Android NDK概覽

轉載自  smoilbig 最終編輯  smoilbig

 

Google開放的Android NDK可以讓Android平台支援Native C原生代碼的開發。Android NDK（全稱是Native Developer Kit）的開發套件面向底層開發人員（喝彩。）。但是需要瞭解的是，NDK不會支援Android Framework API，Android系統也不允許一個純使用C/C++的程式出現，而是通過Java代碼嵌入Native C或者說通過JNI方式調用一個靜態庫方式執行本地（Native）代碼，最終將會打包在apk檔案中，還是要在Dalvik VM虛擬機器內運行。不過儘管如此，NDK還是為我們提供了一個高效能應用的解決方案。

所有運行在Android系統上的軟體都運行在Dalvik VM虛擬機器內，NDK可以滿足部分開發人員實現代碼的本地化，使用C/C++開發應用程式中核心的、高效率部分，使得Android上運行高效能軟體成為可能。也可以協助開發人員充分利用已有的優秀C/C++代碼，將這些代碼更快的移植到Android。

NDK提供了哪些內容。
1.一個可以將C/C++原始碼產生為本地運行庫的工具。
2.一個將本地運行庫嵌入到應用程式套件組合（.apks）的工具。
3.一套本地系統的標頭檔(.h)和庫(.lib)，將支援從Android 1.5及以後的版本。
4.當然少不了相應的文檔、樣本和教程。

NDK支援ARMv5TE機器指令組並提供穩定的標頭檔： 
    * libc, the standard C library 
    * libm, the standard math library 
    * the JNI interface 
    * libz, the common ZLib compression library 
    * liblog, used to send logcat messages to the kernel 

將普通的功能用NDK來實現，並不一定能提高應用程式的效能，但也不見得一定會提高開發的複雜度。
可以在以下情況下使用NDK:
1.對效能十分敏感的演算法
2.不需要分配太多記憶體的操作，如訊號處理，物理類比，等
3.重用現有的海量C/C++優秀代碼



同時Android developer site也提醒到：應用NDK不會與所有android程式相關。作為一個開發人員，必須衡量它眾多的優缺點，程式將會更加複雜，較小的相容性，不能訪問架構API也更加難以調試。也就是說，一些獨立並且不會分配很多記憶體的集中CPU操作的程式還是會提高效能和代碼複用的。例如訊號處理，密集的物理類比和某些類型的資料處理。

1、前言
6月26日，Google Android發布了NDK，引起了很多發人員的興趣。NDK全稱：Native Development Kit。下載地址為：http://developer.android.com/sdk/ndk/1.5_r1/index.html。

2、誤解
新出生的事物，除了驚喜外，也會給我們帶來一定的迷惑、誤解。

2.1、誤解一：NDK發布之前，Android不支援進行C開發
在Google中搜尋“NDK”，很多“Android終於可以使用C++開發”之類的標題，這是一種對Android平台編程方式的誤解。其實，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。

當然這種誤解的產生是有根源的：在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。我曾經花了不少時間，安裝交叉編譯器建立so，並通過asset（資源）方式，實現捆綁so發布。但這種方式只能屬於取巧的方式，並非官方支援。所以，在NDK出來之前，我們將“Java+C”的開發模式稱之為灰色模式，即官方既不聲明“支援這種方式”，也不聲明“不支援這種方式”。

2.2、誤解二：有了NDK，我們可以使用純C開發Android應用
Android SDK採用Java語言發布，把眾多的C開發人員排除在第三方應用開發外（注意：我們所有討論都是基於“第三方應用開發”，Android系統基於Linux，系統層級的開發肯定是支援C語言的。）。NDK的發布，許多人會誤以為，類似於Symbian、WM，在Android平台上終於可以使用純C、C++開發第三方應用了。其實不然，NDK文檔明確說明：it is not a good way。因為NDK並沒有提供各種系統事件處理支援，也沒有提供應用程式生命週期維護。此外，在本次發布的NDK中，應用程式UI方面的API也沒有提供。至少目前來說，使用純C、C++開發一個完整應用的條件還不完備。

 

3、NDK是什麼
對NDK進行了粗略的研究後，我對“NDK是什麼”的理解如下：

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）。

 

 

4、NDK帶來什麼
1、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。

使用NDK，我們可以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。 
使用NDK，我們可以將需要保密的應用邏輯使用C開發。畢竟，Java包都是可以反編譯的。 
NDK促使專業so組件商的出現。（樂觀猜想，要視乎Android使用者的數量） 
2、NDK將是Android平台支援C開發的開端。

NDK提供了的開發工具集合，使開發人員可以便捷地開發、發布C組件。同時，Google承諾在NDK後續版本中提高“可調式”能力，即提供遠端gdb工具，使我們可以便捷地調試C源碼。在支援Android平台C開發，我們能感覺到Google花費了很大精力，我們有理由憧憬“C組件支援”只是Google Android平台上C開發的開端。畢竟，C程式員仍然是碼農陣營中的絕對主力，將這部分人排除在Android應用開發之外，顯然是不利於Android平台繁榮昌盛的。

 

目前Android NDK只能編譯出動態庫.so檔案，並不是能產生.apk檔案，這裡我們簡單介紹下NDK中的Hello JNI列子。整個例子分Java和Native C兩個部分。首先是我們常用的Java端調用部分。

package com.example.hellojni;

import android.app.Activity;
import android.widget.TextView;
import android.os.Bundle;

public class HelloJni extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        TextView tv = new TextView(this);
        tv.setText( stringFromJNI() ); //如果調用失敗將會拋出 java.lang.UnsatisfiedLinkError異常
        setContentView(tv);
    } //注意下面的native關鍵字

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

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

需要注意的是這裡必須設定SDK版本為1.5或以上版本即在androidmanifest.xml檔案中指明<uses-sdk android:minSdkVersion="3" /> 這裡我們看到JNI調用無需特殊的許可權。

而在Native C/C++中我們可以直接使用C++庫，不過這裡包含了jni這個標頭檔。

#include <string.h>
#include <jni.h>

其中下面的傳回型別jstring是VM String，在jni.h標頭檔中有定義

jstring Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env, jobject thiz )
{
    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI, Android123 Test!");
}

其實很好理解的，僅僅是換個了別名而以，定義如下

typedef uint8_t         jboolean;       /* unsigned 8 bits */
typedef int8_t          jbyte;          /* signed 8 bits */
typedef uint16_t        jchar;          /* unsigned 16 bits */
typedef int16_t         jshort;         /* signed 16 bits */
typedef int32_t         jint;           /* signed 32 bits */
typedef int64_t         jlong;          /* signed 64 bits */
typedef float           jfloat;         /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double          jdouble;        /* 64-bit IEEE 754 */
#else
typedef unsigned char   jboolean;       /* unsigned 8 bits */
typedef signed char     jbyte;          /* signed 8 bits */
typedef unsigned short jchar;          /* unsigned 16 bits */
typedef short           jshort;         /* signed 16 bits */
typedef int             jint;           /* signed 32 bits */
typedef long long       jlong;          /* signed 64 bits */
typedef float           jfloat;         /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double          jdouble;        /* 64-bit IEEE 754 */
#endif

typedef jint            jsize;

還有一些調用平時注意的聲明

#define JNI_FALSE   0
#define JNI_TRUE    1

#define JNI_VERSION_1_1 0x00010001
#define JNI_VERSION_1_2 0x00010002
#define JNI_VERSION_1_4 0x00010004
#define JNI_VERSION_1_6 0x00010006

#define JNI_OK          (0)         /* no error */
#define JNI_ERR         (-1)        /* generic error */
#define JNI_EDETACHED   (-2)        /* thread detached from the VM */
#define JNI_EVERSION    (-3)        /* JNI version error */

#define JNI_COMMIT      1           /* copy content, do not free buffer */
#define JNI_ABORT       2           /* free buffer w/o copying back */

#define JNIIMPORT
#define JNIEXPORT
#define JNICALL