→ProjectStructure…→SDKLocation，在AndroidNDKlocation部分，选择NDK默认的安装路径，点击OK按钮即可，如图12.3所示。

图12.3AndroidNDKlocation

读者也可以在下载完成时通过perties文件查看SDK和NDK在电脑上的保存路径，如图12.4所示。并在电脑上找到NDK对应的路径，将其复制到上述AndroidNDKlocation部分也可。

图12.4perties文件内容

如果没有环境变量，那么再设置系统环境变量，右键点击计算机→属性→高级系统设置→环境变量→系统变量，新建一个系统变量，变量名为NDK_ROOT，变量值为NDK的路径，然后点击确定按钮即可，如图12.5所示。

图12.5新建系统变量

然后再在Path变量路径下添加NDK_ROOT变量，直接输入%NDK_ROOT%即可(注意%NDK_ROOT%后边需要加上分号)，如图12.6所示。

图12.6编辑Path系统变量

最后，测试一下环境变量是否配置成功，进入cmd命令行，输入ndk-build回车，如果出现如图12.7所示的结果，则说明环境变量配置成功。

图12.7测试环境变量

接下来测试一下NDK开发环境是否配置成功。首先新建一个AndroidStudio工程，然后在SelectProjectTemplate界面中选择NativeC++，如图12.8所示。

图12.8选择工程模板

点击Next按钮进入工程配置界面，将Name修改为NDKTest，如图12.9所示。

图12.9configureproject

点击Next按钮，进入到如图12.10所示的界面，在C++Standard部分选择默认CMake设置的ToolchainDefault选项。

图12.10CustomizeC++Support界面

点击Finish按钮，完成新项目的创建。打开Project面板，选择Android视图。大家可以发现，NDKTest工程比之前的Android工程多了一个cpp文件夹，如图12.11所示。图12.11NDKTest工程目录结构

至此，大家对一个最简单的NDK工程有了初步的认识。接下来运行程序，运行结果如图12.12所示。大家可以看到App主界面中显示一段文字“HellofromC++”，表明在工程的Java程序中成功获取到C++程序中的数据，实现了二者的交互。图12.12NDKTest运行结果

最后总结一下从编译到运行示例的流程。

(1) Gradle：调用外部构建脚本，也就是CMakeLists.txt。

(2) CMake：根据构建脚本的指令去编译一个C++源文件，也就是native-lib.cpp，将编译后的文件放进共享对象库中，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，Android中的MainActivity会调用System.loadLibrary()方法，加载nativelibrary。而这个库的原生函数：stringFromJNI()，就可以为App所用了。

(4) Android中的MainActivity通过publicnativeStringstringFromJNI()的JNI接口调用stringFromJNI()函数，然后返回“HellofromC++”，并在主界面中更新TextView的显示。

如果读者想验证一下Gradle是否将nativelibrary打包进了APK文件，可以借助AndroidStudio上的APKAnalyzer。依次选择Build→AnalyzeAPK→app/build/outputs/apk/debug→app-debug.apk→ok，在AnalyzeAPK窗口中，选择lib/x86(笔者的ABI为x86，Android目前支持七种ABI，所以读者的ABI可能是armeabi、armeabi-v7a等剩余的六种，读者根据自己平台的情况进行选择)，就可以看见libnative-lib.so文件，结果如图12.13所示。

图12.13APKAnalyzer

12.3NDK简单示例

首先创建一个不引进C++库的demo，选择EmptyActivity，然后点击Next按钮，修改工程名为NDKDemo，点击Finish按钮。工程结构如图12.14所示。这是一个大家最熟悉、最简单的Android工程，没有与NDK相关的文件。

图12.14NDKDemo工程结构

接下来要在该工程的基础上进行NDK开发。首先需要为该程序部署C/C++环境以及Cmake编译环境。将Android工程切换到Project结构视图下，依次点击app→src→main，在main文件夹下新建cpp文件夹，并在cpp文件夹下新建CMakeLists.txt，如图12.15所示。

图12.15cpp及CMakeLists.txt

然后点击File→linkC++ProjectwithGradle，在弹出来的对话框中，BuildSystem选择CMake，ProjectPath选择CMakeLists.txt的路径，点击OK，如图12.16所示。此处需要注意：CMakeLists.txt文件一定要放在cpp文件夹下面，否则编译会报错。

图12.16CMakeLists.txt文件路径

配置完CMakeLists.txt后，发现工程报错：Causedby:org.gradle.api.InvalidUserDataException:NDKnotconfigured.DownloaditwithSDKmanager.PreferredNDKversionis'20.0.5594570'.Log:E:\ASProject\NDKDemo\app\.cxx\ndk_locator_record.json。可以看到错误是由于没有配置NDK引起的，此时要为工程配置NDK环境。在12.2节讲过NDK环境的配置方法，即在AndroidStudio主界面点击File→ProjectStructure…→SDKLocation，在AndroidNDKlocation部分，选择NDK默认的安装路径，点击OK按钮即可。配置完成后，工程便不再报错，此时app文件夹下又多了个.cxx文件夹，且文件夹下的ndk_locator_record.json文件中包含NDK配置路径，具体如图12.17所示。

图12.17app文件夹

然后可以查看一下app文件夹下的build.gradle文件，里边已经自动生成CMakeLists.txt文件路径，如图12.18所示。图12.18gradle文件中CMakeLists.txt文件路径

配置完后，运行程序，结果如图12.19所示。

在主界面的文本框中随机输入5个数，比如：25、12、66、52、11，然后点击冒泡排序按钮，结果如图12.20所示。图12.19程序主界面图12.20冒泡排序结果

NDK还有许多高级的用法，本书只是讲了最基本的用法，