一、NDK產生的背景
Android平台從誕生起,就已經支援C、C++開發。眾所周知,Android的SDK基於Java實現,這意味著基於Android SDK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Android SDK首次發布時,Google就宣稱其虛擬機器Dalvik支援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虛擬機器也有一些劣勢,Android SDK文檔裡,找不到任何JNI方面的協助。即使第三方應用開發人員使用JNI完成了自己的C動態連結程式庫(so)開發,但是so如何和應用程式一起打包成apk並發布?這裡面也存在技術障礙。比如程式更加複雜,相容性難以保障,無法訪問Framework API,Debug難度更大等。開發人員需要自行斟酌使用。
於是NDK就應運而生了。NDK全稱是Native Development Kit。
NDK的發布,使“Java+C”的開發方式終於轉正,成為官方支援的開發方式。NDK將是Android平台支援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.提高程式的執行效率。將要求高效能的應用邏輯使用C開發,從而提高應用程式的執行效率。
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,協助開發人員快速開發C(或C++)的動態庫,並能自動將so和java應用一起打包成apk。這些工具對開發人員的協助是巨大的。
NDK整合了交叉編譯器,並提供了相應的mk檔案隔離CPU、平台、ABI等差異,開發人員只需要簡單修改mk檔案(指出“哪些檔案需要編譯”、“編譯特性要求”等),就可以建立出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標頭檔聲明
Google明確聲明該API是穩定的,在後續所有版本中都穩定支援當前發布的API。從該版本的NDK中看出,這些API支援的功能非常有限,包含有:C標準庫(libc)、標準數學庫(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平台上啟動並執行unix類比環境,它對於學習unix/linux作業環境,或者從unix到windows的應用程式移植,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。:http://www.cygwin.com
1)然後雙擊運行吧,運行後你將看到安裝嚮導介面。
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,下載好的安裝檔案並不會被刪除,而是仍然被保留,以便下次再安裝)。
- Download Without Installing:只是將安裝檔案下載到本地,但暫時不安裝。
- Install from Local Directory:不下載安裝檔案,直接從本地某個含有安裝檔案的目錄進行安裝。
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,預設是你運行setup.exe的目錄,直接點下一步就可以:
6)此時你共有三種串連方式選擇:
- Direct Connection:直接連接。
- Use IE5 Settings:使用IE的串連參數設定進行串連。
- Use HTTP/FTP Proxy:使用HTTP或FTPProxy 伺服器進行串連(需要輸入伺服器位址、連接埠號碼)。
使用者可根據自己的網路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)這是選擇要下載的網站,選擇後點下一步。
8)此時會下載載入安裝包列表
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。那四個選項按鈕是選擇下邊樹的樣式,預設就行,不用動。View預設是Category,建議改成full顯示全部包再查,省的一些包被隱藏掉。左下角那個複選框是是否隱藏到期包,預設打鉤,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,在彈出的命令列視窗輸入:cygcheck -c cygwin命令,會列印出當前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,如果都列印出版本資訊和一些描述資訊,則cygwin安裝成功!
3.配置 NDK 環境變數
a.首先找到 cygwin 的安裝目錄,找到一個 home\< 你的使用者名稱 >\.bash_profile 檔案,我的是:E:\cygwin\home\Administrator\.bash_profile , ( 注意:我安裝的時候我的 home 檔案夾下面什麼都沒有,解決 的辦法:首先開啟環境變數,把裡面的使用者變數中的 HOME 變數刪掉,在 E:\cygwin\home 檔案夾下建立名為Administrator 的檔案夾(是使用者名稱),然後把 E:\cygwin\etc\skel\.bash_profile 拷貝到該檔案夾下 ) 。
b.開啟 bash_profile 檔案,添加 NDK=/cygdrive/< 你的盤符 >/<android ndk 目錄 > 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,然後儲存
c.開啟 cygwin ,輸入 cd $NDK ,如果輸出上面配置的 /cygdrive/e/android-ndk-r5 資訊,則表明環境變數設定成功了。
4.用 NDK 來編譯器
a.現在我們用安裝好的 NDK 來編譯一個簡單的程式吧,我們選擇 ndk 內建的例子 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 $NDK/ndk-build ,執行成功後,它會自動產生一個 libs 目錄,把編譯產生的 .so 檔案放在裡面。 ($NDK是調用我們之前配置好的環境變數, ndk-build 是調用 ndk 的編譯器 )
d.此時去 hello-jni 的 libs 目錄下看有沒有產生的 .so 檔案,如果有,你的 ndk 就運行正常啦!
5.在 eclipse 中整合 c/c++ 開發環境
a.裝 Eclipse 的 C/C++ 環境外掛程式: CDT ,這裡選擇線上安裝。 首先登入 http://www.eclipse.org/cdt/downloads.php ,找到對應你 Eclipse 版本的 CDT 外掛程式 的線上安裝地址。
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,出來外掛程式列表後,選 Select All ,然後選擇下一步即可完成安裝。
d.安裝完成後,在 eclispe 中右擊建立一個項目,如果出現了 c/c++ 項目,則表明你的 CDT 外掛程式安裝成功啦!
6.配置 C/C++ 的編譯器
a.開啟 eclipse ,匯入ndk 內建的hello-jni 例子,按右鍵項目名稱,點擊 Properties ,彈出配置介面,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,點擊後出現添加介面,選擇 Program ,點擊 OK。
b.出現了添加介面,首先給編譯配置起個名字,如: C_Builder,設定 Location 為 < 你 cygwin 安裝路徑 >\bin\bash.exe 程式,例:E:\cygwin\bin\bash.exe ,設定Working Directory為<你 cygwin 安裝路徑 >\bin 目錄,例如: E:\cygwin\bin,設定 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式的目錄, $NDK 是之前配置 的 ndk 的環境變數,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 命令列程式傳參數,進入要編譯的程式目錄,然後運行 ndk-build 編譯器
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,選擇資來源目錄,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儲存下來,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,開啟項目 jni 目錄裡的 hello-jni.c 檔案把提示 Hello from JNI! 改成其他的文字:如: Hello , My name is alex. ,然後再模 擬器中運行你的程式,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程式
入門的最好辦法就是學習Android內建的例子, 這裡就通過學習Android的NDK內建的demo程式: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++編寫的代碼產生能在arm上啟動並執行.so檔案,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應用程式開發環境: 包括eclipse、java、 android sdk、 adt等。
如何下載和安裝android-ndk我這裡就不囉嗦了,安裝完之後,需要將android-ndk的路勁加到環境變數PATH中:
sudo gedit /etc/environment
在environment的PATH環境變數中添加你的android-ndk的安裝路勁,然後再讓這個更改的環境變數立即生效:
source /etc/environment
經過了上述步驟,在命令列下敲:
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,建立HelloJni.java檔案:
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"); }
表明程式開始啟動並執行時候會載入hello-jni, static區聲明的代碼會先於onCreate方法執行。如果你的程式中有多個類,而且如果HelloJni這個類不是你應用程式的入口,那麼hello-jni(完整的名字是libhello-jni.so)這個庫會在第一次使用HelloJni這個類的時候載入。
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,產生相應的.class檔案,這步必須在下一步之前完成,因為產生.h檔案需要用到相應的.class檔案。
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這個工具產生相應的.h檔案,然後根據這個.h檔案編寫相應的C/C++代碼。
a. 產生相應.h檔案:
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查看工程檔案
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準的android應用程式的檔案(夾)。
首先我們在工程目錄下建立一個jni檔案夾:
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
下面就可以產生相應的.h檔案了:
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: 表示產生的標頭檔存放的目錄
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/ 目錄下產生了 HelloJni.class的基礎之上。現在可以看到jni目錄下多了個.h檔案:
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 <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白(這裡為空白是指除了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; 表示函數的傳回值是java的String對象。
b. 編寫相應的.c檔案:
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 !");
}
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係,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檔案已經編寫好了,現在可以把com_example_hellojni_HelloJni.h檔案給刪了,當然留著也行,只是我還是習慣把不需要的檔案給清理乾淨了。
3)編譯hello-jni.c 產生相應的庫
a 編寫Android.mk檔案
在jni目錄下(即hello-jni.c 同級目錄下)建立一個Android.mk檔案,Android.mk 檔案是Android 的 makefile檔案,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檔案很短,下面我們來逐行解釋下:
LOCAL_PATH := $(call my-dir)
一個Android.mk 檔案首先必須定義好LOCAL_PATH變數。它用於在開發樹中尋找源檔案。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檔案的目錄)。
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變數(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檔案都在同一個GNU MAKE執行環境中,所有的變數都是全域的。
LOCAL_MODULE := hello-jni
編譯的目標對象,LOCAL_MODULE變數必須定義,以標識你在Android.mk檔案中描述的每個模組。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首碼和尾碼,換句話說,一個被命名為'hello-jni'的共用庫模組,將會產生'libhello-jni.so'檔案。
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首碼,也會產生 'libhello-jni.so',這是為了支援來源於Android平台的原始碼的Android.mk檔案,如果你確實需要這麼做的話。
LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c
LOCAL_SRC_FILES變數必須包含將要編譯打包進模組中的C或C++原始碼檔案。注意,你不用在這裡列出標頭檔和包含檔案,因為編譯系統將會自動為你找出依賴型的檔案;僅僅列出直接傳遞給編譯器的原始碼檔案就好。
注意,預設的C++源碼檔案的副檔名是’.cpp’. 指定一個不同的副檔名也是可能的,只要定義LOCAL_DEFAULT_CPP_EXTENSION變數,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表示編譯產生共用庫,是編譯系統提供的變數,指向一個GNU Makefile指令碼,負責收集自從上次調用'include $(CLEAR_VARS)'以來,定義在LOCAL_XXX變數中的所有資訊,並且決定編譯什麼,如何正確地去做。還有 BUILD_STATIC_LIBRARY變數表示產生靜態庫:lib$(LOCAL_MODULE).a, BUILD_EXECUTABLE 表示產生可執行檔。
b. 產生.so共用庫檔案
Andro檔案已經編寫好了,現在可以用android NDK開發包中的 ndk-build指令碼產生對應的.so共用庫了,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產生了libhello-jni.so共用庫了, 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,產生apk
eclipse中重新整理下HelloJni工程,重新編譯產生apk,libhello-jni.so共用庫會一起打包在apk檔案內。在模擬器中看看運行結果。
參考資料:
http://blog.csdn.net/hhao137/article/details/4304664
http://www.cnblogs.com/hibraincol/archive/2011/05/30/2063847.html
http://yueguc.iteye.com/blog/946724
http://www.cnblogs.com/hibraincol/archive/2011/05/30/2063847.html