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Android NDK 开发教程

程序员文章站 2023-12-13 13:25:58
android ndk 是在sdk前面又加上了“原生”二字,即native development kit,因此又被google称为“ndk”。 众所周知,andro...

android ndk 是在sdk前面又加上了“原生”二字,即native development kit,因此又被google称为“ndk”。

众所周知,android程序运行在dalvik虚拟机中,ndk允许用户使用类似c / c++之类的原生代码语言执行部分程序。

ndk包括了:

从c / c++生成原生代码库所需要的工具和build files。

将一致的原生库嵌入可以在android设备上部署的应用程序包文件(application packages files ,即.apk文件)中。
支持所有未来android平台的一些列原生系统头文件和库

 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:

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:

  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 ,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:

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) the android open source project
#
# licensed under the apache license, version . (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-.
#
# 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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