Android 编译C++

前言

  在开发过程中，有一些底层库，算法、加解密之类的功能，不是用Java写的，而是C或者C++，而我们需要在Android工程中调用C/C++的函数达到理想的要求，那么这个时候你就需要知道怎么使用它们。

正文

  在之前我其实就遇到过这个问题，一顿操作之后可以掉用了，但是忘记记录了，导致我再次遇到这样的问题时，人傻了，就是那种似曾相似又解决不了的感觉，痛定思痛之下，我决定记录一下，好记性不如烂笔头。

而编译C和C++项目只有两种情况，一种是已知的情况，另一种是未知的情况。分别说明一下，就是有一天老板告诉我要做一个项目，里面会用到一些C/C++的底层库，NDK等内容，你去了解一下，这属于已知情况，那么你在创建项目的时候就可以做好。但是大部分都是未知的情况，还是有一天老板告诉你之前的某个项目需要添加新的功能，软硬件相结合，硬件给你提供了C/C++的代码，让你在项目中使用，这属于未知情况。

 相对来说已知比未知要好，兵法有云：运筹帷幄之中，决胜千里之外， 所以两种情况我都会说明一下怎么处理，对你来说也许有用，也许没有用，交给缘分吧。

一、基本知识

  在写代码之前我们需要先知道要做的是什么？一些名词是否了解里面的含义，例如JNI是什么？NDK是什么？Java怎么调用C/C++？不知道没有关系，当场百度一下就知道了，有一个概念是很重要的，你就不会像无头苍蝇一样。

① 要做什么？

  我们最终的目的是通过Java能够调用C/C++的函数，获取返回值显示在Activity中，这是我们所需要的结果。

② JNI是什么？

 JNI是Java Native Interface的缩写，通过使用 Java本地接口书写程序，可以确保代码在不同的平台上方便移植。从Java1.1开始，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。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他编程语言，只要调用约定受支持就可以了。使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的。例如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。JNI标准至少要保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机环境。（PS：本段来自百度百科）

 我们总结一下：通过JNI，Java和C/C++的代码能互相调用。

③ NDK是什么？

  NDK（Native Development Kit缩写）一种基于原生程序接口的软件开发工具包，可以让您在 Android 应用中利用 C 和 C++ 代码的工具。通过此工具开发的程序直接在本地运行，而不是虚拟机。在Android中，NDK是一系列工具的集合，主要用于扩展Android SDK。NDK提供了一系列的工具可以帮助开发者快速的开发C或C++的动态库，并能自动将so和Java应用一起打包成apk。同时，NDK还集成了交叉编译器，并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件（指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等），就可以创建出so文件。（PS：本段来自知乎）

  我们总结一下：通过NDK，可以创建so文件，可以将so文件和Java代码一起打包成apk。

二、配置NDK

  如果你是新安装的Android Studio，那么它里面默认是没有NDK配置，File → Settings… → Android SDK 。

切换到SDK Tools，然后找一下NDK和CMake两个工具，我这里是已经下载了，这里Apply是不可用的，你如果没有下载配置就勾选上，点击Apply会有弹窗提示你要下载那些内容。如果你想下载指定版本，就勾选上Show Package Details ，就能看到其他的工具版本了，例如：

三、创建新工程

下面我们创建支持 C/C++ 的新项目，这里我们在创建工程的时候选择Native C++，如下图所示：

  点击Next，输入工程名，这里有这样一句话：Creates a new project with an Empty Activity configured to use JNI，意思是创建一个配置为使用jni的空活动的新项目。

点击Next，然后选择C++的版本，你可以使用默认，也可以用其他的版本。

这里我们就使用默认的，点击Finish完成工程创建。

  创建工程出现问题了，这里的错误意思是在Android Studio中使用SDK管理器安装缺少的组件cmake 3.18.1。也就是说我们虽然安装了Cmake，但是安装的版本不符合这个NDK的编译要求。

勾选上这个需要的版本，点击Apply，然后出现弹窗提示，点击OK，之后就是下载了。

下载完点击Finish，在回到SDK管理窗口点击Apply，最后看到工程窗口，并没有自动去编译。

你可以点击这个图标或者Try Again，再编译一次。

① 工程目录说明

出现这样的字样就代表编译成功了，也意味着我们的项目创建成功了，我们来看看工程目录。

• cpp
  这里面就是关于C++的一些配置，我们可以在这里面写C/C++的代码。
• includes
  它里面就是项目所使用ndk的版本，可能会多个ndk版本对应一个cmake版本。
• CMakeLists.txt
  这是一个配置文件，你可以理解为build.gradle文件，主要作用就是配置C++。
• native-lib.cpp
  这是一个C++文件，里面就是C++代码了，我们需要详细的了解这个文件。

• app下的build.gradle
  在这个gradle也配置Native，在里面可以找到这样一段代码：

  externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            version '3.18.1'
        }
    }

就是配置一下C++的Build文件，下面我们先运行一下看看。

运行没有问题，下面我们需要分析一下，打开MainActivity。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // Used to load the 'studynative' library on application startup.
    static {
        System.loadLibrary("studynative");
    }
    private ActivityMainBinding binding;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
        setContentView(binding.getRoot());
        // Example of a call to a native method
        TextView tv = binding.sampleText;
        tv.setText(stringFromJNI());
    }
    /**
     * A native method that is implemented by the 'studynative' native library,
     * which is packaged with this application.
     */
    public native String stringFromJNI();
}

  这里的代码有几个关键点，第一个是加载库，System.loadLibrary("studynative");，这里的studynative你可以在CMakeList.txt中看到，然后我们写了一个stringFromJNI()方法，用于调用C++的代码，得到一个String的返回值，然后设置在TextView上，MainActivity基本的内容分析完成了，下面我们需要分析一下这个stringFromJNI函数是怎么调用C++的，看一下native-lib.cpp文件。

② 分析cpp文件

首先我们看一下这个cpp文件的完整代码，如下所示：

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

  #include，是包含头文件命令，这两个就是头文件，这两句代码就是说在这个cpp文件的这个位置插入这两个头文件的代码。

  extern "C"，用于避免编绎器按照C++的方式去编绎C函数。

  JNIEXPORT，用来表示该函数是否可导出（即：方法的可见性，有一些类似于public修饰符）。

  JNICALL，用来表示函数的调用规范。

你按住Ctrl键，点击一下JNIEXPORT或JNICALL，会跳转到jni.h文件中，如下图所示：

你会看到JNIEXPORT或JNICALL有一个#define。

  #define，在C语言中，可以用 #define 定义一个标识符来表示一个常量。其特点是：定义的标识符不占内存，只是一个临时的符号，预编译后这个符号就不存在了。那么对于

#define JNIEXPORT  __attribute__ ((visibility ("default")))
#define JNICALL

这里的JNIEXPORT和JNICALL表示宏定义，宏可这样理解：

  ① 宏 JNIEXPORT 代表的就是右侧的表达式： __attribute__ ((visibility ("default")))

  ② JNIEXPORT 是右侧表达式的别名，宏可表达的内容很多，如：一个具体的数值、一个规则、一段逻辑代码等；

  然后就是visibility表示是否可见，default表示外部可见，类似于public，可以被外部调用。如果改成hidden ：表示隐藏，类似于private修饰符，只能被内部调用。

  jstring，这是一个数据类型，是 Java中String数据类型在 JNI 中的代表，宏JNICALL 右边是空的，说明只是个空定义，空定义是可以去掉的，我们试一下去掉再运行，如下图所示：

  Java_com_llw_studynative_MainActivity_stringFromJNI，这是一个函数名，有没有似曾相识的感觉，好像和我们在MainActivity看到的stringFromJNI()函数相似，但是呢，名字没有这么长啊，而实际上是同一个函数，你可以按住Ctrl键，点击Java_com_llw_studynative_MainActivity_stringFromJNI跳转到MainActivity中的stringFromJNI()，也可以点击stringFromJNI()跳转到native-lib.cpp中的Java_com_llw_studynative_MainActivity_stringFromJNI。

  那么回到之前的问题，为什么函数名字变长了，这跟JNI native函数的注册方式有关，JNI Native函数有两种注册方式：① 静态注册：按照JNI接口规范的命名规则注册；② 动态注册：在.cpp的JNI_OnLoad方法里注册；

  JNI接口规范的命名规则：Java_<PackageName>_<ClassName>_<MethodName> ，例如Java_com_llw_studynative_MainActivity_stringFromJNI，下面我们来体验一下这种注册方式，在MainActivity中增加这样一行代码：

public native String testFromJNI();

代码位置如下图所示：

  这个函数我们还有在cpp文件中创建中创建，所以爆红很正常，鼠标点击这个函数，Alt + Enter，会出现一个提示框。

第一项的意思是创建名为testFromJNI的JNI函数，回车一下就会快速在native-lib.cpp中创建了。

可以看到这个函数自动生成了，是不是很方便呢？然后我们在这个函数体里面写几行代码，如下图所示：

然后修改一下MainActivity中的onCreate()方法中的代码，调用testFromJNI函数。

再运行一下：

代码可行，说明我们刚才写的函数没有问题，下面我们继续分析函数中的参数。

  JNIEnv，代表了Java环境，通过JNIEnv*就可以对Java端的代码进行操作，如：① 创建Java对象；② 调用Java对象的方法；③ 获取Java对象的属性等；

  jobject，代表了定义native函数的Java类 或 Java类的实例：如果native函数是static，则代表类Class对象；如果native函数非static，则代表类的实例对象。我们可以通过jobject访问定义该native方法的成员方法、成员变量等。

③ JNI数据类型

  前面说到jstring表示Java中的String类型，那么其他的数据类型在JNI中怎么表示呢，进入jni.h，找到最上方的位置，我们可以看到一些数据类型的定义。

  这里可以看到常见的变量，int、boolean、float、double、byte、char等，这里是JNI所定义的，他们之间有一个映射关系，参考下表：

那么新项目中怎么样使用C++就说完了，下面我们说明一下在现有的项目中怎么增加C++的使用。

四、现有工程使用C++

这里我们将项目结构改成Project

然后右键StudyNative，点击New → Module ，出现弹窗。

点击Next，这里就是默认选中Empty Activity的。

点击Next。

点击Finish。

工程创建完成，这个功能结构你应该很熟悉了，那么怎么添加C++进去呢？

① 创建C++文件

右键点击old工程的 main 目录，然后依次选择 New > Directory，会出现一个小窗口。

输入cpp然后回车。

右键点击 cpp 目录，然后依次选择 New > C/C++ Source File，出现弹窗，输入C++文件名。

点击OK。

② 创建CMake

右键点击old目录，然后依次选择 New > File。输入“CMakeLists.txt”作为文件名，然后回车。

这个文件的名字不能乱改的，如果你不习惯的话可以把这个文件再移动到cpp文件夹下。

然后我们配置一下old的build.gradle文件，添加如下代码：

  externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            version '3.18.1'
        }
    }

这里的路径很重要，如果你的CMakeLists.txt不在cpp下面，你就要改成对应的路径，Sync Now。

③ 使用C++

下面我们在MainActivity中加载使用C++，首先需要这样的代码：

  static {
        System.loadLibrary("old");
    }

这是加载C++的库，这个名字就是CMakeList.txt中的project()中的名字。

下面我们添加一个native函数。

public native String oldString();

 这里要注意一点就是你要生成的JNI函数是在那个cpp文件中，这里有两个，我们需要在old下的old-lib.cpp中生成，选中回车，在old-lib.cpp中生成如下代码：

#include <jni.h>
#include <string>
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_llw_old_MainActivity_oldString(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    std::string result = "This old project used C++";
    return env->NewStringUTF(result.c_str());
}

然后我们调用运行一下，就在onCreate()打印一下看看。

OK，这样我们在老项目中就可以使用C++了。

这里可以自己切换使用那个工程，都能够正常运行的。

五、源码

欢迎 Star 和 Fork

源码地址：StudyNative