Android 使用JNI NDK进行C++开发

Jafar2022
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为什么要用 C++，什么时候该用 C++，及如何学习 C++

C++意义以及优势

  • C++ 是一门多范式的通用编程语言。多范式，是因为 C++ 支持面向过程编程，也支持面向对象编程，也支持泛型编程，新版本还可以说是支持了函数式编程。同时，上面这些不同的范式，都可以在同一项目中组合使用，这就大大增加了开发的灵活性。因此，C++ 适用的领域非常广泛，小到嵌入式，大到分布式服务器，到处可以见到 C++ 的身影
  • C++ 需要的代码行数一般是 Python 的三倍左右，而性能则可以达到 Python 的十倍以上。

C++应用

  • 大型桌面应用程序（如 Adobe Photoshop、Google Chrome 和 Microsoft Office）
  • 大型网站后台（如 Google 的搜索引擎）
  • 游戏（如 StarCraft）和游戏引擎（如 Unreal 和 Unity）
  • 编译器（如 LLVM/Clang 和 GCC）
  • 解释器（如 Java 虚拟机和 V8 JavaScript 引擎）
  • 实时控制（如战斗机的飞行控制和火星车的自动驾驶系统）
  • 视觉和智能引擎（如 OpenCV、TensorFlow）
  • 数据库（如 Microsoft SQL Server、MySQL 和 MongoDB）

什么时候该用C++？

  • 当你的软件属于运算密集或者内存密集型，你需要性能、且愿意为性能付出额外代价的时候，应该考虑用 C++，特别在你的代码需要部署在多台服务器或者移动设备的场合。反之，如果性能不会成为你开发的软件的瓶颈，那 C++ 可能就不是一个最合适的工具。

什么是JNI

JNI（Java Native Interface）

  • Java原生接口，是Java和其他原生代码语言（例如 C 和 C++）通信的桥梁。

NDK（Native Development Kit）

  • 原生开发工具集，是一套允许您使用原生代码语言（例如 C 和 C++）实现程序功能的工具集。

ABI（Application Binary Interface）：

  • 应用程序二进制接口，不同的CPU支持不同的指令集，CPU与指令集的每种组合都有其自己的应用二进制接口（或ABI），ABI可以非常精确地定义应用的机器代码在运行时如何与系统交互。
  • 支持的ABI：armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a、x86、x86_64、mips、mips64

CMake

  • Android推荐使用的NDK构建工具，从AS 2.2版本之后开始支持（包含2.2版本）

环境搭建

在SDK Tools中安装以下组件：

  • Cmake：NDK构建工具
  • LLDB：NDK调试工具
  • NDK：NDK开发工具集

image.png

  • 最新版本的Android Studio没找到LLDB开启的位置

使用Android Studio创建C++项目

image.png

选项解释

image.png

  • C++ Standard：C++标准，选择【Toolchain Default】会使用默认的CMake配置。

NDK项目创建完成之后，目录解释

image.png

先看build.gradle文件与普通的Android项目的区别

  • 发现多了externalNativeBuild以及cmake的配置 image.png

  • 主要定义了CMake的构建脚本CMakeLists.txt的路径

  • defaultConfig下多了一些配置 image.png

  • 主要配置了Cmake的命令参数

CMake的构建脚本CMakeLists.txt

CMakeLists.txt是CMake的构建脚本

分析CMakeLists.txt文件里面代码的含义

# 设置Cmake的最小版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1)

# 编译library
add_library(

        # 设置Library的名称.
        mnn516

        # 设置library模式
        # SHARED模式会编译so文件，STATIC模式不会编译
        SHARED

        # 设置原生代码路径.
        native-lib.cpp)

# 定位library
find_library(

        # Sets the name of the path variable.
        log-lib

        # 将library路径存储为一个变量，可以在其他地方用这个变量引用NDK库
        # 在这里设置变量名称
        log)

# 关联library
target_link_libraries( # Specifies the target library.
        mnn516

        # Links the target library to the log library
        # included in the NDK.
        ${log-lib})

原生代码native-lib.cpp

  • Android提供了一个简单的JNI交互Demo，返回一个字符串给Java层，方法名是通过 Java_包名_类名_方法名 的方式命名的：
#include <jni.h>
#include <string>

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_mnn516_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

Java调用

package com.example.mnn516;

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

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

public class MainActivityDemo extends AppCompatActivity {

    /**
     * 加载Library
     */
    static {
        System.loadLibrary("mnn516");
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main_demo);

        initUI();
    }

    /**
     * 声明一个公共的native方法以供cpp文件去实现
     * @return
     */
    public native String stringFromJNI();

    /**
     * Java调用公共的native方法以获得c++那边的返回值
     */
    private void initUI() {
        TextView tv = findViewById(R.id.mTv);
        tv.setText(stringFromJNI());
    }
}

生成so包

首先设置编译模式为编译完生成so包

image.png

然后build之后，就可以在下面图面的目录中找到对应架构的so包了

image.png

生成的so包如何在其他项目中使用？

在app下的src文件夹下的main文件夹下创建jniLibs即可

image.png

关于为什么要在指定目录下创建jniLibs这个文件夹名字的问题其实是有点意思的

这里有一些潜规则以及坑点或者说让人迷惑的东西

  • 是因为如果你按照上面的目录结构去导入so包，那么不用任何修改，项目就可以加载到so包，否则你需要指定so包的加载路径才可以
  • 如果不按照上面的路径去导入so包，那么项目就会报错so包找不到
  • 如果你非要放在其他目录下，并且so包文件夹的名字也要自己起名字，那么就需要配置一下了
  • 配置规则如下：
  • 比如你修改为libs，那么就需要在build.gradle下重新指定一下

image.png

第二个坑点

so包加载好了，我们就需要调用so包里边的C++函数了

调用之前我们首先要确定几点

  • 需要知道so包里边的函数的完整名字
  • 例如：so包里的函数名字是这样的
Java_com_example_mnn516_MainActivityDemo_stringFromJNI
  • 那么我们需要在我们的项目里创建包名为com.example.mnn516文件名字为MainActivityDemo的调用文件，然后这个文件中声明native方法，方法名为stringFromJNI
  • 假设你不这么做，那么又会给你报错，该方法找不到。。。。。
  • 所以，针对上面的so包中的方法名，我做了以下的操作，创建相同的包名、文件名、并且声明该方法

image.png

  • 然后activity中调用。。。

image.png

  • 成功~
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