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Android--JNI编程详解

简介: 版权声明:本文为博主原创文章,转载请标明出处。 https://blog.csdn.net/chaoyu168/article/details/51209699 Android系统不允许一个纯粹使用C/C++的程序出现,它要求必须是通过Java代码嵌入Native C/C++——即通过JNI的方式来使用本地(Native)代码。
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版权声明:本文为博主原创文章,转载请标明出处。 https://blog.csdn.net/chaoyu168/article/details/51209699

Android系统不允许一个纯粹使用C/C++的程序出现,它要求必须是通过Java代码嵌入Native C/C++——即通过JNI的方式来使用本地(Native)代码。因此JNI对Android底层开发人员非常重要。

如何将.so文件打包到.APK

让我们 先 从最简单的情况开始,假如已有一个JNI实现——libxxx.so文件,那么如何在APK中使用它呢?

实现步骤如下:

1、在你的项目根目录下建立libs/armeabi目录;

2、将libxxx.so文件copy到 libs/armeabi/下;

3、此时ADT插件自动编译输出的.apk文件中已经包括.so文件了;

4、安装APK文件,即可直接使用JNI中的方法;

我想还需要简单说明一下libxxx.so的命名规则,沿袭Linux传统,lib.so是类库文件名称的格式,但在Java的System.loadLibrary(" something ")方法中指定库名称时,不能包括 前缀—— lib,以及后缀——.so。

准备编写自己的JNI模块

你一定想知道如何编写自己的xxx.so,不过这涉及了太多有关JNI的知识。简单的说:JNI是Java平台定义的用于和宿主平台上的本地代码进行交互的“Java标准”,它通常有两个使用场景:1.使用(之前使用c/c++、delphi开发的)遗留代码;2.为了更好、更直接地与硬件交互并获得更高性能 。

1、首先创建含有native方法的Java类:

package com.okwap.testjni;
public final class MyJNI {
//native方法,
public static native String sayHello(String name);
}
2、通过javah命令生成.h文件,内容如下(com_okwap_testjni.h文件):

#include

#ifndef _Included_com_okwap_testjni_MyJNI
#define _Included_com_okwap_testjni_MyJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello
(JNIEnv *, jclass, jstring);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

这是一个标准的C语言头文件,其中的JNIEXPORT、JNICALL是JNI关键字(事实上它是没有任何内容的宏,仅用于指示性说明),而jint、jstring是JNI环境下对int及java.lang.String类型的映射。这些关键字的定义都可以在jni.h中看到。

3、在 com_okwap_testjni.c文件中实现以上方法:

#include
#include
#include "com_okwap_testjni.h"
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello(JNIEnv* env, jclass, jstring str){
//从jstring类型取得c语言环境下的char*类型
const char* name = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
//本地常量字符串
char* hello = "你好,";
//动态分配目标字符串空间
char* result = malloc((strlen(name) + strlen(hello) + 1)*sizeof(char));
memset(result,0,sizeof(result));
//字符串链接
strcat(result,hello);
strcat(result,name);
//释放jni分配的内存
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env,str,name);
//生成返回值对象
str = (*env)->NewStringUTF(env, "你好 JNI~!");
//释放动态分配的内存
free(result);
//
return str;
} 

4、编译——两种不同的编译环境

以上的C语言代码要编译成最终.so动态库文件,有两种途径:

Android NDK :全称是Native Developer Kit,是用于编译本地JNI源码的工具,为开发人员将本地方法整合到Android应用中提供了方便。事实上NDK和完整源码编译环境一样,都使用Android的编译系统——即通过Android.mk文件控制编译。NDK可以运行在Linux、Mac、Window(+cygwin)三个平台上。有关NDK的使用方法及更多细节请参考以下资料:

完整源码编译环境 :Android平台提供有基于make的编译系统,为App编写正确的Android.mk文件就可使用该编译系统。该环境需要通过git从官方网站获取完整源码副本并成功编译,更多细节请参考:http://source.android.com/index.html

不管你选择以上两种方法的哪一个,都必须编写自己的Android.mk文件,有关该文件的编写请参考相关文档。

JNI组件的入口函数——JNI_OnLoad()、JNI_OnUnload()

JNI组件被成功加载和卸载时,会进行函数回调,当VM执行到System.loadLibrary(xxx)函数时,首先会去执行JNI组件中的JNI_OnLoad()函数,而当VM释放该组件时会呼叫JNI_OnUnload()函数。先看示例代码:

//onLoad方法,在System.loadLibrary()执行时被调用
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
LOGI("JNI_OnLoad startup~~!");
return JNI_VERSION_1_4;
}
//onUnLoad方法,在JNI组件被释放时调用
void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){
LOGE("call JNI_OnUnload ~~!!");
}

JNI_OnLoad()有两个重要的作用:

指定JNI版本:告诉VM该组件使用那一个JNI版本(若未提供JNI_OnLoad()函数,VM会默认该使用最老的JNI 1.1版),如果要使用新版本的JNI,例如JNI 1.4版,则必须由JNI_OnLoad()函数返回常量JNI_VERSION_1_4(该常量定义在jni.h中) 来告知VM。

初始化设定,当VM执行到System.loadLibrary()函数时,会立即先呼叫JNI_OnLoad()方法,因此在该方法中进行各种资源的初始化操作最为恰当。

JNI_OnUnload()的作用与JNI_OnLoad()对应,当VM释放JNI组件时会呼叫它,因此在该方法中进行善后清理,资源释放的动作最为合适。

使用registerNativeMethods方法

对Java程序员来说,可能我们总是会遵循:1.编写带有native方法的Java类;--->2.使用javah命令生成.h头文件;--->3.编写代码实现头文件中的方法,这样的“官方” 流程,但也许有人无法忍受那“丑陋”的方法名称,RegisterNatives方法能帮助你把c/c++中的方法隐射到Java中的native方法,而无需遵循特定的方法命名格式。来看一段示例代码吧:

//定义目标类名称
static const char *className = "com/okwap/testjni/MyJNI";
//定义方法隐射关系
static JNINativeMethod methods[] = {
{"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},
};
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
//声明变量
jint result = JNI_ERR;
JNIEnv* env = NULL;
jclass clazz;
int methodsLenght;
//获取JNI环境对象
if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
return JNI_ERR;
}
assert(env != NULL);
//注册本地方法.Load 目标类
clazz = (*env)->FindClass(env,className);
if (clazz == NULL) {
LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);
return JNI_ERR;
}
//建立方法隐射关系
//取得方法长度 www.2cto.com
methodsLenght = sizeof(methods) / sizeof(methods[0]);
if ((*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0) {
LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);
return JNI_ERR;
}
//
result = JNI_VERSION_1_4;
return result;
} 
建立c/c++方法和Java方法之间映射关系的关键是 JNINativeMethod 结构,该结构定义在jni.h中,具体定义如下:

typedef struct {
const char* name;//java方法名称
const char* signature; //java方法签名
void* fnPtr;//c/c++的函数指针
} JNINativeMethod

参照上文示例中初始化该结构的代码:

//定义方法隐射关系
static JNINativeMethod methods[] = {
{"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},
};

其中比较难以理解的是第二个参数——signature字段的取值,实际上这些字符与函数的参数类型/返回类型一一对应,其中"()" 中的字符表示参数,后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void func(),"(II)V" 表示 void func(int, int),具体的每一个字符的对应关系如下:

字符 Java类型 C/C++类型
V void void
Z jboolean boolean
I jint int
J jlong long
D jdouble double
F jfloat float
B jbyte byte
C jchar char
S jshort short

数组则以"["开始,用两个字符表示:

字符 java类型 c/c++类型
[Z jbooleanArray boolean[]
[I jintArray int[]
[F jfloatArray float[]
[B jbyteArray byte[]
[C jcharArray char[]
[S jshortArray short[]
[D jdoubleArray double[]
[J jlongArray long[]

上面的都是基本类型,如果参数是Java类,则以"L"开头,以";"结尾,中间是用"/"隔开包及类名,而其对应的C函数的参数则为jobject,一个例外是String类,它对应C类型jstring,例如:Ljava/lang /String; 、Ljava/net/Socket; 等,如果JAVA函数位于一个嵌入类(也被称为内部类),则用$作为类名间的分隔符,例如:"Landroid/os/FileUtils$FileStatus;"。

使用registerNativeMethods方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名,最重要的是可以提高效率,因为当Java类别透过VM呼叫到本地函数时,通常是依靠VM去动态寻找.so中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式),如果某方法需要连续呼叫很多次,则每次都要寻找一遍,所以使用RegisterNatives将本地函数向VM进行登记,可以让其更有效率的找到函数。

registerNativeMethods方法的另一个重要用途是,运行时动态调整本地函数与Java函数值之间的映射关系,只需要多次调用registerNativeMethods()方法,并传入不同的映射表参数即可。

JNI中的日志输出

你一定非常熟悉在Java代码中使用Log.x(TAG,“message”)系列方法,在c/c++代码中也一样,不过首先你要include相关头文件。遗憾的是你使用不同的编译环境( 请参考上文中两种编译环境的介绍) ,对应的头文件略有不同。。

如果是在完整源码编译环境下,只要include 头文件,就可以使用对应的LOGI、LOGD等方法了,同时请定义LOG_TAG,LOG_NDEBUG等宏值,示例代码如下:

#define LOG_TAG "HelloJni"
#define LOG_NDEBUG 0
#define LOG_NIDEBUG 0
#define LOG_NDDEBUG 0
#include
#include
#include
jstring Java_com_inc_android_ime_HelloJni_stringFromJNI(JNIEnv* env,jobject thiz){
LOGI("Call stringFromJNI!\n");
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI (中文)!");
}
与日志相关的.h头文件,在以下源码路径:

myeclair\frameworks\base\include\utils\Log.h
myeclair\system\core\include\cutils\log.h

如果你是在NDK环境下编译,则需要#include ,示例代码如下:

#ifndef __JNILOGGER_H_
#define __JNILOGGER_H_
#include
#ifdef _cplusplus
extern "C" {
#endif
#ifndef LOG_TAG
#define LOG_TAG "MY_LOG_TAG"
#endif
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGW(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGF(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_FATAL,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

你可以下载以上头文件,来统一两种不同环境下的使用差异。另外,不要忘了在你的Android.mk文件中加入对类库的应用,两种环境下分别是

ifeq ($(HOST_OS),windows)
#NDK环境下
LOCAL_LDLIBS := -llog
else
#完整






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