Android 开发手记一 NDK编程实例

Android 开发手记一

---- NDK编程实例

 

       在Android上，应用程序的开发，大部分基于Java语言来实现。要使用c或是c++的程序或库，就需要使用NDK来实现。NDK是Native Development Kit的简称。它是一个工具集，集成了Android的交叉编译环境，并提供了一套比较方便的Makefile，可以帮助开发者快速开发C或是C++的动态库，并自动的将so和java程序打包成apk，在Android上运行。

       好，闲话少说，我们以一个简单的实例，来讲解NDK的应用。

 

       一 开发环境的搭建

       这一步虽然没什么技术含量，但是对于初学者，有一个很好的入门指导，还是很有帮助的。

1.1   Android SDK的搭建

       首先，要进行Android程序的开发，Android的SDK是必须要安装的。当然，Java环境也必不可少。我们先要安装JDK和Eclipse，这个可以选比较新的版本，因为Android新的SDK已经不支持旧版本了。

       1.1.1 JDK可以用V5或V6版本，下载地址

       1.1.2 Eclipse可以用版本version 3.4 or 3.5，下载地址. 当然，若你需要其他的Java开发环境，可以不用Eclipse，不过这样也就用不了ADT(Android Development Tools)插件了。推荐还是用Eclipse来进行开发比较好，毕竟比较权威和方便么。

       1.1.3 安装SDK

       Android SDK下载地址为

       1.1.4 为Eclips安装插件ADT。在Eclipse中，填加更新站点， 然后选择安装ADT.

       1.1.5 接下来，我们选择Android平台和组件。若是在window系统下，运行SDK Setup.exe；若是在Linux系统下，运行tools目录下的android程序，就可以选择需要的Android Platform 和组件。

       完成以上工作后，就可以进行Android应用程序的开发了。可以用Eclipse创建一个Android工程，比较简单的Hello Android，然后在模拟器下运行。具体的操作可以参看Android开发网站的说明，上面有详细的步骤。

 

       1.2 Android NDK的搭建

       上面我们搭建好了SDK的环境，可以开发Java应用程序了。要开发C的程序，还得搭建NDK环境。

       NDK给我们提供了以下内容：

              libc (C library) headers

              libm (math library) headers

              JNI interface headers

              libz (Zlib compression) headers

              liblog (Android logging) header

              A Minimal set of headers for C++ support

 

       1.2.1 NDK的安装

       下载NDK安装包，下载地址，下载后解压即可使用。

       1.2.2 若在Linux开发环境下那么，这样就可以使用了。若是在window环境下，还需要安装cygwin。 cygwin下载地址：

       这样，NDK的环境也搭建好了。下面我们来进行实战演习。

 

       二 NDK开发实例

       关于NDK的使用，首先需要了解一个概念：JNI。什么是JNI？

    JNI是Java Native Interface的缩写，中文为JAVA本地调用。从Java1.1开始，Java Native Interface(JNI)标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。




       2.1 Hello-jni

       这个是NDK自带的例子程序，安装官方网站的说明，一步步来，应该没有什么问题，这里就不细说了。

 

       2.2 My God I did it

       学习的第一步，就是模仿。我们依照上面Hello-jni的例子，在创建自己的NDK程序。在此过程中，对相关的内容和概念进行分析和说明。

       首先，创建自己的NDK工程。我们在ndk的sample目录下创建自己的工程myjni，然后在这个文件夹子下，创建两个目录jni和src，jni用来放我们的c文件，src是调用的c库java接口文件。创建好目录，接着创建文件jni/myjni.c，该文件比较简单，就是输出一个字符串，内容如下

#include

#include

#include

 

#include

#define LOG_TAG "MYJNI"

 

#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

 

static char s_string[] = "My god, I did it!";

 

jstring

Java_com_jpf_myjni_MyJNI_stringFromJNI( JNIEnv* env,

                                        jobject thiz )

{

       LOGI("MyJNI is called!");

       return (*env)->NewStringUTF(env, s_string);

}

       这个程序，唯一和hello-jni不同的就是引用了这个头文件。在该头文件中，声明了函数__android_log_print(),可以根据不同的log级别，输出log，方便代码的调试。在NDK中，printf()没法输出，所以我们需要借助log库来将我们c代码库中需要输出的内容，通过java控制台输出。调用函数__android_log_print(),就可以在Eclipse中，查看LogCat来查看相关的输出信息了。

       注意：

       在c文件中，函数名这样定义：Java_com_jpf_myjni_MyJNI_stringFromJNI，有什么讲究么？这个是JNI的标准，定义需要按照如下格式：

       Java_packagename_classname_methodname,

       例如：Java_com_jpf_myjni_MyJNI_stringFromJNI

       接着创建文件jni/Android.mk.这个文件是我们本地c代码的Makefile。文件内容如下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

 

include $(CLEAR_VARS)

 

LOCAL_MODULE := myjni

LOCAL_SRC_FILES := myjni.c

 

LOCAL_LDLIBS += -llog

 

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

       分别对上述Makefile的语句进行说明。

       LOCAL_PATH := $(call my-dir) 这句用来指定编译的路径。通过调用宏 my-dir，获取到当前工作的路径。

       include $(CLEAR_VARS) CLEAR_VARS这个变量是编译系统提供的，用来指明一个GNU makefile文件，添加这句，主要的目的是清理所有的LOCAL_XXX.，比如LOCAL_MODULE， LOCAL_LDLIBS。在每个新模块的开始处，需要添加这句。

       LOCAL_MODULE := myjni 这句定义了模块名称，将来编译的库就以此命名。若果编译的是动态库，那么库名就是libmyjni.so.需要注意的是，如果你定义module为libmyjni，那么系统在生成动态库的时候，就不要再为你添加lib的前缀了，生成德动态库名字还是libmyjni.so.

       LOCAL_LDLIBS += -llog 这句指定了需要另外链接的库。我们在代码中，用到了log库，所以这里加上这句。

       include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) 这句说明将来生产的库是共享库，即动态链接库。若需要生产静态库，可以这样写：include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)。

       写完了c文件和Makefile文件，是否可以编译了呢？我们试一下。在cygwin中，进入工程目录，运行ndk-build，得到下面的结果：

Administrator@lenovo-0e47e162 /android/android-ndk-r4/samples/myndk

$ ndk-build

Android NDK: Could not find application's manifest from current directory.

Android NDK: Please ensure that you are inside the project's directory !

/android/android-ndk-r4/build/core/build-local.mk:74: *** Android NDK: Aborting

   .  Stop.

       看到这个错误的意思是，缺少manifest文件。老版本的NDK，工程中有一个apps，里面包含了应用的程序文件和Application.mk。现在的版本，不需要我们自己编写Application.mk,，不过仍需要工程相关的配置信息。那么如何做到呢？需要手工去写manifest文件么？不需要。我们只需要在Eclipse中，创建工程就可以了，这些配置文件会自动生成。

       前面讲过，在工程的src夹子下用来放置Java文件。我们打开Eclipse，然后新建一个Android工程，工程名就叫MyJNI，工程路径选择我们创建的NDK的路径。这里需要注意的是，工程名，包名等，需要和上面的c文件中的保持一致。

(Java_com_jpf_myjni_MyJNI_stringFromJNI)




       工程建立好后，编辑src/com/jpf/myjni/MyJNI.java文件，内容如下：

package com.jpf.myjni;

 

import android.app.Activity;

import android.widget.TextView;

import android.os.Bundle;

 

public class MyJNI 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() );

        System.out.println("Here we go ...");

        setContentView(tv);

        System.out.println("Done!");

    }

   

    public native String  stringFromJNI();

    static {

           System.loadLibrary("myjni");

    }

}

       需要说明的几点：

       public native String  stringFromJNI();这句申明，带有native关键字，说明该方法是本地方法。

       System.loadLibrary("myjni");这句就是用来加载我们的c动态库的。上面声明的方法，具体实现，就在我们加载的库中。

 

       建立好工程，再次编译，在cygwin中运行ndk-build，结果OK。

Administrator@lenovo-0e47e162 /android/android-ndk-r4/samples/myndk

$ ndk-build

Compile thumb  : myjni <= /android/android-ndk-r4/samples/myndk/jni/myjni.c

SharedLibrary  : libmyjni.so

Install        : libmyjni.so => /android/android-ndk-r4/samples/myndk/libs/armea

bi

       我们看到，需要的共享库已经生成，并且安装好了。下面就可以生成apk了。

       在Eclipse中进行工程的build，编译后，在工程的bin目录下，会看到我们的apk包。




       好，我们试试看，能否正常运行。在Eclipse选择执行方式为Android Application，点击run，以下console的输出：

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] ------------------------------

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Android Launch!

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] adb is running normally.

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Performing com.jpf.myjni.MyJNI activity launch

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Automatic Target Mode: using existing emulator 'emulator-5554' running compatible AVD 'android21'

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] WARNING: Application does not specify an API level requirement!

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Device API version is 7 (Android 2.1-update1)

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Uploading MyJNI.apk onto device 'emulator-5554'

[2010-07-07 14:26:18 - MyJNI] Installing MyJNI.apk...

[2010-07-07 14:26:24 - MyJNI] Success!

[2010-07-07 14:26:25 - MyJNI] Starting activity com.jpf.myjni.MyJNI on device

[2010-07-07 14:26:29 - MyJNI] ActivityManager: Starting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] cmp=com.jpf.myjni/.MyJNI }

       上面的warning，是我们没有指定API的版本号。如下指定一下就没有这个warning了。

       下图为执行的效果：

       下图是我们查看LogCat的输出：

       可以看到我们的输出 MYJNI： MyJNI is called！

 

       2.3 Study Hard

       有了上面的基础，我们就可以用NDK来进行项目开发了。

       我们经常会遇到这样的问题，就是将一些现有的，成熟的C库移植到Android平台上。通过上面我们的介绍，我们已经知道，我们需要用JNI来对现有的C库包装一下，然后提供Java接口，供上层调用。

       首先的问题，就是C库的编译和测试。其实Android底层用的是Linux的内核，所以，和其他Linux程序开发一样，无非是需要进行交叉编译。不过，Android有些特殊的地方，我们需要注意。下面就以一个很简单的例子，讲讲如何应用NDK，做一个C的应用终端测试程序。

       首先，创建study-hadr/study-hard.c文件，程序非常简单，就是Hello World的c程序。

#include

#include

 

static char s_string[] = "Study hard!";

 

int main()

{

       printf("%s\n", s_string);

       return 0;

}

       别看程序很简单，不过这个程序的编译可不简单。

       若是在Linux下，只需要执行：

       gcc –o study-hard study-hard.c  就可以生成应用程序study-hard了。

       在Android下就不是这么简单了。在Window环境开发环境下，用到的交叉工具链，目录是\android-ndk-r4\build\prebuilt\windows\arm-eabi-4.4.0。在这个目录的bin路径下，你会看到arm-eabi为前缀的诸多工具，这些就是Android用的编译工具。那么c库和c头文件又在哪里呢？对于Android，不同的Platform，有不同的库和头文件，需要我们自己选择。比如，现在我们要用Platform5，那么

       C头文件的路径为：

       \android-ndk-r4\build\platforms\android-5\arch-arm\usr\include

       C库的路径为：

       \android-ndk-r4\build\platforms\android-5\arch-arm\usr\lib

       好了，我们知道了C的编译工具链，知道了C库路径和C头文件路径，应该可以编译了。写个简单的Makefile，试一下，结果出错了。crt0.o 没有找到。

       这个错误很糟糕，指出在链接的时候，找不到crt0.o。我们在Makefile中添加如下几句：

              LDFLAGS += -nostdlib

       -nostdlib 表示不连接系统标准启动文件和标准库文件.只把指定的文件传递给连接器。

       此时编译，结果为：

       错误指出，在链接的时候，找不到puts，这个函数是c库中的，我们添加如下语句再次尝试：

              LDFLAGS += -lc

       我们修改链接选项，增加对dl库的链接， 再次尝试：

       LDFLAGS += -lc –ldl

       这次生成了可执行文件，不过还是有warning，在生成的可执行文件中，没有找到入口_start。这个问题也比较奇怪。我们查看下生成的可执行文件:

       readelf –a study-hard

       发现生成的可执行文件，真的没有入口函数。这是为什么呢？

       在Linux下，用-v选项跟踪下gcc编译hello world程序的过程。会发现，在链接的过程中，除了hello.o, 还会链接crt1.o, crtn.o等文件，正是这些文件，在生成可执行程序的过程中，组成了elf文件中程序入口和程序退出等相关的处理部分。

       查看我们指定的C库：

       会发现，C库下有crt打头的三个.o文件。我们修改Makefile，链接crtbegin和crtend文件：

EXTRA_OBJS := $(PATH_PREFIX)/lib/crtbegin_dynamic.o $(PATH_PREFIX)/lib/crtend_android.o

    … …

       $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS) $(EXTRA_OBJS) $(LDFLAGS)

       再次编译，结果如下，此次终于编译成功了。

       我们将编译好的程序放到Android上运行下看看效果。

       显示程序没有找到。怎么回事呢？继续研究下AndroidNDK相关文档。我们还需要修改Makefile的一个地方：

       LDFALGS += -Bdynamic -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker

       指定链接动态库，动态连接器为/system/bin/linker

 

       编译后，再次运行，终于看到了“Study hard！”