NDK开发的入门级总结

本文出自:【InTheWorld的博客】

就在两天前，我对JNI或者NDK开发的了解基本都还处于Hello World水平。这两天花时间学习了一下，算是对NDK开发有了一些入门级的了解。所以我准备写这一篇博客，算是一个入门级的学习总结。鉴于目前的水平，这篇blog不会讨论到一些复杂的内容，仅仅是一些流程的理解和分析。

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  JNI和NDK的开发思路

NDK听起来好像很神秘，但实质上就是Java调用C/C++代码的技术。考虑到JVM就是用C/C++写的，Java调用C/C++其实并没有本质上的难度。以前写过一篇关于Lua调用C扩展的博客，其实就和JNI的思路是差不多的，当然Java比Lua复杂的多。JNI本质上就是这种调用的支持接口，在展开这种支持接口的使用方法之前，先来探讨一下这种接口的实现思路。

虽然JNI已经明确的定义了接口函数的设计标准，但具体的实现还是有很多门道的。我准备从接口生成工具展开这个问题，虽然听起来很不专业，但结论却挺有意义的。就我目前了解，大概有两种接口生成方式——swig和javah。

SWIG 是一个非常优秀的开源工具，支持将 C/C++ 代码与任何主流脚本语言相集成。使用SWIG的方式也比较简单，你需要的仅仅是提供一个描述C/C++接口的文件。一个简单的C/C++接口函数文件如下所示。

 /* File : example.c */
 
 #include <time.h>
 double My_variable = 3.0;
 
 int fact(int n) {
     if (n <= 1) return 1;
     else return n*fact(n-1);
 }
 
 int my_mod(int x, int y) {
     return (x%y);
 }
    
 char *get_time()
 {
     time_t ltime;
     time(&ltime);
     return ctime(&ltime);
 }
 

对应生成的SWIG接口文件(一般以.i为后缀)如下所示:

 /* example.i */
 %module example
 %{
 /* Put header files here or function declarations like below */
 extern double My_variable;
 extern int fact(int n);
 extern int my_mod(int x, int y);
 extern char *get_time();
 %}
 
 extern double My_variable;
 extern int fact(int n);
 extern int my_mod(int x, int y);
 extern char *get_time();

随后，调用swig命令即可生成指定语言的接口，包括C/C++代码和指定语言代码。如果接口文件中的函数都是已经实现好的，那么JNI的开发就基本完成了，你只需要在Java中调用生成类对应的方法即可。听起来是不是很简单？是的，的确很简单，而且生成的代码中有很多错误处理，并且bug也应该很少。同时，这种方法也有缺点。如果对应的C/C++代码的接口定义的不是很“友好”,SWIG生成的代码会比较冗余。这里的“不友好”指以下几种情况，使用多种类型的指针、使用多种枚举类型、过多的类型宏定义等等。在这种情况下，SWIG会生成很多的冗余代码，本来很简单的接口反而被它弄得很复杂。

相比于SWIG，大家应该更熟悉javah方法，毕竟是标准的JNI实现方式。使用javah的步骤也和简单，定义native类，然后生成对应的头文件，然后剩下的工作就是实现头文件对应的函数。使用javah就不可避免的需要编写一部分的C/C++代码，相比之下，比SWIG的工作量大一些。但javah方式生成的接口会更加整洁优雅一些，因为JNI的C/C++部分会被编译成动态链接库，对于上层开发人员来说，java部分代码的可读性会非常重要。由于javah方法的java代码是由手动写出的，所以可读性和灵活性上都有很多优势。

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  NDK的开发概要

NDK开发其实本质上就是动态链接库的开发。和Unix/Linux系统中的开发一样，NDK开发也需要Makefile构建脚本。一般存在两种的构建方式，一种是Android.mk，另一种是CMakeLists.txt。其实两种方式本质上都是一样的，最终都是生成GNU Makefile，使用make工具完成构建任务，这里我就不再赘述了。

除去NDK的业务逻辑，通过JNI实现与原生代码通信算是NDK最重要的技术了。 对原生数据类型而言，它们可以直接与C/C++数据类型保持对应关系。对应关系如下

对于引用类型，也存在着一些映射关系，但是它们的内部数据结构没有直接暴露给原生代码，而是通过JNIEnv指针接口来访问内部数据结构或者方法。对于非基本数据的访问，主要的难点在于对象字段和方法的访问。两者的访问方式其实都差不太多，大概有以下几个步骤：

1. 获取对象对应类

 jclass clazz;
    clazz = (*env).GetObjectClass(instance);
    //clazz = (*env)->GetObjectClass(env, instance);

正如代码中所示，通过对象获得对应类有两种方法。其中第二种方法其实有点奇怪，但事实上这两种方法是等价的。看看代码就明白：

struct _JNIEnv {
    const struct JNINativeInterface* functions;

    jobject GetObjectClass(jobject obj) {
        return functions->GetObjectClass(this, obj);
    } 
}

其中(*env)->操作相当于是做了一次强制类型转换，因为functions其实就是_JNIEnv最前面的一个域。 最终都是调用了同一个函数。

2. 获得域或者方法的id

   jfieldID instanceFieldId;
    instanceFieldId = (*env).GetFieldID(clazz, "fieldname", "Ljava/lang/String");

    jmethodID instanceMethodId;
    instanceMethodId = (*env).GetMethodID(clazz, "methodName", "()Ljava/lang/String;");

注意，GetFieldID和GetMethodID方法的第二个参数分别是域的名称和方法的名，第三个参数是域或者方法的签名。比较特别的情况是构造函数，构造函数的名称统一为“<init>”。

3. 访问域或者调用方法

对于域的访问，其实就和类型访问一样了，而方法调用就非常简单了。不过取决于返回值的类型，可能需要进行一些简单处理。特别是方法返回对象时，需要对类型做强制转换。这里就不贴代码了。

先总结到这里吧。等以后深入了解了，准备结合openJDK研究一发JNI背后的底层原理。