【29】Android之学习native开发（一）

一、概述

没什么好讲的了，Android学习成长过程必经之路就是了解Framework层的源码及原理，在跟踪流程过程中，难免遇到很多natvie函数，这个时候学习native能帮助我们更轻松的读懂这方便的代码。

这篇文章也会从最基础的东西开始讲起，Android的native开发基础是什么，那就是JNI和NDK的概念。当然还会涉及到C++语言的一些基础知识。

二、JNI & NDK

JNI（java native Interface）顾名思义，就是java本地接口。Java虚拟机提供的一种能力，能够提供接口帮助开发者调用到本地代码库（native lib）。

如下图：Java虚拟机运行时数据区

构建一个JNI项目

构建一个JNI项目差点让这篇文章未半而中道崩殂，建议没有过经验的同学第一次直接创建一个C++项目，和原本项目比较差异，再在已有项目上添加JNI功能。需要的环境搭建这里就不多讲了。

这里就直接讲如何在已有的项目上添加JNI，首先是模块的build.gradle文件，再android节点中添加cmake的文件索引和依赖版本，我目前使用的AS是| 2024.1.2 Beta 1，如果你也是使用这个版本，那么添加如下，仅此而已。

groovy 复制代码

	android {
		...
		externalNativeBuild {
        	cmake {
            	path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            	version '3.22.1'
        	}
    	}
	}

接着在我们的项目中写一个JNI的调用，这里以官方例子为例。Kotlin和Java有所不同的是，Kotlin当中修饰native方法的关键字是external，而静态块的库加载方式则是在companion object的init中完成的。

java 复制代码

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

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

    private Button button;

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        button = findViewById(R.id.tv_button);

        button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View view) {
                button.setText(stringFromJNI());
            }
        });
    }

    public native String stringFromJNI();
}

在build.gradle中我们声明的CMakeLists.txt的目录是在模块的*src/main/cpp/*下，所以创建这样一个cpp文件夹，并创建CMakeLists.txt文件。关于定义不同库的作用，之后再讲，这里使用的是动态库。

txt 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)
project("nativelib")
# SHARED：共享库（动态库） 共享库在运行时被动态加载。
# STATIC：静态库 静态库在链接时会被复制到目标可执行文件中。
# MODULE：模块库 模块库在运行时被动态加载，但不用于链接其他目标。
add_library(${CMAKE_PROJECT_NAME} SHARED native-lib.cpp)
target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME} android log)

第一个是cmake的最小要求版本
第二个是项目名称，可以理解为生成的so文件名，也就是给到system.loadlibrary的文件名
第三个是添加cpp文件，${CMAKE_PROJECT_NAME}就是指代上面的nativelib
第四个是目标链接库，这里链接了android 、log两个库，都是由NDK提供的

Tip：cmake文件是txt文件，所以在编写的过程不会有错误提示，刚开始在已有项目构建的过程就是这个文件编写出错，导致一直提示错误，而且不容易被发现。

最后创建需要的native-lib.cpp文件，并实现JNI的接口方法，也就是我们定义的native方法。

cpp 复制代码

#include <jni.h>
#include <string>

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

这段代码就算没有学过native开发应该也能猜出，把定义的hello字符串返回。这样我们Clean Project一下项目，再重新Rebuild Project一下就构建完成了。切换项目目录结构到Android结构下，看到有cpp文件目录并且生成了includes的文件夹，就能说明构建成功。

run一下这个项目，会出来一个带有按钮的界面，点击按钮，按钮的文字就会更新成Hello from C++。

刚刚讲了一下Java最基础的JNI方式来调用本地方法，接着说一下NDK（Native Development Kit）本地开发工具，是Android提供的一套工具和库，用于在Android应用中使用C和C++代码。事实上natvie开发范围很大，而NDK可以理解为native的一个子集。

在上面CMake文件中有提到过链接NDK的库，那如何知道NDK有提供哪些库呢，可以在本地NDK安装目录中查看包含的库。

$ANDROID_SDK/ndk/<ndk-version>/platforms/android-<api-level>/arch-<arch>/usr/lib

在CMake或ndk-build脚本中，你可以使用find_library命令查找NDK库。例如：
find_library(log-lib log)
find_library(android-lib android)
这些命令会查找并链接NDK中的log和android库。

这是一个完整的例子

txt 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# 添加本地库
add_library(native-lib SHARED native-lib.cpp)

# 查找NDK库
find_library(log-lib log)
find_library(android-lib android)

# 链接NDK库
target_link_libraries(native-lib ${log-lib} ${android-lib})

最后做个总结，JNI是Java提供的一种接口来调用本地方法的一种方式，而NDK则是帮助我们在Android中使用C/C++代码开发，目的是提高应用的安全性、性能和效率。

三、指针

在学习C++语言中，指针这个概念特别难懂，还好Java没有指针，不然刚开始学习的成本就太高了。我会从我是一个新手的角度来讲，在了解指针过程中，我面临的问题以及需要搞懂的问题。

在C语言中，指针是需要分配内存空间的，由于c代码不会自动释放内存，所以在使用指针之后，不再需要使用都需要手动释放内存空间。了解指针基础，应该都知道指针指的是对象的内存地址。

cpp 复制代码

int var = 10;
int *ptr = &var;

printf("Value of var: %d\n", var);      // 输出：10
printf("Address of var: %p\n", &var);   // 输出：var的地址
printf("Value of ptr: %p\n", ptr);      // 输出：ptr存储的地址（即var的地址）
printf("Value pointed by ptr: %d\n", *ptr);  // 输出：10

第一行是声明了一个变量var，并且给它赋值10。第二行，左边是声明了一个指向int类型的指针，右边是将var变量的地址赋值给指针。&符号就是用来获取对象地址的符号。倘若写成 int *ptr = var，那么它的意思就是讲var的值作为地址赋值给指针，但是由于10不是一个标准的地址格式，因此会报错。

可以看到只有使用*ptr，表示内存地址保存的数据，而直接使用ptr打印的就是地址信息。这里还有一点很重要，int *ptr = &var分配了两块内存空间，一块用来存储数据10，另一块内存空间来存储var的地址。

这里再介绍一下指针类型，指向不同类型的数据，包括基本数据类型、数组、结构体、函数等。

cpp 复制代码

char *charPtr;
float *floatPtr;
double *doublePtr;

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *arrPtr = arr;  // 等价于 int *arrPtr = &arr[0];

因为数组名本身就是一个指向数组第一个元素的指针，所以不需要使用&符号来索引数组的地址。

cpp 复制代码

struct Person {
    char name[50];
    int age;
};

struct Person person;
struct Person *personPtr = &person;

指向结构体，当需要使用age的时候可以通过 *(personPtr).age方式获取age，简化写法personPtr->age。当然也可以直接操作person结构体变量来获取age，即person.age。请记住，这里是创建了一个person结构体变量，然后指针指向这个结构体变量的地址，所以操作这个结构体变量和通过操作指针指向的地址的内容，都是指的同一个东西。

由于person变量没有初始化值，这个时候打印结构体，string会默认为空字符串，基本数据类型，没有显式初始化可能会输出一个随机值。

cpp 复制代码

int var = 10;
int* ptr = &var;
int** ptr2 = &ptr; // 指向指针的指针

void func() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}
void (*funcPtr)() = &func; // 定义一个指向函数的指针
funcPtr(); // 调用函数

int* ptr = new int; // 动态分配一个 int 类型的内存
*ptr = 10;
delete ptr; // 释放内存

最后指针的三个高级用法，指向指针的指针，通过*ptr2获取到的是ptr指针的地址，因此再通过/*号就可以获取到var内存地址的数据。

函数指针这里了解一下使用即可，同样需要定义函数的指针类型，这个类型和函数的返回值有关，而指针后面的括号，则是函数的参数。

动态分配，通过new的方式自动分配无数据内容的一块内存，并将内存地址赋值给指针。

总结一下，指针在定义的时候*表示接收的内存地址，使用指针的时候*表示地址的内容，使用&对象的时候，表示对象的地址。