jni ／ C for android 技术总揽

Android编译环境(1) - 编译Native C的helloworld模块

Android编译环境本身比较复杂，且不像普通的编译环境：只有顶层目录下才有Makefile文件，而其他的每个component都使用统一标准的Android.mk. Android.mk文件本身是比较简单的，不过它并不是我们熟悉的Makefile，而是经过了Android自身编译系统的很多处理，因此要真正理清楚其中的联系还比较复杂，不过这种方式的好处在于，编写一个新的Android.mk来给Android增加一个新的Component会比较简单。

编译Java程序可以直接采用Eclipse的集成环境来完成，这里就不重复了。我们主要针对C/C++来说明，下面通过一个小例子来说明，如何在Android 中增加一个C程序的Hello World：

1. 在$(YOUR_ANDROID)/development 目录下创建hello目录，其中$(YOUR_ANDROID)指Android源代码所在的目录。
- # mkdir $(YOUR_ANDROID)/development/hello

2. 在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目录编写hello.c文件，hello.c的内容当然就是经典的HelloWorld程序：

#include

int main()
{
    printf("Hello World!\n");

return 0;
}

 

3. 在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目录编写Android.mk文件。这是Android Makefile的标准命名，不要更改。Android.mk文件的格式和内容可以参考其他已有的Android.mk文件的写法，针对helloworld程序的Android.mk文件内容如下：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

 

LOCAL_SRC_FILES:= \

    hello.c

 

LOCAL_MODULE := helloworld

include $(BUILD_EXECUTABLE)

注意上面LOCAL_SRC_FILES用来指定源文件；，LOCAL_MODULE指定要编译的模块的名字，下一步骤编译时就要用到；include $(BUILD_EXECUTABLE)表示要编译成一个可执行文件，如果想编译成动态库则可用BUILD_SHARED_LIBRARY，这些可以在$(YOUR_ANDROID)/build/core/config.mk查到。

4. 回到Android源代码顶层目录进行编译：

# cd $(YOUR_ANDROID) && make helloworld

注意make helloworld中的目标名helloworld就是上面Android.mk文件中由LOCAL_MODULE指定的模块名。编译结果如下：

target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c

target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)

target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)

target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)

Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld

 

5．如上面的编译结果所示，编译后的可执行文件存放在out/target/product/generic/system/bin/helloworld，通过”adb push”将它传送到模拟器上，再通过”adb shell”登录到模拟器终端，就可以执行了

Android编译环境(2) - 手工编译C模块

我们来试试如何直接运用gcc命令行来编译，从而了解环境的细节。

环境提供了”showcommands”选项来显示编译命令行，我们可以通过打开这个选项来查看一些编译时的细节。当然，在这之前要把上一篇中的helloworld模块clean:

# make clean-helloworld

上面的“make clean-$(LOCAL_MODULE)”是环境提供的make clean的方式。

 

接下来使用showcommands选项重新编译helloworld:

# make helloworld showcommands

build/core/product_config.mk:229: WARNING: adding test OTA key

target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c

prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc  -I system/core/include   -I hardware/libhardware/include   -I hardware/ril/include   -I dalvik/libnativehelper/include   -I frameworks/base/include   -I external/skia/include   -I out/target/product/generic/obj/include   -I bionic/libc/arch-arm/include   -I bionic/libc/include   -I bionic/libstdc++/include   -I bionic/libc/kernel/common   -I bionic/libc/kernel/arch-arm   -I bionic/libm/include   -I bionic/libm/include/arch/arm   -I bionic/libthread_db/include   -I development/hello   -I out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates  -c  -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64      -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c

target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)

prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-g++ -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lstdc++ -lm  out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o         out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o       -Wl,--no-undefined prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o

target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)

out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld

target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)

out/host/linux-x86/bin/soslim --strip --shady --quiet out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld --outfile out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld

Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld

out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld out/target/product/generic/system/bin/helloworld

 

从上面的命令行可以看到，环境所用的交叉编译工具链是prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc，-I和-L参数指定了所用的C库头文件和动态库文件路径分别是bionic/libc/include 和out/target/product/generic/obj/lib，其他还包括很多编译选项以及-D所定义的预编译宏。

 

我们可以利用上面的编译命令，稍加简化来手工编译helloworld程序。先手工删除上次编译得到的helloworld程序：

# rm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o

# rm out/target/product/generic/system/bin/helloworld

再用gcc编译，生成目标文件：

# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libc/kernel/common   -I bionic/libc/kernel/arch-arm -c  -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64      -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c

与Android.mk编译参数比较，上面主要减少了不必要的-I参数。

接下来生成可执行文件：

# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lm  out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o -Wl,--no-undefined ./prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o

这里值得留意的是参数“-Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker”，它指定了Android专用的动态链接器/system/bin/linker，而不是通常所用的ld.so。

 

生成的可执行程序可用file和readelf命令来查看一下：

# file out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld

out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), not stripped

#  readelf -d out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld |grep NEEDED

 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so]

 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libm.so]

这是格式的动态链接可执行文件，运行时需要libc.so和libm.so。“not stripped”表示它还没被STRIP。中为节省空间通常将编译完成的可执行文件或动态库进行STRIP，即去掉其中多余的符号表信息。在前面“make helloworld showcommands”命令的最后我们也可以看到，环境中使用了out/host/linux-x86/bin/soslim工具进行STRIP。

有关Android Toolchain的其他一些内容可参考：

Android上JNI的调试

的SDK中没有包括JNI的支持，而且对如何支持JNI也没有任何文档说明。不过既然整个平台是开源的，我们可以通过Google发布的源代码来找到一些线索（比如frameworks/base/media/jni/目录），依葫芦画瓢的实现上层JAVA程序通过JNI来调用Native C程序中的函数。

 

依照下面的步骤可以实现一个非常简单的JNI的实例程序：

 

1．  首先编写C模块，实现动态库。（关于如何在Android中编译C模块的更多细节，请参考《》。）

在development目录下添加新目录hellolib，并添加hellolib.c和Android.mk文件。hellolib.c的内容如下：

#include <jni.h>

 

#define LOG_TAG "TestLib"

#undef LOG

#include

 

 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_TestHelloLib_printHello(JNIEnv * env, jobject jobj)

{

    LOGD("Hello LIB!\n");

}

注意这里的函数名需要按照JNI的规范（因此也可以用javah -jni工具来生成头文件，来保证函数名的正确性），Java_com_test_TestHelloLib_printHello的命名对应后面在java代码中，package名字是com.test，类名是TestHelloLib，native函数名是printHello。

另外，LOGD及#define LOG_TAG "TestLib"等打印log的方式是采用了Android所提供的LOG机制，这样才能通过Android的logcat工具看到log。

用于编译C模块的Android.mk文件内容如下：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

 

LOCAL_SRC_FILES:= \

    hellolib.c

 

LOCAL_C_INCLUDES := \

    $(JNI_H_INCLUDE)

 

LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \

    libutils

 

LOCAL_PRELINK_MODULE := false

 

LOCAL_MODULE := libhello

 

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

该文件中的一些变量分别对应的含义如下：

LOCAL_SRC_FILES － 编译的源文件

LOCAL_C_INCLUDES － 需要包含的头文件目录

LOCAL_SHARED_LIBRARIES － 链接时需要的外部库

LOCAL_PRELINK_MODULE － 是否需要prelink处理（参考prelink的详细介绍：《》，Android的Toolchain, prelink工具：《》）

LOCAL_MODULE － 编译的目标对象

BUILD_SHARED_LIBRARY － 指明要编译成动态库。

       接下来回到Android顶层目录，并执行make libhello来编译：

# cd $(YOUR_ANDROID) && make libhello

target thumb C: libhello <= development/hellolib/hellolib.c

target SharedLib: libhello (out/target/product/generic/obj/SHARED_LIBRARIES/libhello_intermediates/LINKED/libhello.so)

target Non-prelinked: libhello (out/target/product/generic/symbols/system/lib/libhello.so)

target Strip: libhello (out/target/product/generic/obj/lib/libhello.so)

Install: out/target/product/generic/system/lib/libhello.so

       编译结果可得到位于out/target/product/generic/system/lib/目录的动态共享库libhello.so

 

2．编写Java模块，来通过JNI方式调用C接口。具体Eclipse环境的搭建请参考Android SDK文档中的详细说明，及Hello Android程序的创建过程，这里仅给出我们需要修改的TestHelloLib.java文件：

package com.test;

 

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

 

public class TestHelloLib extends Activity {

    /** Called when the activity is first created. */

    @Override

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(R.layout.main);

        printHello();

    }

   

    static {

    System.loadLibrary("hello");

    }

   

    private native void printHello();

}

注意上面代码中粗体字部分：private native void printHello()用来声明一个native接口，static { System.loadLibrary("hello"); } 用来加载上面步骤中生成libhello.so（注意loadLibrary方法的参数不是”libhello.so”，而是去掉前缀和后缀之后的”hello”），onCreate()方法中则调用了printHello()接口。

    通过这一步骤可生成Android开发者所熟悉的apk文件：TestHelloLib.apk。

 

3．集成测试TestHelloLib.apk和libhello.so。先运行emulator并将TestHelloLib.apk和libhello.so上传至emulator中。注意要将libhello.so上传到emulator的/system/lib目录，由于该目录是只读的，上传之前先要执行adb remount：

# adb remount

# adb push out/target/product/generic/system/lib/libhello.so /system/lib

# adb install TestHelloLib.apk

       接下来在模拟器菜单中可以看到已经安装的TestHelloLib程序，运行即可。

       由于JNI接口printHello()并没有作界面上的改动，要验证其效果需要用Android的logcat工具来查看。运行”adb logcat”可以找到下面的log片断：

I/ActivityManager(   48): Starting activity: Intent { action=android.intent.action.MAIN categories={android.intent.category.LAUNCHER} flags=0x10200000 comp={com.test/com.test.TestHelloLib} }

I/ActivityManager(   48): Start proc com.test for activity com.test/.TestHelloLib: pid=174 uid=10024 gids={}

D/dalvikvm(  174): Trying to load lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(  174): Added shared lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(  174): No JNI_OnLoad found in /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(  174): +++ not scanning '/system/lib/libwebcore.so' for 'printHello' (wrong CL)

D/dalvikvm(  174): +++ not scanning '/system/lib/libmedia_jni.so' for 'printHello' (wrong CL)

D/TestLib (  174): Hello LIB!

I/ActivityManager(   48): Displayed activity com.test/.TestHelloLib: 806 ms

       这里包含了调用printHello()接口的log信息，其中”D/TestLib (  174): Hello LIB!”就是printHello()所打印的信息。至此成功完成Android JNI的实例验证。