## C++（CPP）在Android开发中的应用 ## #### 使用纯Java开发App的缺点 ### - 在某些场合下，使用纯Java开发Android应用程序不完美，比如： - 有高性能算法，Java语言无法满足 - 有跨平台需求，希望将App移植到iOS（现在很多设计都是C语言和C++来写底层，Android来写界面） - 已有代码的重用 #### 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++库反编译难度较大。 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。 ### 引入NDK #### - 早在Android 1.6(2009年)时，google就提供了NDK（native development kit），NDK包括了一套Android的交叉编译环境和开发库，利用它可以编写C/C++程序，并编译成Android环境下使用的动态库，Java代码通过Jni规范，调用C/C++写的动态库。 - NDK - NDK是一系列工具的集合。 - 它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。它集成了交叉编译器，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。它可以自动地将so和Java应用一起打包，极大地减轻了开发人员的打包工作。 - NDK 提供了一份稳定、功能有限的API 头文件声 - 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）。 - JNI - JavaNative Interface (JNI)标准是java平台的一部分，JNI是Java语言提供的Java和C/C++相互沟通的机制，Java可以通过JNI调用本地的C/C++代码，本地的C/C++的代码也可以通过JNI调用java代码。JNI 是本地编程接口，Java和C/C++互相通过的接口。Java通过C/C++使用本地的代码的一个关键性原因在于C/C++代码的高效性。 - 总结 - NDK就是为我们生成了c/c++的动态链接库而已，JNI只不过是java和c沟通的工具，两者与Android没有半毛钱关系，只因为安卓是java程序开发然后jni又能与c沟通，所以使“Java+C”的开发方式终于转正。 - Android是JVM架设在Linux之上的架构。所以无论如何，在Linux OS层面，都应该可以跑C/C++程序。 - Android Native C就是使用C/C++程序直接跑到Linux OS层面上的程序。与其它平台类似，只需要交叉编译后。并得到Linux OS root权限，就可以直接跑起来了。 - 官方定义：Android NDK 是一套允许您使用原生代码语言（例如 C 和 C++）实现部分应用的工具集。在开发某些类型应用时，这有助于您重复使用以这些语言编写的代码库。 - 目前最新的Android Studio 2.2中，集成了C/C++开发环境，开发人员在使用C/C++更加简单了。（以前，写Android的jni库时，需要用到Android.mk，Application.mk这些配置，来交叉编译） - Android.mk，负责配置如下内容： - （1） 模块名（LOCAL_MODULE） - （2） 需要编译的源文件（LOCAL_SRC_FILES） - （3） 依赖的第三方库（LOCAL_STATIC_LIBRARIES，LOCAL_SHARED_LIBRARIES） - （4） 编译/链接选项（LOCAL_LDLIBS、LOCAL_CFLAGS） - Application.mk，负责配置如下内容： - （1） 目标平台的ABI类型（默认值：armeabi）（APP_ABI） -  - （2） Toolchains（默认值：GCC 4.8） - （3） C++标准库类型（默认值：system）（APP_STL） - （4） release/debug模式（默认值：release） - [NDK中文官方开发技术文档 ](https://developer.android.google.cn/ndk/index.html) - NDK下载地址 - [NDK 下载 ](https://developer.android.google.cn/ndk/downloads/index.html) - [AndroidDevTools](http://www.androiddevtools.cn/)（随时更新官网最新版本） - [官方下载](https://developer.android.com/ndk/downloads/index.html)（需要翻墙，而且翻墙后网站的NDK版本都不是最新版本） - 网友找到的一些版本----[NDK各个版本链接](http://blog.csdn.net/shuzfan/article/details/52690554) - 也可以打开---AndroidDevTools网站的上各个大学的镜像网站，找到Android，点击repository。可以看到最新最全的各个版本（包括sdk、sdktools、platform、platform-tools、Android源码等等官网上所持有的所有的资源），如下图是打开的大连东软信息学院镜像服务器中的Android资源 - 注意：NDK的r10版本以上，就已经集成了Cygwin的UNIX虚拟机的功能，不需要安装Cygwin的UNIX环境 -  - - 下载完成，解压到自己认为合适的目录，**注意：目录路径中不能有中文和空格** ###创建NDK项目（支持 C/C++ 的新项目）（project） - 创建项目过程中，遇到问题，建议参考官网文章----[向您的项目添加 C 和 C++ 代码](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html)（貌似需要翻墙，没法翻墙的可以查看[在 Android Studio 2.2 中愉快地使用 C/C++ ](http://blog.csdn.net/wl9739/article/details/52607010)），而且这篇文章提到以下几点 - Android Studio 用于构建原生库的默认工具是 CMake。由于很多现有项目都使用构建工具包编译其原生代码，Android Studio 还支持 [ndk-build](https://developer.android.com/ndk/guides/ndk-build.html)。如果您想要将现有的 ndk-build 库导入到您的 Android Studio 项目中，请参阅介绍如何配置 Gradle 以[关联到您的原生库](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html#link-gradle)的部分。不过，如果您在创建新的原生库，则应使用 CMake。 - 下载 NDK 和构建工具 要为您的应用编译和调试原生代码，您需要以下组件： - [Android 原生开发工具包 (NDK)](https://developer.android.com/ndk/index.html)：这套工具集允许您为 Android 使用 C 和 C++ 代码，并提供众多平台库，让您可以管理原生 Activity 和访问物理设备组件，例如传感器和触摸输入。 - [CMake](https://cmake.org/)：一款外部构建工具，可与 Gradle 搭配使用来构建原生库。如果您只计划使用 ndk-build，则不需要此组件。[使用CMake变量](https://developer.android.com/ndk/guides/cmake.html#variables) - [LLDB](http://lldb.llvm.org/)：一种调试程序，Android Studio 使用它来[调试原生代码](https://developer.android.com/studio/debug/index.html) - 您可以使用 SDK 管理器安装这些组件： - 在打开的项目中，从菜单栏选择 Tools > Android > SDK Manager。 - 点击 SDK Tools 标签。 - 选中 LLDB、CMake 和 NDK 旁的复选框，如图所示。 -  #### 创建NDK项目（支持 C/C++ 的新项目）（project）或者在一个已存在的项目中创建NDK module #### - 创建一个NDK项目 - 创建支持原生代码的项目与创建任何其他 Android Studio 项目类似，不过还需要额外几个步骤：把 Include C++ support的勾打上  - 一直next，直到出一个左边一大白色C++的方形框时，表示这是一个C++的项目，右边选择C++标准，可以选择默认的Toolchain Default，同时可以选择C++11，因为C++11有更多的新特性和功能。，一般选择C++11。  - 点击Finish后，进入工程目录，如图所示，除了java文件夹外多了一个cpp文件夹，cpp就是存放c和c++代码的文件夹，如下图所示  - 同时，下面为CMakeLists.txt和build.gradle中的内容 - CMakeLists.txt（注释部分已删除） -  - build.gradle中的内容 -  - PS：如果在创建project时，没有勾选，就只是一个简单的AS的Android项目，这时如果想要创建C++项目，可以参考下面的在module中 - 如何在一个module中添加CPP组件，创建原生源文件 - 一般，我们的项目创建时并不是一个C++项目，而是一个Android普通的项目，如果需要用到NDK，JNI方面的，这时就需要添加CPP组件，原生源文件，之前都是用ndk-build命令来进行NDK开发，所以正如上面这篇文章（向您的项目添加 C 和 C++ 代码）所述---->由于很多现有项目都使用构建工具包编译其原生代码，Android Studio 还支持 ndk-build（已非主流，过时）。如果您想要将现有的 ndk-build 库导入到您的 Android Studio 项目中，请参阅介绍如何配置 Gradle 以关联到您的原生库的部分。不过，如果您在创建新的原生库，则应使用 CMake。但是还是推荐使用CMake，因为在Android2.2以后的版本，进行JNI开发，更方便 - 同样，我们需要认真阅读[《向您的项目添加 C 和 C++ 代码》](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html)的---->”向现有项目添加 C/C++ 代码“这一小章节，注意CMake构建的脚本 CMakeLists.txt中的内容和build.gradle中的注意细节，一定要认真阅读[《向您的项目添加 C 和 C++ 代码》](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html)，或者可以参考上面创建C++项目的build.gradle和CMakeLists.txt中的内容。 #### 添加 NDK API #### - Android NDK 提供了一套实用的原生 API 和库。通过将 [NDK 库](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html)包含到项目的 CMakeLists.txt 脚本文件中，您可以使用这些 API 中的任意一种。 - [NDK 库（Android NDK 原生 API）](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html) - [概览](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#purpose) - [主要的原生 API 更新](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#mnu)（[Android平台版本对应的API等级](https://developer.android.com/guide/topics/manifest/uses-sdk-element.html#ApiLevels)） - [Android API 级别 3](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a3) - [Android API 级别 4](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a4) - [Android API 级别 5](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a5) - [Android API 级别 8](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a8) - [Android API 级别 9](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a9) - 从 API 级别 9 开始，您可以使用原生代码编写整个 Android 应用，无需使用任何 Java。注：在原生代码中编写您的应用本身并不能让您的应用在 VM 中运行。 此外，您的应用仍必须通过 JNI 访问 Android 平台的大部分功能 - [Android API 级别 14](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a14) - [Android API 级别 18 ](https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html#a18) #### JNI规范 #### - 在进行NDK开发时，阅读官网的《[向您的项目添加 C 和 C++ 代码](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html)》涉及到的[Android 的 JNI 提示](https://developer.android.com/training/articles/perf-jni.html)，而在[Android 的 JNI 提示](https://developer.android.com/training/articles/perf-jni.html)中又涉及到了[JNI规范](http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html)，来了解JNI如何工作，以及JNI的特点。 - 早已有大神将官方的文档翻译（可以说是摘抄）到自己的博客了 - [《Java 本地接口规范》](http://blog.csdn.net/zhanghw0917/article/details/7000377) - [《Java 本地接口规范》- 简介 ](http://blog.csdn.net/snowdream86/article/details/6886954) - [已整理的目录篇](http://116.196.111.149:8080/jni.htm) #### APK分析仪 #### - 如果您想要验证 Gradle 是否已将原生库打包到 APK 中，可以使用[APK分析器 ](https://developer.android.com/studio/build/apk-analyzer.html) - 步骤 - 选择 Build > Analyze APK。 - 从 app/build/outputs/apk/ 目录中选择 APK 并点击 OK。 - 如下图所示，您会在 APK 分析器窗口的 lib/<ABI>/ 下看到 编译好的动态库`libnative-lib.so`。 -  - 提示：如果您想要试验使用原生代码的其他 Android应用，请点击 File>New>Import Sample 并从Ndk列表中选择示例项目。 #### 指定 ABI #### - APP_ABI - ABI全称是：Application binary interface，即：应用程序二进制接口，它定义了一套规则，允许编译好的二进制目标代码在所有兼容该ABI的操作系统和硬件平台中无需改动就能运行。（具体的定义请参考 [百度百科](https://baike.baidu.com/item/ABI/10912305#viewPageContent) 或者 维基百科 ） - 由上述定义可以判断，ABI定义了规则，而具体的实现则是由编译器、CPU、操作系统共同来完成的。不同的CPU芯片（如：ARM、Intel x86、MIPS）支持不同的ABI架构，常见的ABI类型包括：armeabi，armeabi-v7a，x86，x86_64，mips，mips64，arm64-v8a等。 - 这就是为什么我们编译出来的可以运行于Windows的二进制程序不能运行于Mac OS/Linux/Android平台了，因为CPU芯片和操作系统均不相同，支持的ABI类型也不一样，因此无法识别对方的二进制程序。 - 而我们所说的“**交叉编译**（在一个平台上去编译另一个平台上可以执行的本地代码）”的核心原理也跟这些密切相关，交叉编译，就是使用交叉编译工具，在一个平台上编译生成另一个平台上的二进制可执行程序，为什么可以做到？因为交叉编译工具实现了另一个平台所定义的ABI规则。我们在Windows/Linux平台使用Android NDK交叉编译工具来编译出Android平台的库也是这个道理。 - 支持的 ABI（每个 ABI 支持一个或多个指令集。下图提供每个 ABI 支持的指令集概览。） -  - 默认情况下，Gradle 会针对 [NDK 支持的 ABI](https://developer.android.com/ndk/guides/abis.html#sa) 将您的原生库构建到单独的 .so 文件中，并将其全部打包到您的 APK 中。如果您希望 Gradle 仅构建和打包原生库的特定 ABI 配置，您可以在模块级 build.gradle 文件中defaultConfig节点内使用 ndk.abiFilters 标志指定这些配置，如下所示：  - 在大多数情况下，您只需要在 ndk {} 块中指定 abiFilters（如上所示），因为它会指示 Gradle 构建和打包原生库的这些版本。不过，如果您希望控制 Gradle 应当构建的配置，并独立于您希望其打包到 APK 中的配置，请在 defaultConfig.externalNativeBuild.cmake {} 块（或 defaultConfig.externalNativeBuild.ndkBuild {} 块中）配置另一个 abiFilters 标志。Gradle 会构建这些 ABI 配置，不过仅会打包您在 defaultConfig.ndk{} 块中指定的配置。 - 为了进一步降低 APK 的大小，请考虑[配置 ABI APK 拆分](https://developer.android.com/studio/build/configure-apk-splits.html#configure-abi-split)，而不是创建一个包含原生库所有版本的大型 APK，Gradle 会为您想要支持的每个 ABI 创建单独的 APK，并且仅打包每个 ABI 需要的文件。如果您配置 ABI 拆分，但没有像上面的代码示例一样指定 abiFilters 标志，Gradle 会构建原生库的所有受支持 ABI 版本，不过仅会打包您在 ABI 拆分配置中指定的版本。为了避免构建您不想要的原生库版本，请为 abiFilters 标志和 ABI 拆分配置提供相同的 ABI 列表。 #### 从 ndkCompile 迁移 #### - 如果您使用已过时的ndkCompile ，你应该迁移---使用 CMake 或 ndk-build 生成。因为ndkCompile生成的中间文件Android.mk 给你，迁移到ndk-build 可能是一个简单的选择。 - 从ndkCompile迁移到ndk-build，进行如下操作： 1. 使用ndkCompile，至少一次，通过Build > Make Project， 来编译项目，这将为您生成Android.mk文件。 2. 通过 `project-root/module-root/build/intermediates/ndk/debug/Android.mk. `到找到的自动生成的Android.mk 文件。 3. 迁移Android.mk 文件到其他的目录，比如和module下的build.gradle同一等级的目录，这将确保 clean时，Gradle 并不会删除该脚本文件， 4. 打开Android.mk文件并编辑脚本中的任何路径，这样，他们是相对于当前脚本文件的位置。 5. [Link Gradle to the Android.mk file. ](https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html#link-gradle) 6. 禁用ndkCompile 通过打开build.properties文件并删除以下行：`android.useDeprecatedNdk = true` 7. 通过单击工具栏中的Sync Project ，应用这些改变。 #### 需要注意的几点 #### - CMakeLists.txt脚本文件，`Android.mk`，`Application.mk`，这2个文件全是通过CMakeLists.txt来写；如果项目目录的CPP文件夹下有N个原生源文件，那么CMakeLists.txt中的add_library中就要对应有N个路径，类似于native-lib.cpp ，对应的add_library就对应的`src/main/cpp/native-lib.cpp`，如果CPP有test.cpp，则add_library对应有`src/main/cpp/test.cpp`；这就是编译的配置，而且相互之间空格隔开； - 这配置和module目录下的build.gradle的`android--->externalNativeBuild--->cmake--->path "CMakeLists.txt"，`编译build时，通过这个路径path，找到CMakeLists.txt里面的构建命令，这是相互对应的。CMake是Unix自动化固件，跨平台 - find_library是链接静态库，如果有其他的.so库，就写在find_library节点内。 - 在使用Cmake插件之前，是在module目录下的build.gradle中配置NDK选项，以后就不需要在module目录下的build.gradle中NDK，因为这些操作，都在CMakeLists.txt中配置好了 #### 具体的创建工程 #### - JNI知识总结 - cpp中原生源文件（.c、.cpp）方法名的命名规则 - 这里的命名规则只适用于跟java 文件中的native 方法相对应C 语言函数，而C 语言中的其他函数命名只要符合C 语言规则就行。java 文件中的native 方法有N个，对应的源文件中就有N个函数，来实现native方法。 - C++调用Java #### Java和C++字符串转换 #### - JNI 基本类型和本地等效类型的对应表格如下：  - 引用类型，JNI 还包含了很对对应于不同Java 对象的引用类型，JNI 引用类型的组织层次如下图  - Java中任何一种类型，在Jni中都有一种对应的类型，比如：String--->jstring，但是Java中String是双字节的，在C++中不是双字节的，这就涉及到一个字符串转换，编码的转换 - string转换为jstring ~~~ jstring c2j(JNIEnv* env, string cstr) { return env->NewStringUTF(cstr.c_str()); } ~~~ - jstring转换为string ~~~ string j2c(JNIEnv* env, jstring jstr) { string ret; jclass stringClass = env->FindClass("java/lang/String"); jmethodID getBytes = env->GetMethodID(stringClass, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B"); // 把参数用到的字符串转化成java的字符 jstring arg = c2j(env, "utf-8"); jbyteArray jbytes = (jbyteArray)env->CallObjectMethod(jstr, getBytes, arg); // 从jbytes中，提取UTF8格式的内容 jsize byteLen = env->GetArrayLength(jbytes); jbyte* JBuffer = env->GetByteArrayElements(jbytes, JNI_FALSE); // 将内容拷贝到C++内存中 if(byteLen > 0) { char* buf = (char*)JBuffer; std::copy(buf, buf+byteLen, back_inserter(ret)); } // 释放 env->ReleaseByteArrayElements(jbytes, JBuffer, 0); return ret; } ~~~ - jstring转换成c语言的char* 类型  #### javah和javap - javah - 开发时，Java代码中native声明了本地方法，由于本地方法没有方法体，需要到cpp文件中完善对应的本地方法，但是cpp中原生源文件（.c、.cpp）对应本地方法的方法名的命名很麻烦，如果一个一个来写，可能会出错，这时，可以使用javah来生成一个头文件，该头文件中直接写好了Java代码的本地方法对应的cpp中方法命名，可以直接复制到cpp文件中，这样便捷高效。 - javah用于生成native接口定义，比如`javah com.wsc.wangsc.ndktest.Jni ` -  -  - jni类中native方法和.h头文件中对应的方法如下图红色方框 -  -  - 这样可以直接复制.h头文件中方法命名到cpp文件中 - javap - javap作用 1. 反编译 2. 生成函数签名 - javap用于生成java函数的签名，比如 `javap -s Jni`