Android－NDK－r4b學習之概述

      前兩天被人問起是否瞭解Android下的NDK開發，當時懵了，之前確實聽說過這麼個工具集，但具體做什麼用，怎麼用，為什麼用都一無所知。於是決定好好學習下。NDK目前最新版本是r4b，本人學習的資料主要是NDK－r4b內建的的docs/目錄下的.txt檔案。

      Android NDK是個工具集，利用NDK可以實現在java應用中嵌入用C／C++編寫的本地代碼編譯後的二進位碼，二進位碼以動態庫的形式存在。不過，NDK只能用於1.5版本及其以後的系統。

      開發NDK的目標有三個
：一是在應用中調用通過JNI實現的本地程式（C和C++編寫）；二是對SDK起到輔助作用；三是提供一些工具和平台說明檔案。

      實現NDK第一個目標有下面幾件事要做：

      1、在應用程式中，通常是JAVA編寫的Class，用"native"關鍵字聲明需要調用的本地程式。這裡將C和C++編寫的程式稱為本地程式是相對於運行於虛擬機器（VM）上的應用而言的。如：    native byte[]  loadFile(String  filePath);

      2、提供包含1中聲明的本地程式的動態庫，並將其打包到應用程式的.apk中。動態庫的命名需要遵循UNIX的約定，採用lib<something>.so，包含JNI的進入點。如：libFileLoader.so

      3、在應用程式中顯示的載入2提供的動態庫。通常在應用程式的起始位置添加如下代碼：

          static {

                  System.loadLibrary("FileLoader");

         }

注意：這裡引用動態庫時，不需要lib首碼和.so尾碼。

      NDK對SDK的輔助作用體現在一下幾點：

            1、產生與JNI標準相容的動態庫，可以運行在ARM CPU+1.5版本及其以後的平台上。

            2、編譯產生並拷貝動態庫到應用工程的合適位置，然後自動將其添加到.apk中。運行ndk-build，會自動完成編譯和打包的工作。

            3、目前沒有提供本地代碼調試工具，在以後的版本中考慮添加通過遠程GDB串連調試的工具

     NDK提供了一套工具和檔案：

            1、一套交叉編譯工具，包括：編譯器，連接器等等，可用來在Linux, OS X and Windows (通過 Cygwin)平台上產生ARM二進位檔案。

            2、一組與Android平台支援的穩定的本地API列表相對應的系統標頭檔，在檔案docs/STABLE-APIS.TXT中有說明。這裡的穩定API是指那些能夠保證被當前及其之後版本都支援的API，因為，在Android的系統鏡像中，大部分本地系統庫並非一成不變的，可能變動很大甚至被刪除在當前系統的後續版本中。

            3、一個系統構建工具（build system），允許開發人員編寫短小的構建檔案（android.mk/application.mk）來描述需要編譯哪些源檔案、怎樣編譯。NDK將在其後續版本中繼續更新系統構建工具集、平台系統介面，而無須開發人員修改他們的構建檔案。

            另外，NDK下還提供了一套Sample，可以通過閱讀那裡面的代碼更直觀的感受NDK的開發精髓。

作為NDK的使用者，除了掌握NDK能做什麼之外，還有注意NDK作為一種工具和輔助手段，必有其局限性，如同高懸於頂上的德謨克利斯之劍
，因此，開發人員在使用時，也需要掌握一些使用規則：

            1、不要用NDK去開發通用的運行在Android裝置上的程式。尤其要強的是應用程式以及系統事件的處理常式應堅持用JAVA語言來編寫，儘管利用NDK的本地編碼方式也能編寫複雜的應用，但不推薦這樣做。根據本人的開發經驗來看，這樣做的代價實在太大，可能用JAVA幾行的代碼，用NDK的本地代碼要幾百行，這跟JNI的那套機制有關，需要通過一系列的手段在C／C++代碼中去回調JAVA代碼。

            2、對JNI介面標準有良好的理解，因為該標準下要求開發人員採取一些特殊的做法，而這些做法不是典型的本地代碼的通行操作，如：

                 1｝、本地代碼無法直接存取VM（Virtual Machine）上對象的內容。

                 2｝、當本地代碼想在JNI調用中處理VM上的對象，自己就必須顯示的進行引用管理。JNI標準支援LocalRef、GlobalRef以及WeakGlobalRef三類引用，需要本地代碼對這些引用進行適當的處理，否則會帶來記憶體泄露甚至程式崩潰的惡果。

            3、NDK之提供了Android平台支援的數量非常有限的本地API的集的系統標頭檔和庫檔案，而典型的Android系統鏡像包含了大量的其它本地動態庫，這種做法的目的是考慮到NDK中未包含的庫在Android後續版本中可能被大規模修改。因此，實際應用中，應用程式不應該依賴那些非NDK的庫。

 

      NDK開發步驟粗略概括為以下幾步：

            1、將本地代碼放在路徑：$PROJECT/jni/...，這裡的$PROJECT是指當前JAVA應用工程的頂級目錄。

            2、為本地代碼編寫Android.mk檔案，共置於$PROJECT/jni/...目錄下，該檔案是本地代碼的構建描述檔案

            3、可選項：編寫Application.mk，同樣置於$PROJECT/jni/...目錄下，該檔案更詳細的描述了工程的構建過程。儘管不是必須的，如果開發人員這麼做的話，就可以指定多個CPU平台，修改編譯和串連標誌。詳情見docs/APPLICATION-MK.TXT

            4、在$PROJECT/jni目錄下執行$NDK/ndk-build命令，完成本地代碼的構建。如果已經將NDK的安裝路徑$NDK添加到系統標準路徑中了，則可直接運行ndk-build。如果構建成功的話，產生的動態庫會被自動拷貝到當前工程目錄下的lib檔案夾中，並被添加到.apk中。

     NDK開發步驟的詳細描述如下：

            1、進行NDK開發前，首先要進行NDK的配置。NDK－r4b之前版本的配置是直接運行build/host-setup.sh來完成的。而在該版本中已經將這過程移除，因此，在build目下已經沒有host-setup.sh指令碼了。真要將下載的NDK開發包直接解壓即可，不過，為了方便使用，最好將解壓目錄添加到系統的標準路徑中，這樣就可以在系統中的任何路徑下直接使用NDK命令了。

            2、C／C++源檔案的放置：直接至於目錄$PROJECT/jni/下，如果jni目錄不存在，建立之。jni下檔案的組織是很自由的，目錄的名稱和結構不會影響應用程式產生的包，因此，開發人員不需要像應用程式套件組合裡那樣進行檔案命令。C++檔案預設的副檔名是.cpp，同時，也能處理其它類型的副檔名，詳情見docs/ANDROID-MK.TXT。當然，通過調整Android.mk檔案也可以將C/C++源檔案放在其它地方。

            3、Android.mk指令碼編寫：這是個小型的用於NDK開發的指令碼，描述NDK中本地代碼的構建。NDK將本地代碼編譯成一個或多個模組，這些模組可能是動態庫或靜態庫。值得注意的是一個Android.mk可以定義多個模組的構建，也可以為每個模組單獨編寫一個Android.mk。如果是單個Android.mk對應多模組的話，Android.mk可能會被構建系統多次讀取，因此，不要做某些變數在Android.mk中未被定義的假設。預設將Android.mk放在$PROJECT/jni目錄下，如果想將其放在子目錄下，就要在頂層目錄的Android.mk中顯示的指出來，如： include $(call all-subdir-makefiles)，這樣是告訴構建系統去遍曆當前構建檔案所在路徑子目錄下的所有Android.mk。

            4、Application.mk的編寫（可選）：相對於描述模組構建的Android.mk而言，該檔案是用來對應用程式本身構建進行描述的，描述內容通常包括：應用所需的所有模組的列表、目標CPU架構以及編譯版本（Debug 或Release），c/c++編譯標誌及其它適用於所有模組的編譯選項等可選內容。該檔案是可選的，NDK預設的會提供一個簡單的Android.mk，裡面只是列舉所有需要構建的模組，CPU架構預設的是ABI（armeabi）。Application.mk的使用有兩種方式：

                 1｝、直接放到$PROJECT/jni目錄下，ndk-build指令碼會自動讀取

                 2）、將Application.mk放到$NDK/apps/<name>/目錄下，$NDK是NDK的安裝目錄，在該目錄下通過命令：make APP=<name> 來執行該指令碼。這種方式是r4b版本之前的NDK常用的方式，為了保持相容，r4b也支援這種用法，但不建議這麼用，還是建議的一種方式，相對來說簡單，不需要關心NDK的安裝路徑。

            5、啟動NDK構建系統，兩種方法：

                 1）、使用ndk-build命令:ndk-build指令碼位於$NDK下

                 2）、使用$NDK/apps/<name>/Application.mk。這種方式在r4b以前的版本中使用，雖然在r4b中也可以用，不過不推薦。因此，使用此法比較繁瑣，需經以下步驟：

                          首先，在NDK的安裝目錄下建立子目錄$NDK/apps/<name>/，name用來向NDK構建系統描述應用，不允許帶有空格

                          其次，編寫Application.mk，共置於$NDK/apps/<name>/下，在Application.mk中需要定義APP_PROJECT_PATH，用來指向工程目錄$PROJECT

                          最後，切換到$NDK下，執行命令：make APP=<name>

 

      NDK的調試支援：NDK中提供了ndk-gdb指令碼，能很方比的啟動應用程式中的本地偵錯工作階段。本地調試僅適用於Android2.2及其之後的版本，只要應用程式開啟debuggable即可，不需要root許可權以及其它特殊存取權限。更詳細的資訊見：docs/NDK-GDB.TXT。不過，本地調試的啟動可以簡單歸納為以下幾步：

            1、確定應用的debuggable已經啟動，在AndroidManifest.xml中設定android:debuggable=true 即可；

            2、利用ndk-build構建應用程式，並將其安裝到裝置/模擬器上；

            3、在裝置/模擬器上啟動應用；

            4、在應用工程目錄$PROJECT下運行ndk-gdb

這樣就會出現gdb命令列，參照gdb使用手冊上的命令就可以進行調試了。