Android之NDK開發

一、NDK產生的背景

Android平台從誕生起，就已經支持C、C++開發。眾所周知，Android的SDK基於Java實現，這意味著基於AndroidSDK進行開發的第三方應用都必須使用Java語言。但這並不等同於“第三方應用只能使用Java”。在AndroidSDK首次發布時，Google就宣稱其虛擬機Dalvik支持JNI編程方式，也就是第三方應用完全可以通過JNI調用自己的C動態庫，即在Android平台上，“Java+C”的編程方式是一直都可以實現的。

不過，Google也表示，使用原生SDK編程相比Dalvik虛擬機也有一些劣勢，AndroidSDK文檔裡，找不到任何JNI方面的幫助。即使第三方應用開發者使用JNI完成了自己的C動態鏈接庫（so）開發，但是so如何和應用程序一起打包成apk並發布？這裡面也存在技術障礙。比如程序更加復雜，兼容性難以保障，無法訪問Framework API，Debug難度更大等。開發者需要自行斟酌使用。

於是NDK就應運而生了。NDK全稱是NativeDevelopmentKit。

NDK的發布，使“Java+C”的開發方式終於轉正，成為官方支持的開發方式。NDK將是Android平台支持C開發的開端。

 

二、為什麼使用NDK

1.代碼的保護。由於apk的java層代碼很容易被反編譯，而C/C++庫反匯難度較大。

2.可以方便地使用現存的開源庫。大部分現存的開源庫都是用C/C++代碼編寫的。

3.提高程序的執行效率。將要求高性能的應用邏輯使用C開發，從而提高應用程序的執行效率。

4.便於移植。用C/C++寫得庫可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。

 

三、NDK簡介

1.NDK是一系列工具的集合

NDK提供了一系列的工具，幫助開發者快速開發C（或C++）的動態庫，並能自動將so和java應用一起打包成apk。這些工具對開發者的幫助是巨大的。

NDK集成了交叉編譯器，並提供了相應的mk文件隔離CPU、平台、ABI等差異，開發人員只需要簡單修改mk文件（指出“哪些文件需要編譯”、“編譯特性要求”等），就可以創建出so。

NDK可以自動地將so和Java應用一起打包，極大地減輕了開發人員的打包工作。

2.NDK提供了一份穩定、功能有限的API頭文件聲明

Google明確聲明該API是穩定的，在後續所有版本中都穩定支持當前發布的API。從該版本的NDK中看出，這些API支持的功能非常有限，包含有：C標准庫（libc）、標准數學庫（libm）、壓縮庫（libz）、Log庫（liblog）。

 

四、NDK開發環境的搭建

1.下載安裝Android NDK

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

2.下載安裝cygwin

由於NDK編譯代碼時必須要用到make和gcc，所以你必須先搭建一個linux環境，cygwin是一個在windows平台上運行的unix模擬環境,它對於學習unix/linux操作環境，或者從unix到windows的應用程序移植，非常有用。通過它，你就可以在不安裝linux的情況下使用NDK來編譯C、C++代碼了。下載地址：http://www.cygwin.com

1）然後雙擊運行吧，運行後你將看到安裝向導界面。

2）點擊下一步,此時讓你選擇安裝方式：

Install from Internet：直接從Internet上下載並立即安裝（安裝完成後，下載好的安裝文件並不會被刪除，而是仍然被保留，以便下次再安裝）。Download Without Installing：只是將安裝文件下載到本地，但暫時不安裝。Install from Local Directory：不下載安裝文件，直接從本地某個含有安裝文件的目錄進行安裝。

3）選擇第一項，然後點擊下一步。

4）選擇要安裝的目錄，注意，最好不要放到有中文和空格的目錄裡，似乎會造成安裝出問題，其它選項不用變，之後點下一步：

5）上一步是選擇安裝cygwin的目錄，這個是選擇你下載的安裝包所在的目錄，默認是你運行setup.exe的目錄，直接點下一步就可以：

6）此時你共有三種連接方式選擇：

Direct Connection：直接連接。Use IE5 Settings：使用IE的連接參數設置進行連接。Use HTTP/FTP Proxy：使用HTTP或FTP代理服務器進行連接（需要輸入服務器地址、端口號）。

用戶可根據自己的網絡連接的實情情況進行選擇，一般正常情況下，均選擇第一種，也就是直接連接方式。然後再點擊“下一步”。

7）這是選擇要下載的站點，選擇後點下一步。

8）此時會下載加載安裝包列表

9）Search是可以輸入你要下載的包的名稱，能夠快速篩選出你要下載的包。那四個單選按鈕是選擇下邊樹的樣式，默認就行，不用動。View默認是Category，建議改成full顯示全部包再查，省的一些包被隱藏掉。左下角那個復選框是是否隱藏過期包，默認打鉤，不用管它就行，下邊開始下載我們要安裝的包吧，為了避免全部下載，這裡列出了後面開發NDK用得著的包：autoconf2.1、automake1.10、binutils、gcc-core、gcc- g++、gcc4-core、gcc4-g++、gdb、pcre、pcre-devel、gawk、make共12個包

10）然後開始選擇安裝這些包吧，點skip，把它變成數字版本格式，要確保Bin項變成叉號，而Src項是源碼，這個就沒必要選了。

11）下面測試一下cygwin是不是已經安裝好了。

運行cygwin，在彈出的命令行窗口輸入：cygcheck -c cygwin命令，會打印出當前cygwin的版本和運行狀態，如果status是ok的話，則cygwin運行正常。

然後依次輸入gcc –version，g++ --version，make –version，gdb –version進行測試，如果都打印出版本信息和一些描述信息，則cygwin安裝成功！

3.配置NDK環境變量

a．首先找到cygwin的安裝目錄，找到一個home\<你的用戶名>\.bash_profile文件，我的是：E:\cygwin\home\Administrator\.bash_profile，(注意：我安裝的時候我的home文件夾下面什麼都沒有，解決 的辦法：首先打開環境變量，把裡面的用戶變量中的HOME變量刪掉，在E:\cygwin\home文件夾下建立名為Administrator的文件夾（是用戶名），然後把E:\cygwin\etc\skel\.bash_profile拷貝到該文件夾下)。

b．打開bash_profile文件，添加NDK=/cygdrive/<你的盤符>/例如：

　　NDK=/cygdrive/e/android-ndk-r5

　　export NDK

NDK這個名字是隨便取的，為了方面以後使用方便，選個簡短的名字，然後保存

c．打開cygwin，輸入cd $NDK，如果輸出上面配置的/cygdrive/e/android-ndk-r5信息，則表明環境變量設置成功了。

 

4.用NDK來編譯程序

a．現在我們用安裝好的NDK來編譯一個簡單的程序吧，我們選擇ndk自帶的例子hello-jni，我的位於E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni(根據你具體的安裝位置而定)，

b．運行cygwin，輸入命令cd /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni，進入到E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni目錄。

c．輸入$NDK/ndk-build，執行成功後，它會自動生成一個libs目錄，把編譯生成的.so文件放在裡面。($NDK是調用我們之前配置好的環境變量，ndk-build是調用ndk的編譯程序)

d．此時去hello-jni的libs目錄下看有沒有生成的.so文件，如果有，你的ndk就運行正常啦！

 

5.在eclipse中集成c/c++開發環境

a．裝Eclipse的C/C++環境插件：CDT，這裡選擇在線安裝。　　首先登錄http://www.eclipse.org/cdt/downloads.php，找到對應你Eclipse版本的CDT插件的在線安裝地址。

b．然後點Help菜單，找到Install New Software菜單

c．點擊Add按鈕，把取的地址填進去，出來插件列表後，選Select All，然後選擇下一步即可完成安裝。

d．安裝完成後，在eclispe中右擊新建一個項目，如果出現了c/c++項目，則表明你的CDT插件安裝成功啦！

 

6.配置C/C++的編譯器

a．打開eclipse，導入ndk自帶的hello-jni例子，右鍵單擊項目名稱，點擊Properties，彈出配置界面，之後再點擊Builders，彈出項目的編譯工具列表，之後點擊New，新添加一個編譯器，點擊後出現添加界面，選擇Program，點擊OK。

b．出現了添加界面，首先給編譯配置起個名字，如：C_Builder，設置Location為<你cygwin安裝路徑>\bin\bash.exe程序，例：E:\cygwin\bin\bash.exe，設置Working Directory為<你cygwin安裝路徑>\bin目錄，例如： E:\cygwin\bin，設置Arguments為--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是你當前要編譯的程序的目錄，$NDK是之前配置 的ndk的環境變量，這兩個根據你具體的安裝目錄進行配置，其他的不用變，Arguments這串參數實際是 給bash.exe命令行程序傳參數，進入要編譯的程序目錄，然後運行ndk-build編譯程序

c．接著切換到Refresh選項卡，給Refresh resources upon completion打上鉤

d．然後切換到Build Options選項卡，勾選上最後三項

e．之後點擊Specify Resources按鈕，選擇資源目錄，勾選你的項目目錄即可

f．最後點擊Finish，點擊OK一路把剛才的配置都保存下來，注意：如果你配置的編譯器在其它編譯器下邊，記得一定要點Up按鈕，把它排到第一位，否則C代碼的編譯晚於Java代碼的編譯，會造成你的C代碼要編譯兩次才能看到最新的修改。

g．編譯配置也配置完成啦，現在來測試一下是否可以自動編譯呢，打開項目jni目錄裡的hello-jni.c文件把提示Hello from JNI!改成其他的文字：如：Hello，My name is alex.，然後再模擬器中運行你的程序，如果模擬器中顯示了你最新修改的文字，那麼Congratulations！你已經全部配置成功啦！

 

五、開發自己的NDK程序

入門的最好辦法就是學習Android自帶的例子， 這裡就通過學習Android的NDK自帶的demo程序：hello-jni來達到這個目的。

1、 開發環境的搭建

1)android的NDK開發需要在linux下進行： 因為需要把C/C++編寫的代碼生成能在arm上運行的.so文件，這就需要用到交叉編譯環境，而交叉編譯需要在linux系統下才能完成。

2)安裝android-ndk開發包，這個開發包可以在google android 官網下載： 通過這個開發包的工具才能將android jni 的C/C++的代碼編譯成庫

3)android應用程序開發環境： 包括eclipse、java、 android sdk、 adt等。

如何下載和安裝android-ndk我這裡就不啰嗦了，安裝完之後，需要將android-ndk的路勁加到環境變量PATH中：

sudo gedit /etc/environment

在environment的PATH環境變量中添加你的android-ndk的安裝路勁，然後再讓這個更改的環境變量立即生效：

source /etc/environment

經過了上述步驟，在命令行下敲：

ndk-bulid

彈出如下的錯誤，而不是說ndk-build not found，就說明ndk環境已經安裝成功了。

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.代碼的編寫

1)首先是寫java代碼

建立一個Android應用工程HelloJni，創建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");
    }
}

這段代碼很簡單，注釋也很清晰，這裡只提兩點：:

static{ System.loadLibrary("hello-jni"); }

表明程序開始運行的時候會加載hello-jni, static區聲明的代碼會先於onCreate方法執行。如果你的程序中有多個類，而且如果HelloJni這個類不是你應用程序的入口，那麼hello-jni（完整的名字是libhello-jni.so）這個庫會在第一次使用HelloJni這個類的時候加載。

public native String stringFromJNI(); public native String unimplementedStringFromJNI();

可以看到這兩個方法的聲明中有 native 關鍵字， 這個關鍵字表示這兩個方法是本地方法，也就是說這兩個方法是通過本地代碼（C/C++）實現的，在java代碼中僅僅是聲明。

用eclipse編譯該工程，生成相應的.class文件，這步必須在下一步之前完成，因為生成.h文件需要用到相應的.class文件。

2)編寫相應的C/C++代碼

剛開始學的時候，有個問題會讓人很困惑，相應的C/C++代碼如何編寫，函數名如何定義？ 這裡講一個方法，利用javah這個工具生成相應的.h文件，然後根據這個.h文件編寫相應的C/C++代碼。

a.生成相應.h文件：

就拿我這的環境來說，首先在終端下進入剛剛建立的HelloJni工程的目錄：

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

可以看到目前僅僅有幾個標准的android應用程序的文件（夾）。

首先我們在工程目錄下建立一個jni文件夾：

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

下面就可以生成相應的.h文件了：

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

-classpath bin：表示類的路勁

-d jni: 表示生成的頭文件存放的目錄

com.example.hellojni.HelloJni 則是完整類名

這一步的成功要建立在已經在 bin/com/example/hellojni/ 目錄下生成了 HelloJni.class的基礎之上。現在可以看到jni目錄下多了個.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

我們來看看com_example_hellojni_HelloJni.h的內容：

　　com_example_hellojni_HelloJni.h :

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

#include 

/* 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

上面代碼中的JNIEXPORT 和 JNICALL 是jni的宏，在android的jni中不需要，當然寫上去也不會有錯。從上面的源碼中可以看出這個函數名那是相當的長啊。。。。 不過還是很有規律的， 完全按照：java_pacakege_class_mathod 形式來命名。

也就是說：

Hello.java中 stringFromJNI() 方法對應於 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 方法

HelloJni.java中的 unimplementedStringFromJNI() 方法對應於 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI() 方法

注意下其中的注釋：

Signature: ()Ljava/lang/String;

()Ljava/lang/String;()表示函數的參數為空（這裡為空是指除了JNIEnv *, jobject 這兩個參數之外沒有其他參數，JNIEnv*, jobject是所有jni函數必有的兩個參數，分別表示jni環境和對應的java類（或對象）本身），Ljava/lang/String; 表示函數的返回值是java的String對象。

 

b.編寫相應的.c文件：

　　hello-jni.c :

#include 
#include 


/* 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 !");
}

這裡只是實現了Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI方法，而 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI 方法並沒有實現，因為在HelloJni.java中只調用了stringFromJNI()方法，所以unimplementedStringFromJNI()方法沒有實現也沒關系，不過建議最好還是把所有java中定義的本地方法都實現了，寫個空函數也行啊。。。有總比沒有好。

Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 函數只是簡單的返回了一個內容為 "Hello from JNI !" 的jstring對象（對應於java中的String對象）。hello-jni.c文件已經編寫好了，現在可以把com_example_hellojni_HelloJni.h文件給刪了，當然留著也行，只是我還是習慣把不需要的文件給清理干淨了。

 

3)編譯hello-jni.c 生成相應的庫

a編寫Android.mk文件

在jni目錄下（即hello-jni.c 同級目錄下）新建一個Android.mk文件，Android.mk文件是Android 的 makefile文件，內容如下：

# 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)

這個Androd.mk文件很短，下面我們來逐行解釋下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

一個Android.mk 文件首先必須定義好LOCAL_PATH變量。它用於在開發樹中查找源文件。在這個例子中，宏函數’my-dir’, 由編譯系統提供，用於返回當前路徑（即包含Android.mk file文件的目錄）。

include $( CLEAR_VARS)

CLEAR_VARS由編譯系統提供，指定讓GNU MAKEFILE為你清除許多LOCAL_XXX變量（例如 LOCAL_MODULE, LOCAL_SRC_FILES, LOCAL_STATIC_LIBRARIES, 等等...),除LOCAL_PATH 。這是必要的，因為所有的編譯控制文件都在同一個GNU MAKE執行環境中，所有的變量都是全局的。

LOCAL_MODULE := hello-jni

編譯的目標對象，LOCAL_MODULE變量必須定義，以標識你在Android.mk文件中描述的每個模塊。名稱必須是唯一的，而且不包含任何空格。

注意：編譯系統會自動產生合適的前綴和後綴，換句話說，一個被命名為'hello-jni'的共享庫模塊，將會生成'libhello-jni.so'文件。

重要注意事項：如果你把庫命名為‘libhello-jni’，編譯系統將不會添加任何的lib前綴，也會生成 'libhello-jni.so'，這是為了支持來源於Android平台的源代碼的Android.mk文件，如果你確實需要這麼做的話。

LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

LOCAL_SRC_FILES變量必須包含將要編譯打包進模塊中的C或C++源代碼文件。注意，你不用在這裡列出頭文件和包含文件，因為編譯系統將會自動為你找出依賴型的文件；僅僅列出直接傳遞給編譯器的源代碼文件就好。

注意，默認的C++源碼文件的擴展名是’.cpp’. 指定一個不同的擴展名也是可能的，只要定義LOCAL_DEFAULT_CPP_EXTENSION變量，不要忘記開始的小圓點（也就是’.cxx’,而不是’cxx’）

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

BUILD_SHARED_LIBRARY表示編譯生成共享庫，是編譯系統提供的變量，指向一個GNU Makefile腳本，負責收集自從上次調用'include $(CLEAR_VARS)'以來，定義在LOCAL_XXX變量中的所有信息，並且決定編譯什麼，如何正確地去做。還有 BUILD_STATIC_LIBRARY變量表示生成靜態庫：lib$(LOCAL_MODULE).a， BUILD_EXECUTABLE 表示生成可執行文件。

 

b.生成.so共享庫文件

Andro文件已經編寫好了，現在可以用android NDK開發包中的 ndk-build腳本生成對應的.so共享庫了，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

可以看到已經正確的生成了libhello-jni.so共享庫了， 我們去 libs/armeabi/ 目錄下看看：

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重新編譯HelloJni工程，生成apk

eclipse中刷新下HelloJni工程，重新編譯生成apk，libhello-jni.so共享庫會一起打包在apk文件內。在模擬器中看看運行結果。