Android之NDK开发

一、NDK产生的背景

　　Android平台从诞生起，就已经支持C、C++开发。众所周知，Android的SDK基于Java实现，这意味着基于Android SDK进行开发的第三方应用都必须使用Java语言。但这并不等同于“第三方应用只能使用Java”。在Android SDK首次发布时，Google就宣称其虚拟机Dalvik支持JNI编程方式，也就是第三方应用完全可以通过JNI调用自己的C动态库，即在Android平台上，“Java+C”的编程方式是一直都可以实现的。

　　不过，Google也表示，使用原生SDK编程相比Dalvik虚拟机也有一些劣势，Android SDK文档里，找不到任何JNI方面的帮助。即使第三方应用开发者使用JNI完成了自己的C动态链接库（so）开发，但是so如何和应用程序一起打包成apk并发布？这里面也存在技术障碍。比如程序更加复杂，兼容性难以保障，无法访问Framework API，Debug难度更大等。开发者需要自行斟酌使用。

　　于是NDK就应运而生了。NDK全称是Native Development Kit。

　　NDK的发布，使“Java+C”的开发方式终于转正，成为官方支持的开发方式。NDK将是Android平台支持C开发的开端。

二、为什么使用NDK

　　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。

三、NDK简介

1.NDK是一系列工具的集合

NDK提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C（或C++）的动态库，并能自动将so和java应用一起打包成apk。这些工具对开发者的帮助是巨大的。

NDK集成了交叉编译器，并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件（指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等），就可以创建出so。

NDK可以自动地将so和Java应用一起打包，极大地减轻了开发人员的打包工作。

2.NDK提供了一份稳定、功能有限的API头文件声明

Google明确声明该API是稳定的，在后续所有版本中都稳定支持当前发布的API。从该版本的NDK中看出，这些API支持的功能非常有限，包含有：C标准库（libc）、标准数学库（libm）、压缩库（libz）、Log库（liblog）。

四、NDK开发环境的搭建

1.下载安装Android NDK

　　地址：http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html

2.下载安装cygwin

　　由于NDK编译代码时必须要用到make和gcc，所以你必须先搭建一个linux环境， cygwin是一个在windows平台上运行的unix模拟环境,它对于学习unix/linux操作环境，或者从unix到windows的应用程序移植，非常有用。通过它，你就可以在不安装linux的情况下使用NDK来编译C、C++代码了。下载地址：http://www.cygwin.com

　　1）然后双击运行吧，运行后你将看到安装向导界面。

　　2）点击下一步,此时让你选择安装方式：

Install from Internet：直接从Internet上下载并立即安装（安装完成后，下载好的安装文件并不会被删除，而是仍然被保留，以便下次再安装）。
Download Without Installing：只是将安装文件下载到本地，但暂时不安装。
Install from Local Directory：不下载安装文件，直接从本地某个含有安装文件的目录进行安装。

　　3）选择第一项，然后点击下一步。

　　4）选择要安装的目录，注意，最好不要放到有中文和空格的目录里，似乎会造成安装出问题，其它选项不用变，之后点下一步：

　　5）上一步是选择安装cygwin的目录，这个是选择你下载的安装包所在的目录，默认是你运行setup.exe的目录，直接点下一步就可以：

　　6）此时你共有三种连接方式选择：

Direct Connection：直接连接。
Use IE5 Settings：使用IE的连接参数设置进行连接。
Use HTTP/FTP Proxy：使用HTTP或FTP代理服务器进行连接（需要输入服务器地址、端口号）。

　　用户可根据自己的网络连接的实情情况进行选择，一般正常情况下，均选择第一种，也就是直接连接方式。然后再点击“下一步”。

　　7）这是选择要下载的站点，选择后点下一步。

　　8）此时会下载加载安装包列表

　　9）Search是可以输入你要下载的包的名称，能够快速筛选出你要下载的包。那四个单选按钮是选择下边树的样式，默认就行，不用动。View默认是Category，建议改成full显示全部包再查，省的一些包被隐藏掉。左下角那个复选框是是否隐藏过期包，默认打钩，不用管它就行，下边开始下载我们要安装的包吧，为了避免全部下载，这里列出了后面开发NDK用得着的包：autoconf2.1、automake1.10、binutils、gcc-core、gcc- g++、gcc4-core、gcc4-g++、gdb、pcre、pcre-devel、gawk、make共12个包

　　10）然后开始选择安装这些包吧，点skip，把它变成数字版本格式，要确保Bin项变成叉号，而Src项是源码，这个就没必要选了。

　　11）下面测试一下cygwin是不是已经安装好了。

运行cygwin，在弹出的命令行窗口输入：cygcheck -c cygwin命令，会打印出当前cygwin的版本和运行状态，如果status是ok的话，则cygwin运行正常。

然后依次输入gcc –version，g++ --version，make –version，gdb –version进行测试，如果都打印出版本信息和一些描述信息，则cygwin安装成功！

3.配置 NDK 环境变量

　　a．首先找到 cygwin 的安装目录，找到一个 home\< 你的用户名 >\.bash_profile 文件，我的是：E:\cygwin\home\Administrator\.bash_profile ， ( 注意：我安装的时候我的 home 文件夹下面什么都没有，解决的办法：首先打开环境变量，把里面的用户变量中的 HOME 变量删掉，在 E:\cygwin\home 文件夹下建立名为Administrator 的文件夹（是用户名），然后把 E:\cygwin\etc\skel\.bash_profile 拷贝到该文件夹下 ) 。

　　b．打开 bash_profile 文件，添加 NDK=/cygdrive/< 你的盘符 >/<android ndk 目录 > 例如：

　　　　　　NDK=/cygdrive/e/android-ndk-r5

　　　　　　export NDK

　　NDK 这个名字是随便取的，为了方面以后使用方便，选个简短的名字，然后保存

　　c．打开 cygwin ，输入 cd $NDK ，如果输出上面配置的 /cygdrive/e/android-ndk-r5 信息，则表明环境变量设置成功了。

4.用 NDK 来编译程序

　　a．现在我们用安装好的 NDK 来编译一个简单的程序吧，我们选择 ndk 自带的例子 hello-jni ，我的位于E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni( 根据你具体的安装位置而定 ) ，

　　b．运行 cygwin ，输入命令 cd /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni ，进入到 E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni 目录。

　　c．输入 $NDK/ndk-build ，执行成功后，它会自动生成一个 libs 目录，把编译生成的 .so 文件放在里面。 ($NDK是调用我们之前配置好的环境变量， ndk-build 是调用 ndk 的编译程序 )

　　d．此时去 hello-jni 的 libs 目录下看有没有生成的 .so 文件，如果有，你的 ndk 就运行正常啦！

5.在 eclipse 中集成 c/c++ 开发环境

　　a．装 Eclipse 的 C/C++ 环境插件： CDT ，这里选择在线安装。　　首先登录 http://www.eclipse.org/cdt/downloads.php ，找到对应你 Eclipse 版本的 CDT 插件的在线安装地址。

　　b．然后点 Help 菜单，找到 Install New Software 菜单

　　c．点击 Add 按钮，把取的地址填进去，出来插件列表后，选 Select All ，然后选择下一步即可完成安装。

　　d．安装完成后，在 eclispe 中右击新建一个项目，如果出现了 c/c++ 项目，则表明你的 CDT 插件安装成功啦！

6.配置 C/C++ 的编译器

　　a．打开 eclipse ，导入ndk 自带的hello-jni 例子，右键单击项目名称，点击 Properties ，弹出配置界面，之后再点击 Builders ，弹出项目的编译工具列表，之后点击 New，新添加一个编译器，点击后出现添加界面，选择 Program ，点击 OK。

　　b．出现了添加界面，首先给编译配置起个名字，如： C_Builder，设置 Location 为 < 你 cygwin 安装路径 >\bin\bash.exe 程序，例：E:\cygwin\bin\bash.exe ，设置Working Directory为<你 cygwin 安装路径 >\bin 目录，例如： E:\cygwin\bin，设置 Arguments 为 --login -c "cd /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni && $NDK /ndk-build"

　　上面的配置中 /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni 是你当前要编译的程序的目录， $NDK 是之前配置的 ndk 的环境变量，这两个根据你具体的安装目录进行配置，其他的不用变， Arguments 这串参数实际是给 bash.exe 命令行程序传参数，进入要编译的程序目录，然后运行 ndk-build 编译程序

　　c．接着切换到 Refresh 选项卡，给 Refresh resources upon completion 打上钩

　　d．然后切换到 Build Options 选项卡，勾选上最后三项

　　e．之后点击 Specify Resources 按钮，选择资源目录，勾选你的项目目录即可

　　f．最后点击 Finish，点击 OK 一路把刚才的配置都保存下来，注意：如果你配置的编译器在其它编译器下边，记得一定要点 Up 按钮，把它排到第一位，否则 C 代码的编译晚于Java代码的编译，会造成你的 C 代码要编译两次才能看到最新的修改。

　　g．编译配置也配置完成啦，现在来测试一下是否可以自动编译呢，打开项目 jni 目录里的 hello-jni.c 文件把提示 Hello from JNI! 改成其他的文字：如： Hello ， My name is alex. ，然后再模拟器中运行你的程序，如果模拟器中显示了你最新修改的文字，那么 Congratulations ！你已经全部配置成功啦！

五、开发自己的NDK程序

　　入门的最好办法就是学习Android自带的例子，这里就通过学习Android的NDK自带的demo程序：hello-jni来达到这个目的。

1、开发环境的搭建

　　1)android的NDK开发需要在linux下进行：因为需要把C/C++编写的代码生成能在arm上运行的.so文件，这就需要用到交叉编译环境，而交叉编译需要在linux系统下才能完成。

　　2)安装android-ndk开发包，这个开发包可以在google android 官网下载：通过这个开发包的工具才能将android jni 的C/C++的代码编译成库

　　3)android应用程序开发环境：包括eclipse、java、 android sdk、 adt等。

　　如何下载和安装android-ndk我这里就不啰嗦了，安装完之后，需要将android-ndk的路劲加到环境变量PATH中：

　　　　sudo gedit /etc/environment

　　在environment的PATH环境变量中添加你的android-ndk的安装路劲，然后再让这个更改的环境变量立即生效：

　　　　 source /etc/environment

　　经过了上述步骤，在命令行下敲：

　　　　ndk-bulid

　　弹出如下的错误，而不是说ndk-build not found，就说明ndk环境已经安装成功了。

　　　　Android NDK: Could not find application project directory !
　　　　Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it.
　　　　/home/braincol/workspace/android/android-ndk-r5/build/core/build-local.mk:85: *** Android NDK: Aborting    . Stop.

2.代码的编写

　　1)首先是写java代码

　　建立一个Android应用工程HelloJni，创建HelloJni.java文件：

　　HelloJni.java :

import android.app.Activity;
import android.widget.TextView;
import android.os.Bundle;

public class HelloJni extends Activity
{
    /** Called when the activity is first created. */
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        TextView  tv = new TextView(this);
        tv.setText( stringFromJNI() );
        setContentView(tv);
    }

    /* A native method that is implemented by the 'hello-jni' native library, which is packaged with this application. */
    public native String  stringFromJNI();

    public native String  unimplementedStringFromJNI();

    /* this is used to load the 'hello-jni' library on application startup. The library has already been unpacked into

      /data/data/com.example.HelloJni/lib/libhello-jni.so at installation time by the package manager. */
    static {
        System.loadLibrary("hello-jni");
    }
}

　　这段代码很简单，注释也很清晰，这里只提两点：:

static{

System.loadLibrary("hello-jni");

}

　　表明程序开始运行的时候会加载hello-jni, static区声明的代码会先于onCreate方法执行。如果你的程序中有多个类，而且如果HelloJni这个类不是你应用程序的入口，那么hello-jni（完整的名字是libhello-jni.so）这个库会在第一次使用HelloJni这个类的时候加载。

public native String stringFromJNI();

public native String unimplementedStringFromJNI();

　　可以看到这两个方法的声明中有 native 关键字，这个关键字表示这两个方法是本地方法，也就是说这两个方法是通过本地代码（C/C++）实现的，在java代码中仅仅是声明。

　　用eclipse编译该工程，生成相应的.class文件，这步必须在下一步之前完成，因为生成.h文件需要用到相应的.class文件。

2)编写相应的C/C++代码

　　刚开始学的时候，有个问题会让人很困惑，相应的C/C++代码如何编写，函数名如何定义？这里讲一个方法，利用javah这个工具生成相应的.h文件，然后根据这个.h文件编写相应的C/C++代码。

　　a. 生成相应.h文件：

　　就拿我这的环境来说，首先在终端下进入刚刚建立的HelloJni工程的目录：

braincol@ubuntu:~$ cd workspace/android/NDK/hello-jni/

　　ls查看工程文件　　

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls

AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen res src

　　可以看到目前仅仅有几个标准的android应用程序的文件（夹）。

　　首先我们在工程目录下建立一个jni文件夹：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ mkdir jni

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls

AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen jni res src

　　下面就可以生成相应的.h文件了：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ javah -classpath bin -d jni com.example.hellojni.HelloJni

　　-classpath bin：表示类的路劲

　　-d jni: 表示生成的头文件存放的目录

　　com.example.hellojni.HelloJni 则是完整类名

　　这一步的成功要建立在已经在 bin/com/example/hellojni/ 目录下生成了 HelloJni.class的基础之上。现在可以看到jni目录下多了个.h文件：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd jni/

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ ls

com_example_hellojni_HelloJni.h

　　我们来看看com_example_hellojni_HelloJni.h的内容：

　　com_example_hellojni_HelloJni.h :

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class com_example_hellojni_HelloJni */

#ifndef _Included_com_example_hellojni_HelloJni

#define _Included_com_example_hellojni_HelloJni

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     com_example_hellojni_HelloJni

 * Method:    stringFromJNI

 * Signature: ()Ljava/lang/String;

 */

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI

  (JNIEnv *, jobject);

/*

 * Class:     com_example_hellojni_HelloJni

 * Method:    unimplementedStringFromJNI

 * Signature: ()Ljava/lang/String;

 */

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI

  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

　　上面代码中的JNIEXPORT 和 JNICALL 是jni的宏，在android的jni中不需要，当然写上去也不会有错。从上面的源码中可以看出这个函数名那是相当的长啊。。。。不过还是很有规律的，完全按照：java_pacakege_class_mathod 形式来命名。

　　也就是说：

　　Hello.java中 stringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 方法

　　HelloJni.java中的 unimplementedStringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI() 方法

　　注意下其中的注释：

　　Signature: ()Ljava/lang/String;

　　()Ljava/lang/String;()表示函数的参数为空（这里为空是指除了JNIEnv *, jobject 这两个参数之外没有其他参数，JNIEnv*, jobject是所有jni函数必有的两个参数，分别表示jni环境和对应的java类（或对象）本身），Ljava/lang/String; 表示函数的返回值是java的String对象。

b. 编写相应的.c文件：

　　hello-jni.c :

#include <string.h>
#include <jni.h>

/* This is a trivial JNI example where we use a native method

 * to return a new VM String. See the corresponding Java source

 * file located at:

 *   apps/samples/hello-jni/project/src/com/example/HelloJni/HelloJni.java

 */

jstring Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env, jobject thiz )
{
    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");
}

　　这里只是实现了Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI方法，而 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI 方法并没有实现，因为在HelloJni.java中只调用了stringFromJNI()方法，所以unimplementedStringFromJNI()方法没有实现也没关系，不过建议最好还是把所有java中定义的本地方法都实现了，写个空函数也行啊。。。有总比没有好。

　　Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 函数只是简单的返回了一个内容为 "Hello from JNI !" 的jstring对象（对应于java中的String对象）。hello-jni.c文件已经编写好了，现在可以把com_example_hellojni_HelloJni.h文件给删了，当然留着也行，只是我还是习惯把不需要的文件给清理干净了。

3)编译hello-jni.c 生成相应的库

a 编写Android.mk文件

　　在jni目录下（即hello-jni.c 同级目录下）新建一个Android.mk文件，Android.mk 文件是Android 的 makefile文件，内容如下：

# Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project

#

# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");

# you may not use this file except in compliance with the License.

# You may obtain a copy of the License at

#

#      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

#

# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software

# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,

# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.

# See the License for the specific language governing permissions and

# limitations under the License.

#

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := hello-jni

LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

　　这个Androd.mk文件很短，下面我们来逐行解释下：

　　　　LOCAL_PATH := $(call my-dir)

　　一个Android.mk 文件首先必须定义好LOCAL_PATH变量。它用于在开发树中查找源文件。在这个例子中，宏函数’my-dir’, 由编译系统提供，用于返回当前路径（即包含Android.mk file文件的目录）。

　　　　include $( CLEAR_VARS)

　　CLEAR_VARS由编译系统提供，指定让GNU MAKEFILE为你清除许多LOCAL_XXX变量（例如 LOCAL_MODULE, LOCAL_SRC_FILES, LOCAL_STATIC_LIBRARIES, 等等...), 除LOCAL_PATH 。这是必要的，因为所有的编译控制文件都在同一个GNU MAKE执行环境中，所有的变量都是全局的。

　　　　LOCAL_MODULE := hello-jni

　　编译的目标对象，LOCAL_MODULE变量必须定义，以标识你在Android.mk文件中描述的每个模块。名称必须是唯一的，而且不包含任何空格。

注意：编译系统会自动产生合适的前缀和后缀，换句话说，一个被命名为'hello-jni'的共享库模块，将会生成'libhello-jni.so'文件。

　　重要注意事项：如果你把库命名为‘libhello-jni’，编译系统将不会添加任何的lib前缀，也会生成 'libhello-jni.so'，这是为了支持来源于Android平台的源代码的Android.mk文件，如果你确实需要这么做的话。

　　　　LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

　　LOCAL_SRC_FILES变量必须包含将要编译打包进模块中的C或C++源代码文件。注意，你不用在这里列出头文件和包含文件，因为编译系统将会自动为你找出依赖型的文件；仅仅列出直接传递给编译器的源代码文件就好。

　　注意，默认的C++源码文件的扩展名是’.cpp’. 指定一个不同的扩展名也是可能的，只要定义LOCAL_DEFAULT_CPP_EXTENSION变量，不要忘记开始的小圆点（也就是’.cxx’,而不是’cxx’）

　　　　include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

　　BUILD_SHARED_LIBRARY表示编译生成共享库，是编译系统提供的变量，指向一个GNU Makefile脚本，负责收集自从上次调用'include $(CLEAR_VARS)'以来，定义在LOCAL_XXX变量中的所有信息，并且决定编译什么，如何正确地去做。还有 BUILD_STATIC_LIBRARY变量表示生成静态库：lib$(LOCAL_MODULE).a， BUILD_EXECUTABLE 表示生成可执行文件。

b. 生成.so共享库文件

　　Andro文件已经编写好了，现在可以用android NDK开发包中的 ndk-build脚本生成对应的.so共享库了，方法如下：

　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ cd ..
　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls
　　　　AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen jni libs obj res src
　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ndk-build
　　　　Gdbserver      : [arm-linux-androideabi-4.4.3] libs/armeabi/gdbserver
　　　　Gdbsetup       : libs/armeabi/gdb.setup
　　　　Install        : libhello-jni.so => libs/armeabi/libhello-jni.so

　　可以看到已经正确的生成了libhello-jni.so共享库了，我们去 libs/armeabi/ 目录下看看：

　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd libs/
　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ ls
　　　　armeabi
　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ cd armeabi/
　　　　braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs/armeabi$ ls
　　　　gdbserver gdb.setup libhello-jni.so

4)在eclipse重新编译HelloJni工程，生成apk

　　eclipse中刷新下HelloJni工程，重新编译生成apk，libhello-jni.so共享库会一起打包在apk文件内。在模拟器中看看运行结果。

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