Android調用C程式的七葷八素

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  在安卓平台上開發應用，通用的語言是 Java ，而對於從其它平台遷移到安卓的項目、產品，或者對於慣用 C/C++ 編程的開發人員來講，會希望複用已有的 C/C++ 代碼。安卓平台提供了複用 Native 代碼的途徑，也提供了編譯 C 代碼的環境和工具鏈： NDK 。 NDK 是一套工具鏈，有了它，在安卓上使用 C 語言成為可能。其實安卓原本是在 Linux 上套了個 Java 環境，要說不能用C 那才是不可思議的事兒，只是 Google 沒完全開放而已（話說我到現在都在腹黑，為麼不能讓 C 程式員在安卓上活得自在些呢，簡直是人為製造障礙）。

  安卓平台上服用 C 代碼有兩種方式：

1. JNI
2. 原生 C 可執行程式

    JNI 方式

    JNI 原本是Java 提供的一種複用 C 代碼的架構，安卓又對此進行了一些擴充，加了個 AIDL 用在服務架構中，搞了一套工具，在使用 Android.mk 編譯時間可以根據 AIDL 檔案自動產生對應的 Java 代碼並編譯。

    使用 JNI 主要是把 C 代碼編譯成動態庫，在 Java 中調用。使用的步驟大概是這樣的：

1. 在 Java 代碼中聲明 native 方法
2. 在 JNI（橋接 C 代碼的這部分 C 代碼稱之為 JNI 層）層按照命名規則實現與 Java 層對應的本地方法
3. 在 Java 層載入 C 動態庫

    JNI 方式的例子，如 Qt on Android ，Vitamio ，還有安卓架構本身中的一些例子，如 ServiceManager ， android.util.Log 。

    原生 C 可執行程式

    安卓本是 Linux ，調用 Native 可執行程式是自然而然的途徑。 Java 也提供了語言層面的支援，Runtime.exec() 函數就是幹這個的。通過 exec() 啟動進程，可以讀取 Native 進程的標準輸出，可以向 Native 進程的標準輸入寫入資料。

    調用原生可執行程式的方式的例子， WifiManager 在串連無線網路時會通過控制介面和 wpa_supplicant （用於無線串連的 wpa_suppliacant ，是原生C可執行程式）通訊傳遞諸如掃瞄存取點、選擇網路、串連網路等指令。

    還有，有些安卓系統機頂盒上內建的寬頻撥號（PPPoE）程式，也是 C 可執行程式， Java 層的 PPPoEService 最終通過調用pppd/ppppoe 這樣一些程式來執行實際的撥號過程。

    還有，我們常說的 root ，其實也是通過調用一個叫 su 的程式來實現的。

    我們在實際開發中也可以這麼用，比如想看某個目錄下都有什麼檔案，可以直接調用 ls 命令，讀取它的標準輸出。

    Java 和 C 程式通訊問題

    我們在安卓上通過 Java 調用 C 代碼時還會遇到進程或線程間通訊的問題。

    這裡專門說下 Java 進程和 C 進程、Java 進程和 C 共用庫的通訊問題。

    有時我們的需求很簡單，阻塞式調用 C 代碼，拿到計算結果就達到目的了。比如你通過 JNI 調用 C 共用庫的一個 Hash 函數，又比如你通過 Runtime.exec() 調用一個 Native 可執行程式來計算 Hash 讀取其標準輸出獲得結果。這些情境足夠簡單，你可以不考慮 Java 和 C 共用庫或者 C Native 可執行程式間的通訊，反正是一鎚子買賣也沒啥狀態要維護的。

    但是還有一些複雜的應用，我們必須在 Java 和 C 之間建立一種長期的通訊機制。

    還是舉無線串連的例子好了，有興趣的讀者可以瀏覽 wpa_supplicant 的原始碼，它提供了基於 dbus、unix domain socket 兩種方式的控制介面。

    其實 Linux 常用的處理序間通訊機制，如 管道pipe 、socket 、訊號，也都可以用於 Java 層和 C 層的通訊，而且安卓架構就這麼用了。舉個例子，我們都很熟悉的安卓世界的第一個進程 Zygote(實際是 app_process ，啟動後更名為 Zygote )，有一個功能就是啟動 Java 進程，當我們要啟動一個 APK ，該 APK 的進程幾經輾轉最終是由 Zygote 啟動的（可以進程間共用 Java 類庫、C 共用庫，大大節省資源也加快進程啟動過程），而 Zygote 正是通過 socket 接受命令的。

    再舉個訊號的例子，我們看到很多進程管理類的應用，其實都是使用 android.os.Process 來殺進程，而 Process.kill() ，實際上就是給目標進程發送了一個訊號，非常標準的 Linux 機制。

    還有一個常用的 Java 和 C Native 可執行程式處理序間通訊的機制：標準輸入輸出。我們可以向一個進程的標準輸入寫入資料，也可以從它的標準輸出讀取資料。那麼我們就可以定義一套控制協議用來通訊。

    像管道 pipe、socket 既可以用於處理序間通訊（Java 和 C Native 可執行程式），也可以用於進程內通訊（ Java 和 C 共用庫）。那麼什麼情境下我們會這麼用呢？前面的無線串連服務程式 wpa_supplicant 可以給我們一些提示。

    假如我們用 C 實現了一個服務，而 Java 層需要經常訪問這個服務並且需要得到反饋，那麼就可以這麼幹。

    試著說一個情境，我們用 C 實現了一個可以支援並行下載的模組（單線程 select 模型），而 Java 層會頻繁地下載圖片（安卓上 Java 層貌似沒有簡單易用佔用資源又少的http 下載庫），比如一個雲相簿類的應用或視頻類應用，我們就可以把下載動作委託給 C 進程。

    處理序間通訊，安卓架構中還有一個在 Linux IPC 架構之上擴充出來的新架構 Binder ，很多 Native 系統服務使用 Binder 架構，比如 AudioFlinger ，我們在 Java 層調用 AudioManager 設定音量的功能時，最終就是通過 Binder 架構使用了 Native 系統服務 AudioFlinger 的功能，是典型的跨進程調用，但是作為 Java 程式，完全不用關心這個。

    想詳細瞭解 Binder 的讀者，可以進一步學習。這裡提一下 Binder 的限制：不是所有 C 程式都可以使用 Binder 來註冊服務，只有被授權的服務如 media.player ，media.camera 之類的 Native 系統服務才可以，如果你是系統開發，可以通過修改授權列表（通過 UID 控制）來允許你的 C 程式註冊服務，而作為應用開發人員，就別妄想了，還是考慮使用管道pipe、socket 或者標準輸入輸出穩妥些。

    編譯 C 可執行程式

    為安卓平台編譯 C 可執行程式，有幾個方法：

• 使用 NDK ，使用 Android.mk 
• 手動使用先行編譯的 gcc 編譯
• 使用 Qt 5.2 ，參考《Windows下Qt 5.2 for Android開發入門》和《Windows下Qt for Android 編譯安卓C語言可執行程式》

    在 APK 中整合和使用 C 可執行程式

    怎樣在 APK 中整合和使用一個 C 可執行程式呢？遵循下列步驟即可：

1.     可以把可執行程式放在 assets 目錄下，這樣打包成 APK 時會自動打包
2.     APK 運行時訪問 assets 檔案夾內的資源，釋放可執行程式，添加可執行許可權
3.     使用 Runtime.exec() 啟動可執行程式

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