AndroidNDK开发的一点尝试

笔者是一个“原始”的C++开发者，对Java编程虽说不上抵触但也没有C++那么顺手。而且，作为一个游戏引擎，不管是在什么地方，效率总是第一位的，尤其是在移动平台这样资源吃紧的环境下。所以呢，也算是给自己的一点安慰，可以尝试在Android进行C++开发了。

一般情况下，当你使用NDK开发的时候，你都不会只接触到NDK这一个名词。你会听到一系列的陌生词语，例如JNI、NDK、交叉编译等等。这些东西都是非常重要的概念，对我们理解NDK开发有重大帮助，所以，笔者在这里多啰嗦一些，讲讲这些概念：

什么是JNI?

JNI的全称是Java Native Interface，Java原生接口。一脸懵逼！“我知道JNI全称是Java原生接口，可我还是不能理解这东西到底有什么用。”你可能会这样大吼。别急，看到接口我们首先想到的是什么？没错，是API，应用程序接口，这是我们熟悉的东西，JNI和API本质上是一样的，它是供给别的代码调用的一个或一组函数。我们首先使用C++写出了一些函数，然后将这些函数在Java类中再声明一次（加上关键字native），这样Java类中的函数和C++中的函数就匹配（勾搭？）到一起了，我们使用Java类中的函数，其实就是使用C++中的函数。这个在Java类中声明的函数就是一个JNI。

下面这张图很好地展示了JNI在整个系统中的位置：

什么是NDK？

NDK的全称是Native Development Kit，原生开发工具包。这就很容易理解了，就是一套开发工具而已。

在谷歌官方的指南中，并不提倡大多数初学Android编程者使用NDK，因为这会增加开发过程的复杂性，得不偿失。但是如果需要进行下面的两项操作，那么它可能非常有用：

• 计算密集型应用，例如游戏或物理模拟
• 重复使用你或者其他开发者的C或C++库

游戏引擎绝对是一项计算密集型应用（不信？请百度一下全局光照），所以NDK开发势在必行。

什么是交叉编译？

简单来说，交叉编译就是在一个平台（例如平常开发时的windows）上生成另一个平台（例如Android）上的可执行代码。你一定会觉得奇怪，编译就编译呗，为什么还要加一个交叉？其实，这就是一种称呼上的不同罢了。

假如我们要在Windows系统上编译在Windows系统上运行的程序，这叫做本地编译。在Windows系统上编译在Android系统上运行的程序就叫交叉编译。那么为什么不在Android系统上编译在Android系统上运行的程序呢？原因很简单，因为Android系统上不允许或者不能够安装我们需要的编译器，因为Android系统资源贫乏，不足以支持编译。所以，我们使用交叉编译的方法来弥补这点不足。

假设你已经下载并完成Android Studio的安装，现在需要新建一个工程。打开Android，选择start a new project，在弹出的对话框中按照下图进行设置：

注意一定要勾选Include C++ support!

一路点击Next按钮，直到下面这个界面，选择Empty Activity：

继续点击Next，直到最后点击Finish完成创建。

创建完成之后，你的AS很可能会包如下的错误：

直接点击Install NDK and sync project，等待其下载完成。或者，你也可以像我一样，点击file->Project structure，打开Project Structure对话框：

按照上图中的步骤，手动配置NDK的路径。完成之后，等待Gradle解析项目工程。

Gradle解析完毕后，点击File->Settings，打开Settings对话框。在左侧栏中找到Android SDK，点击之后切换到SDK Tools标签页，在CMake和LLDB两项前面打钩，点击Apply按钮，等待AS将CMake和LLDB下载安装完毕。

这些步骤都完成之后，直接点击运行按钮，选择调试用的模拟器，我们一行代码都不用写就可以获得一个使用了NDK的APP：

一脸懵逼！怎么啥都没做就已经完成了？别急，我们来看看AS都替我们完成了哪些工作。首先展开左侧的目录，将native-lib.cpp和MainActivity两个文件暴露出来：

打开native-lib.cpp文件，我们赫然发现，APP中显示的Hello from C++文字居然在这个地方。

在看一下函数名，我天，这么长：Java_com_example_administrator_hellondk_MainActivity_stringFromJNI。这要是每次都要输这么长的名字来调用，不的烦死啊。当然不是，我们来分析一下这个函数名的结构：

• Java：表示这个函数是在java目录下面
• com_example_administrator_hellondk：表示com.example_administrator.hellondk目录
• MainActivity：表示这个函数是MainActivity类的原生函数
• stringFromJNI：这是函数名，调用的时候用这个就行了。

可以看出来，为了区分C++的函数，AS在其函数名之前加上了很多定位方式，确保其命名的唯一性，打开MainActivity文件，我们可以看到在MainActivity类中是如何定义stringFromJNI函数的：

public native String stringFromJNI()这一句定义了在MainActivity类中的原生函数，这个函数对应了cpp文件中的Java_com_example_administrator_hellondk_MainActivity_stringFromJNI定义。

下面的代码：

static {
System.loadLibrary("native-lib");
}


表示MainActivity类需要加载native-lib模块，就是我们native-lib.cpp文件，展开左侧的目录，你也可以看到编译之后的.so文件：

好，文件都看懂了，现在开始搞事情！

修改实现

先照葫芦画瓢，在native-lib.cpp中定义一个我们自己的函数，在MainActivity中声明并且调用：

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


...
tv.setText(stringFromMyJNI());
...
public native String stringFromMyJNI();


编译运行，一切正常：

接着，我们把这个stringFromMyJNI函数放到另一个cpp文件中，并且不在MainActivity类中声明原生函数，定义一个新类声明原生函数。

右击cpp文件夹，选择New->C/C++ Source File，将新文件命名为hellondk.cpp。把头文件和stringFromMyJNI函数复制过去，我们的hellondk.cpp就变成了这个样子：

//
// Created by Administrator on 2018/4/6.
//
#include
#include
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_administrator_hellondk_NDKUtil_stringFromMyJNI(
JNIEnv* env,
jobject /* this */) {
std::string hello = "Hello from My C++";
return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}


接着，右击com.example.administrator.hellondk文件夹，选择New->Java class，在弹出的对话框中将Java类命名为NDKUtil，点击确定。

然后，将static块和stringFromMyJNI函数的声明赋值到NDKUtil类中，在public native 之间添加一个static关键字，表明这是Java类的静态函数。完成之后，NDKUtil.java文件就像这个样子：

package com.example.administrator.hellondk;
/**
* Created by Administrator on 2018/4/6.
*/
public class NDKUtil {
// Used to load the 'native-lib' library on application startup.
static {
System.loadLibrary("native-lib");
}
public static native String stringFromMyJNI();
}


编译运行，嗯？怎么报错了？

经过一阵仔细的排查，终于发现了问题，我们的hellondk.cpp文件没有编译，调用的时候无法找到这个函数，所以才崩溃。知道原因就好办了，AS使用的是CMake编译器，找到CMakeLists.txt文件打开，在里面添加一行：

点击右上角的Sync now，等待片刻之后，再次编译运行，发现这次运行成功了：

偷天换日

既然不用native-lib中的函数了，干脆把这个文件去掉，把生成的库名字也改掉，换成我们自己的库名（比如hellondk-lib），这样就神不知鬼不觉了！

说干就干，把native-lib.cpp文件删除，对CMakeLists.txt文件做如下修改：

最后，在MainActivity类中将stringFromJNI函数的相关内容删除，运行APP：

非常好，我们的偷天换日计划成功了！

不知不觉中，我们完成了NDK开发的一些初步尝试，想想还有点小兴奋，你是不是已经迫不及待想看后面的东西了？

另一种NDK开发的方法，说的自然就是之前一直用的ndk-build编译方法。与我们之前介绍的方法相比，本质的区别就是使用的编译器不同。Include C++ support方法使用的是CMake编译器，细心的读者肯定已经发现了。ndk-build使用的编译器是我们下载的ndk包里的，要使用它，我们还需要进行一些配置。

首先，创建一个普通的Android项目（不勾选Include C++ support），取名为NDKJni。打开工程之后，选择File->Settings，定位到下面的标签：

点击+按钮，打开设置框。完成设置：

图中，Program表示要调用的工具的位置，Parameters表示调用时传递给javah工具的参数。我们设置的参数表示javah生成的代码放在jni目录下面，采用UTF-8的字符格式。

完成之后再次点击+号，完成设置：

这是使用ndk-build工具的命令，Program要定位到我们的ndk-build工具，Working directory不用说，自然是当前的main目录下。

配置完成后，首先定位到activity_main.xml文件，加上android:id=&＃8221;@+id/sample_text&＃8221;这一行代码：

然后，到MainActivity中添加JNI的声明：

public native String stringFromJNI();这一行代码用来声明Java原生函数。static{}这一块代码用来加载原生库，我们的库名取为ndkjni。

哦，别忘了配置NDK路径，参考上面的配置方式。

右击MainActivity，选择javah-jni工具：

成功之后，在main文件夹下会多一个jni文件夹，里面有javah生成的头文件，这个头文件唯一的作用就是帮助我们定义实际的函数（毕竟函数名实在太长了！）：

在jni目录下新建一个C++文件，取名为ndkjni.cpp。文件内容如下：

//
// Created by Administrator on 2018/4/11.
//
#include
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_example_administrator_ndkjni_MainActivity
* Method: stringFromNDKJNI
* Signature: ()Ljava/lang/String;
*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_administrator_ndkjni_MainActivity_stringFromNDKJNI (JNIEnv * env, jobject thiz) {
return env ->NewStringUTF("This is NDKJNI");
}
#ifdef __cplusplus
}
#endif


从javah为我们生成的头文件中把函数声明拷贝出来，给参数取好名字，添上血肉，我们的函数就完成了。

这时候，打开MainActivity文件，发现我们的stringFromNDKJNI还是红色的，说明这个函数和C++文件中的那个函数还没有关联起来。怎么办呢？别急，我们的准备工作还没有做好。

右击jni目录，选择New->File，新建两个文件，取名为Android.mk和Application.mk。Android.mk中，添加如下代码：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := ndkjni
LOCAL_SRC_FILES := ndkjni.cpp
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)


Application.mk中，只要添加一行就可以了：

APP_ABI := all


关于语法方面的内容，可以参考google官方文档，这里不多废话。完成上面两个文档之后，右击jni目录，选择Link C++ Project with Gradle标签。在弹出的对话框中，定位到我们刚刚创建的Android.mk文件：

操作完成之后，我们就可以看到，我们的stringFromNDKJNI()函数不再是红色的了。说明函数已经看对眼了！好，我们来尝试运行一下：

非常完美，一个错误都没有。

本文中，我们首先了解了JNI、NDK、交叉编译这三个基本概念，这是NDK开发的基础，类似楼房地基一样的重要东西。然后，我们创建了一个包括C++的工程，并将它改成了我们自己的东西感觉非常好！