android的JNI 、 NDK 学习！

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Java Native Interface (JNI)标准是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 是本地编程接口，它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言(如 C、C++ 和汇编语言)编写的应用程序和库进行交互操作。

 

1.从如何载入.so档案谈起

由于Android的应用层的类都是以Java写的，这些Java类编译为Dex型式的Bytecode之后，必须靠Dalvik虚拟机(VM: Virtual Machine)来执行。VM在Android平台里，扮演很重要的角色。

此外，在执行Java类的过程中，如果Java类需要与C组件沟通时，VM就会去载入C组件，然后让Java的函数顺利地调用到C组件的函数。此时，VM扮演着桥梁的角色，让Java与C组件能通过标准的JNI介面而相互沟通。

应用层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上执行的，而C件不是在VM上执行，那么Java程式又如何要求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令：

System.loadLibrary(*.so的档案名);

例如，Android框架里所提供的MediaPlayer.java类，含指令：

public class MediaPlayer{

static {

System.loadLibrary("media_jni");

}

}

这要求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so之后，Java类与*.so档案就汇合起来，一起执行了。

 

2.如何撰写*.so的入口函数

---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数的用途

当Android的VM(Virtual Machine)执行到System.loadLibrary()函数时，首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二：

(1)告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的*.so档没有提供JNI_OnLoad()函数，VM会默认该*.so档是使用最老的 JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充，如果需要使用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。

(2)由于VM执行到System.loadLibrary()函数时，就会立即先呼叫JNI_OnLoad()，所以C组件的开发者可以藉由JNI_OnLoad()来进行C组件内的初期值之设定(Initialization) 。

例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里，就提供了JNI_OnLoad()函数，其程式码片段为：

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

JNIEnv* env = NULL;

jint result = -1;

 

if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");

goto bail;

}

 

assert(env != NULL);

 

if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

goto bail;

}

 

if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");

goto bail;

}

 

if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");

goto bail;

}

 

if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registration failed\n");

goto bail;

}

 

/* success -- return valid version number */

result = JNI_VERSION_1_4;

bail:

return result;

}

此函数回传JNI_VERSION_1_4值给VM，于是VM知道了其所使用的JNI版本了。此外，它也做了一些初期的动作(可呼叫任何本地函数)，例如指令：

if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

goto bail;

}

就将此组件提供的各个本地函数(Native Function)登记到VM里，以便能加快后续呼叫本地函数的效率。

JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在载入C组件时会立即呼叫JNI_OnLoad()来进行组件内的初期动作；而当VM释放该C组件时，则会呼叫JNI_OnUnload()函数来进行善后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或 JNI_Unload()函数时，都会将VM的指针(Pointer)传递给它们，其参数如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) { }

jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){ }

在JNI_OnLoad()函数里，就透过VM之指标而取得JNIEnv之指标值，并存入env指标变数里，如下述指令：

 

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

JNIEnv* env = NULL;

jint result = -1;

if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");

goto bail;

}

}

由于VM通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫JNI_OnLoad()时，所传递进来的JNIEnv 指标值都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境，C组件开发者在撰写本地函数时，可藉由JNIEnv指标值之不同而避免执行绪的资料冲突问题，才能确保所写的本地函数能安全地在Android的多执行绪VM里安全地执行。基于这个理由，当在呼叫C组件的函数时，都会将JNIEnv指标值传递给它，如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

JNIEnv* env = NULL;

if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

}

}

这JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函数时，就将env指标值传递过去。如此，在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而区别不同的执行绪，以便化解资料冲突的问题。

　例如，在register_android_media_MediaPlayer()函数里，可撰写下述指令：

if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {

}

查看是否已经有其他执行绪进入此物件，如果没有，此执行绪就进入该物件里执行了。还有，也可撰写下述指令：

if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {

}

查看是否此执行绪正在此物件内执行，如果是，此执行绪就会立即离开。

 

3.registerNativeMethods()函数的用途

应用层级的Java类别透过VM而呼叫到本地函数。一般是仰赖VM去寻找*.so里的本地函数。如果需要连续呼叫很多次，每次都需要寻找一遍，会多花许多时间。此时，组件开发者可以自行将本地函数向VM进行登记。例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里的代码段如下：

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

static JNINativeMethod gMethods[] = {

{"setDataSource", "(Ljava/lang/String;)V",

(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},

{"setDataSource", "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V",

(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},

{"prepare", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},

{"prepareAsync", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},

{"_start", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_start},

{"_stop", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_stop},

{"getVideoWidth", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},

{"getVideoHeight", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},

{"seekTo", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},

{"_pause", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_pause},

{"isPlaying", "()Z", (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},

{"getCurrentPosition", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},

{"getDuration", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},

{"_release", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_release},

{"_reset", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_reset},

{"setAudioStreamType","(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},

{"setLooping", "(Z)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},

{"setVolume", "(FF)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},

{"getFrameAt", "(I)Landroid/graphics/Bitmap;",

(void *)android_media_MediaPlayer_getFrameAt},

{"native_setup", "(Ljava/lang/Object;)V",

(void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},

{"native_finalize", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},

};

 

static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){

return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,

"android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));

}

 

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

goto bail;

}

}

当VM载入libmedia_jni.so档案时，就呼叫JNI_OnLoad()函数。接着，JNI_OnLoad()呼叫 register_android_media_MediaPlayer()函数。此时，就呼叫到 AndroidRuntime::registerNativeMethods()函数，向VM(即AndroidRuntime)登记 gMethods[]表格所含的本地函数了。简而言之，registerNativeMethods()函数的用途有二：

(1)更有效率去找到函数。

(2)可在执行期间进行抽换。由于gMethods[]是一个<名称，函数指针>对照表，在程序执行时，可多次呼叫registerNativeMethods()函数来更换本地函数之指针，而达到弹性抽换本地函数之目的。

 

4.Andoird 中使用了一种不同传统Java JNI的方式来定义其native的函数。其中很重要的区别是Andorid使用了一种Java 和 C 函数的映射表数组，并在其中描述了函数的参数和返回值。这个数组的类型是JNINativeMethod，定义如下：

typedef struct {

const char* name; /*Java中函数的名字*/

const char* signature; /*描述了函数的参数和返回值*/

void* fnPtr; /*函数指针，指向C函数*/

} JNINativeMethod;

 

其中比较难以理解的是第二个参数，例如

"()V"

"(II)V"

"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"

实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。

"()" 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

[I jintArray int[]

[F jfloatArray float[]

[B jbyteArray byte[]

[C jcharArray char[]

[S jshortArray short[]

[D jdoubleArray double[]

[J jlongArray long[]

[Z jbooleanArray boolean[]

上面的都是基本类型。如果Java函数的参数是class，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/" 隔开的包及类名。而其对应的C函数名的参数则为jobject. 一个例外是String类，其对应的类为jstring

Ljava/lang/String; String jstring

Ljava/net/Socket; Socket jobject

如果JAVA函数位于一个嵌入类，则用$作为类名间的分隔符。

例如 "(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z"

 

Android JNI编程实践

 

一、直接使用java本身jni接口（windows/ubuntu）

1.在Eclipsh中新建一个android应用程序。两个类：一个继承于Activity，UI显示用。另一个包含native方法。编译生成所有类。

jnitest.java文件：

package com.hello.jnitest;

 

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

 

public class jnitest extends Activity {

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

@Override

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

 

setContentView(R.layout.main);

 

Nadd cal = new Nadd();

 

setTitle("The Native Add Result is " + String.valueOf(cal.nadd(10, 19)));

}

}

Nadd.java文件：

package com.hello.jnitest;

 

public class Nadd {

 

static {

System.loadLibrary ("Nadd");

}

 

public native int nadd(int a, int b);

 

}

以上在windows中完成。

2.使用javah命令生成C/C++的.h文件。注意类要包含包名，路径文件夹下要包含所有包中的类，否则会报找不到类的错误。classpath参数指定到包名前一级文件夹，文件夹层次结构要符合java类的组织层次结构。

javah -classpath ../jnitest/bin com.hello.jnitest.Nadd

com_hello_jnitest_Nadd .h文件：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class com_hello_jnitest_Nadd */

 

#ifndef _Included_com_hello_jnitest_Nadd

#define _Included_com_hello_jnitest_Nadd

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

* Class: com_hello_jnitest_Nadd

* Method: nadd

* Signature: (II)I

*/

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_hello_jnitest_Nadd_nadd

(JNIEnv *, jobject, jint, jint);

 

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

3.编辑.c文件实现native方法。

com_hello_jnitest_Nadd.c文件：

#include <stdlib.h>

#include "com_hello_jnitest_Nadd.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_hello_jnitest_Nadd_nadd(JNIEnv * env, jobject c, jint a, jint b)

{

return (a+b);

}

4.编译.c文件生存动态库。

arm-none-linux-gnueabi-gcc -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include/linux -fpic -c com_hello_jnitest_Nadd.c

arm-none-linux-gnueabi-ld -T/home/a/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/lib/ldscripts/armelf_linux_eabi.xsc -share -o libNadd.so com_hello_jnitest_Nadd.o

得到libNadd.so文件。

以上在ubuntu中完成。

5.将相应的动态库文件push到avd的system/lib中:adb push libNadd.so /system/lib。若提示Read-only file system错误，运行adb remount命令，即可。

Adb push libNadd.so /system/lib

6.在eclipsh中运行原应用程序即可。

以上在windows中完成。

对于一中生成的so文件也可采用二中的方法编译进apk包中。只需在工程文件夹中建libs\armeabi文件夹（其他文件夹名无效，只建立libs文件夹也无效），然后将so文件拷入，编译工程即可。

二.使用NDK生成本地方法（ubuntu and windows）

1.安装NDK：解压，然后进入NDK解压后的目录，运行build/host-setup.sh（需要Make 3.81和awk）。若有错，修改host-setup.sh文件：将#!/bin/sh修改为#!/bin/bash，再次运行即可。

2.在apps文件夹下建立自己的工程文件夹，然后在该文件夹下建一文件Application.mk和项project文件夹。

Application.mk文件：

APP_PROJECT_PATH := $(call my-dir)/project

APP_MODULES := myjni

3.在project文件夹下建一jni文件夹，然后新建Android.mk和myjni.c。这里不需要用javah生成相应的.h文件，但函数名要包含相应的完整的包、类名。

4.编辑相应文件内容。

Android.mk文件：

# Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project

#

# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");

# you may not use this file except in compliance with the License.

# You may obtain a copy of the License at

#

# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

#

# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software

# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,

# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.

# See the License for the specific language governing permissions and

# limitations under the License.

#

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

 

include $(CLEAR_VARS)

 

LOCAL_MODULE := myjni

LOCAL_SRC_FILES := myjni.c

 

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

 

myjni.c文件：

#include <string.h>

#include <jni.h>

 

jstring

Java_com_hello_NdkTest_NdkTest_stringFromJNI( JNIEnv* env,

jobject thiz )

{

return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from My-JNI !");

}

myjni文件组织：

a@ubuntu:~/work/android/ndk-1.6_r1/apps$ tree myjni

myjni

|-- Application.mk

`-- project

|-- jni

| |-- Android.mk

| `-- myjni.c

`-- libs

`-- armeabi

`-- libmyjni.so

 

4 directories, 4 files

5.编译：make APP=myjni.

以上内容在ubuntu完成。以下内容在windows中完成。当然也可以在ubuntu中完成。

6.在eclipsh中创建android application。将myjni中自动生成的libs文件夹拷贝到当前工程文件夹中，编译运行即可。

NdkTest.java文件：

package com.hello.NdkTest;

 

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.widget.TextView;

 

public class NdkTest extends Activity {

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

@Override

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

TextView tv = new TextView(this);

tv.setText( stringFromJNI() );

setContentView(tv);

}

 

public native String stringFromJNI();

 

static {

 

System.loadLibrary("myjni");

}

}

对于二中生成的so文件也可采用一中的方法push到avd中运行。

 

本篇将介绍在JNI编程中如何传递参数和返回值。

首先要强调的是，native方法不但可以传递Java的基本类型做参数，还可以传递更复杂的类型，比如String，数组，甚至自定义的类。这一切都可以在jni.h中找到答案。

1. Java基本类型的传递

用过Java的人都知道，Java中的基本类型包括boolean，byte，char，short，int，long，float，double 这样几种，如果你用这几种类型做native方法的参数，当你通过javah -jni生成.h文件的时候，只要看一下生成的.h文件，就会一清二楚，这些类型分别对应的类型是 jboolean，jbyte，jchar，jshort，jint，jlong，jfloat，jdouble 。这几种类型几乎都可以当成对应的C++类型来用，所以没什么好说的。

2. String参数的传递

Java的String和C++的string是不能对等起来的，所以处理起来比较麻烦。先看一个例子，

class Prompt {

// native method that prints a prompt and reads a line

private native String getLine(String prompt);

public static void main(String args[]) {

Prompt p = new Prompt();

String input = p.getLine("Type a line: ");

System.out.println("User typed: " + input);

}

static {

System.loadLibrary("Prompt");

}

}

在这个例子中，我们要实现一个native方法
String getLine(String prompt);
读入一个String参数，返回一个String值。

通过执行javah -jni得到的头文件是这样的

#include <jni.h>

#ifndef _Included_Prompt

#define _Included_Prompt

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

 

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject this, jstring prompt);

 

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

jstring是JNI中对应于String的类型，但是和基本类型不同的是，jstring不能直接当作C++的string用。如果你用
cout << prompt << endl;
编译器肯定会扔给你一个错误信息的。

其实要处理jstring有很多种方式，这里只讲一种我认为最简单的方式，看下面这个例子，

#include "Prompt.h"

#include <iostream>

 

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt)

{

const char* str;

str = env->GetStringUTFChars(prompt, false);

if(str == NULL) {

return NULL; /* OutOfMemoryError already thrown */

}

std::cout << str << std::endl;

env->ReleaseStringUTFChars(prompt, str);

 

char* tmpstr = "return string succeeded";

jstring rtstr = env->NewStringUTF(tmpstr);

return rtstr;

}

在上面的例子中，作为参数的prompt不能直接被C++程序使用，先做了如下转换
str = env->GetStringUTFChars(prompt, false);
将jstring类型变成一个char*类型。

返回的时候，要生成一个jstring类型的对象，也必须通过如下命令，
jstring rtstr = env->NewStringUTF(tmpstr);

这里用到的GetStringUTFChars和NewStringUTF都是JNI提供的处理String类型的函数，还有其他的函数这里就不一一列举了。

3. 数组类型的传递

和String一样，JNI为Java基本类型的数组提供了j*Array类型，比如int[]对应的就是jintArray。来看一个传递int数组的例子，Java程序就不写了，

JNIEXPORT jint JNICALL Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)

{

jint *carr;

carr = env->GetIntArrayElements(arr, false);

if(carr == NULL) {

return 0; /* exception occurred */

}

jint sum = 0;

for(int i=0; i<10; i++) {

sum += carr[i];

}

env->ReleaseIntArrayElements(arr, carr, 0);

return sum;

}

这个例子中的GetIntArrayElements和ReleaseIntArrayElements函数就是JNI提供用于处理int数组的函数。如果试图用arr[i]的方式去访问jintArray类型，毫无疑问会出错。JNI还提供了另一对函数GetIntArrayRegion和 ReleaseIntArrayRegion访问int数组，就不介绍了，对于其他基本类型的数组，方法类似。

4. 二维数组和String数组

在JNI中，二维数组和String数组都被视为object数组，因为数组和String被视为object。仍然用一个例子来说明，这次是一个二维int数组，作为返回值。

JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_ObjectArrayTest_initInt2DArray(JNIEnv *env, jclass cls, int size)

{

jobjectArray result;

jclass intArrCls = env->FindClass("[I");

result = env->NewObjectArray(size, intArrCls, NULL);

 

for (int i = 0; i < size; i++) {

jint tmp[256]; /* make sure it is large enough! */

jintArray iarr = env->NewIntArray(size);

for(int j = 0; j < size; j++) {

tmp[j] = i + j;

}

env->SetIntArrayRegion(iarr, 0, size, tmp);

env->SetObjectArrayElement(result, i, iarr);

env->DeleteLocalRef(iarr);

}

return result;

}

上面代码中的第三行，
jobjectArray result;
因为要返回值，所以需要新建一个jobjectArray对象。

jclass intArrCls = env->FindClass("[I");
是创建一个jclass的引用，因为result的元素是一维int数组的引用，所以intArrCls必须是一维int数组的引用，这一点是如何保证的呢？注意FindClass的参数"[I"，JNI就是通过它来确定引用的类型的，I表示是int类型，[标识是数组。对于其他的类型，都有相应的表示方法，

Z boolean 
B byte 
C char 
S short 
I int 
J long 
F float 
D double

String是通过“Ljava/lang/String;”表示的，那相应的，String数组就应该是“[Ljava/lang/String;”。

还是回到代码，
result = env->NewObjectArray(size, intArrCls, NULL);
的作用是为result分配空间。

jintArray iarr = env->NewIntArray(size);
是为一维int数组iarr分配空间。

env->SetIntArrayRegion(iarr, 0, size, tmp);
是为iarr赋值。

env->SetObjectArrayElement(result, i, iarr);
是为result的第i个元素赋值。

通过上面这些步骤，我们就创建了一个二维int数组，并赋值完毕，这样就可以做为参数返回了。

如果了解了上面介绍的这些内容，基本上大部分的任务都可以对付了。虽然在操作数组类型，尤其是二维数组和String数组的时候，比起在单独的语言中编程要麻烦，但既然我们享受了跨语言编程的好处，必然要付出一定的代价。

有一点要补充的是，本文所用到的函数调用方式都是针对C++的，如果要在C中使用，所有的env->都要被替换成(*env)->，而且后面的函数中需要增加一个参数env，具体请看一下jni.h的代码。另外还有些省略的内容，可以参考JNI的文档：Java Native Interface 6.0 Specification，在JDK的文档里就可以找到。如果要进行更深入的JNI编程，需要仔细阅读这个文档。接下来的高级篇，也会讨论更深入的话题。

 

======================================================

在本篇中，将会涉及关于JNI编程更深入的话题，包括：在native方法中访问Java类的域和方法，将Java中自定义的类作为参数和返回值传递等等。了解这些内容，将会对JNI编程有更深入的理解，写出的程序也更清晰，易用性更好。

1. 在一般的Java类中定义native方法

在前两篇的例子中，都是将native方法放在main方法的Java类中，实际上，完全可以在任何类中定义native方法。这样，对于外部来说，这个类和其他的Java类没有任何区别。

2. 访问Java类的域和方法

native方法虽然是native的，但毕竟是方法，那么就应该同其他方法一样，能够访问类的私有域和方法。实际上，JNI的确可以做到这一点，我们通过几个例子来说明，

public class ClassA {

String str_ = "abcde";

int number_;

public native void nativeMethod();

private void javaMethod() {

System.out.println("call java method succeeded");

}

static {

System.loadLibrary("ClassA");

}

}

在这个例子中，我们在一个没有main方法的Java类中定义了native方法。我们将演示如何在nativeMethod()中访问域str_，number_和方法javaMethod()，nativeMethod()的C++实现如下，

JNIEXPORT void JNICALL Java_testclass_ClassCallDLL_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {

// access field

jclass cls = env->GetObjectClass(obj);

jfieldID fid = env->GetFieldID(cls, "str_", "Ljava/lang/String;");

jstring jstr = (jstring)env->GetObjectField(obj, fid);

const char *str = env->GetStringUTFChars(jstr, false);

if(std::string(str) == "abcde")

std::cout << "access field succeeded" << std::endl;

 

jint i = 2468;

fid = env->GetFieldID(cls, "number_", "I");

env->SetIntField(obj, fid, i);

 

// access method

jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "javaMethod", "()V");

env->CallVoidMethod(obj, mid);

}

上面的代码中，通过如下两行代码获得str_的值，
jfieldID fid = env->GetFieldID(cls, "str_", "Ljava/lang/String;");
jstring jstr = (jstring)env->GetObjectField(obj, fid);

第一行代码获得str_的id，在GetFieldID函数的调用中需要指定str_的类型，第二行代码通过str_的id获得它的值，当然我们读到的是一个jstring类型，不能直接显示，需要转化为char*类型。

接下来我们看如何给Java类的域赋值，看下面两行代码，
fid = env->GetFieldID(cls, "number_", "I");
env->SetIntField(obj, fid, i);

第一行代码同前面一样，获得number_的id，第二行我们通过SetIntField函数将i的值赋给number_，其他类似的函数可以参考JDK的文档。

访问javaMethod()的过程同访问域类似，
jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "javaMethod", "()V");
env->CallVoidMethod(obj, mid);

需要强调的是，在GetMethodID中，我们需要指定javaMethod方法的类型，域的类型很容易理解，方法的类型如何定义呢，在上面的例子中，我们用的是()V，V表示返回值为空，()表示参数为空。如果是更复杂的函数类型如何表示？看一个例子，
long f (int n, String s, int[] arr);
这个函数的类型符号是(ILjava/lang/String;[I)J，I表示int类型，Ljava/lang/String;表示String类型，[I表示int数组，J表示long。这些都可以在文档中查到。

3. 在native方法中使用用户定义的类

JNI不仅能使用Java的基础类型，还能使用用户定义的类，这样灵活性就大多了。大体上使用自定义的类和使用Java的基础类(比如 String)没有太大的区别，关键的一点是，如果要使用自定义类，首先要能访问类的构造函数，看下面这一段代码，我们在native方法中使用了自定义的Java类ClassB，

jclass cls = env->FindClass("Ltestclass/ClassB;");

jmethodID id = env->GetMethodID(cls, "<init>", "(D)V");

 

jdouble dd = 0.033;

jvalue args[1];

args[0].d = dd;

jobject obj = env->NewObjectA(cls, id, args);

首先要创建一个自定义类的引用，通过FindClass函数来完成，参数同前面介绍的创建String对象的引用类似，只不过类名称变成自定义类的名称。然后通过GetMethodID函数获得这个类的构造函数，注意这里方法的名称是"<init>"，它表示这是一个构造函数。

jobject obj = env->NewObjectA(cls, id, args);
生成了一个ClassB的对象，args是ClassB的构造函数的参数，它是一个jvalue*类型。

通过以上介绍的三部分内容，native方法已经看起来完全像Java自己的方法了，至少主要功能上齐备了，只是实现上稍麻烦。而了解了这些，JNI编程的水平也更上一层楼。下面要讨论的话题也是一个重要内容，至少如果没有它，我们的程序只能停留在演示阶段，不具有实用价值。

4. 异常处理

在C++和Java的编程中，异常处理都是一个重要的内容。但是在JNI中，麻烦就来了，native方法是通过C++实现的，如果在native方法中发生了异常，如何传导到Java呢？

JNI提供了实现这种功能的机制。我们可以通过下面这段代码抛出一个Java可以接收的异常，

jclass errCls;

env->ExceptionDescribe();

env->ExceptionClear();

errCls = env->FindClass("java/lang/IllegalArgumentException");

env->ThrowNew(errCls, "thrown from C++ code");

如果要抛出其他类型的异常，替换掉FindClass的参数即可。这样，在Java中就可以接收到native方法中抛出的异常。

至此，JNI编程系列的内容就完全结束了，这些内容都是本人的原创，通过查阅文档和网上的各种文章总结出来的，相信除了JDK的文档外，没有比这更全面的讲述JNI编程的文章了。当然，限于篇幅，有些地方不可能讲的很细。限于水平，也可能有一些错误。文中所用的代码，都亲自编译执行过。。

 

为何要用到NDK?

概括来说主要分为以下几种情况：

1. 代码的保护，由于apk的java层代码很容易被反编译，而C/C++库反汇难度较大。

2. 在NDK中调用第三方C/C++库，因为大部分的开源库都是用C/C++代码编写的。

3. 便于移植，用C/C++写得库可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。

 

下面就介绍下Android NDK的入门学习过程：

入门的最好办法就是学习Android自带的例子， 这里就通过学习Android的NDK自带的demo程序：hello-jni来达到这个目的。

一、 开发环境的搭建

1. android的NDK开发需要在linux下进行： 因为需要把C/C++编写的代码生成能在arm上运行的.so文件，这就需要用到交叉编译环境，而交叉编译需要在linux系统下才能完成。
2. 安装android-ndk开发包，这个开发包可以在google android 官网下载： 通过这个开发包的工具才能将android jni 的C/C++的代码编译成库
3. android应用程序开发环境： 包括eclipse、java、 android sdk、 adt等。

如何下载和安装android-ndk我这里就不啰嗦了，安装完之后，需要将android-ndk的路劲加到环境变量PATH中：

sudo gedit /etc/environment

在environment的PATH环境变量中添加你的android-ndk的安装路劲，然后再让这个更改的环境变量立即生效：

source /etc/environment

经过了上述步骤，在命令行下敲：

ndk-bulid

弹出如下的错误，而不是说ndk-build not found，就说明ndk环境已经安装成功了。

Android NDK: Could not find application project directory ! 
Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it. 
/home/braincol/workspace/android/android-ndk-r5/build/core/build-local.mk:85: *** Android NDK: Aborting . Stop.

 

二、代码的编写

1.首先是写java代码

建立一个Android应用工程HelloJni，创建HelloJni.java文件：

HelloJni.java :

/*
 * Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */
package com.example.hellojni;

import android.app.Activity;
import android.widget.TextView;
import android.os.Bundle;


public class HelloJni extends Activity
{
    /** Called when the activity is first created. */
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        /* Create a TextView and set its content.
         * the text is retrieved by calling a native
         * function.
         */
        TextView  tv = new TextView(this);
        tv.setText( stringFromJNI() );
        setContentView(tv);
    }

    /* A native method that is implemented by the
     * 'hello-jni' native library, which is packaged
     * with this application.
     */
    public native String  stringFromJNI();

    /* This is another native method declaration that is *not*
     * implemented by 'hello-jni'. This is simply to show that
     * you can declare as many native methods in your Java code
     * as you want, their implementation is searched in the
     * currently loaded native libraries only the first time
     * you call them.
     *
     * Trying to call this function will result in a
     * java.lang.UnsatisfiedLinkError exception !
     */
    public native String  unimplementedStringFromJNI();

    /* this is used to load the 'hello-jni' library on application
     * startup. The library has already been unpacked into
     * /data/data/com.example.HelloJni/lib/libhello-jni.so at
     * installation time by the package manager.
     */
    static {
        System.loadLibrary("hello-jni");
    }
}

这段代码很简单，注释也很清晰，这里只提两点：:

static{ 
System.loadLibrary("hello-jni"); 
}

表明程序开始运行的时候会加载hello-jni, static区声明的代码会先于onCreate方法执行。如果你的程序中有多个类，而且如果HelloJni这个类不是你应用程序的入口，那么hello-jni（完整的名字是libhello-jni.so）这个库会在第一次使用HelloJni这个类的时候加载。

public native String stringFromJNI(); 
public native String unimplementedStringFromJNI();

可以看到这两个方法的声明中有 native 关键字， 这个关键字表示这两个方法是本地方法，也就是说这两个方法是通过本地代码（C/C++）实现的，在java代码中仅仅是声明。

用eclipse编译该工程，生成相应的.class文件，这步必须在下一步之前完成，因为生成.h文件需要用到相应的.class文件。

 

2. 编写相应的C/C++代码

刚开始学的时候，有个问题会让人很困惑，相应的C/C++代码如何编写，函数名如何定义？ 这里讲一个方法，利用javah这个工具生成相应的.h文件，然后根据这个.h文件编写相应的C/C++代码。

2.1 生成相应.h文件：

就拿我这的环境来说，首先在终端下进入刚刚建立的HelloJni工程的目录：

braincol@ubuntu:~$ cd workspace/android/NDK/hello-jni/

ls查看工程文件

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls 
AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen res src 

可以看到目前仅仅有几个标准的android应用程序的文件（夹）。

首先我们在工程目录下建立一个jni文件夹：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ mkdir jni 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls 
AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen jni res src 

下面就可以生成相应的.h文件了：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ javah -classpath bin -d jni com.example.hellojni.HelloJni 

-classpath bin：表示类的路劲

-d jni: 表示生成的头文件存放的目录

com.example.hellojni.HelloJni 则是完整类名

这一步的成功要建立在已经在 bin/com/example/hellojni/ 目录下生成了 HelloJni.class的基础之上。

现在可以看到jni目录下多了个.h文件：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd jni/ 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ ls 
com_example_hellojni_HelloJni.h

我们来看看com_example_hellojni_HelloJni.h的内容：

com_example_hellojni_HelloJni.h :

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_example_hellojni_HelloJni */

#ifndef _Included_com_example_hellojni_HelloJni
#define _Included_com_example_hellojni_HelloJni
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_example_hellojni_HelloJni
 * Method:    stringFromJNI
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI
  (JNIEnv *, jobject);

/*
 * Class:     com_example_hellojni_HelloJni
 * Method:    unimplementedStringFromJNI
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

上面代码中的JNIEXPORT 和 JNICALL 是jni的宏，在android的jni中不需要，当然写上去也不会有错。

从上面的源码中可以看出这个函数名那是相当的长啊。。。。 不过还是很有规律的， 完全按照：java_pacakege_class_mathod 形式来命名。

也就是说：

 

Hello.java中 stringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 方法

HelloJni.java中的 unimplementedStringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI() 方法 

注意下其中的注释：

Signature: ()Ljava/lang/String; 

()Ljava/lang/String;

()表示函数的参数为空（这里为空是指除了JNIEnv *, jobject 这两个参数之外没有其他参数，JNIEnv*, jobject是所有jni函数必有的两个参数，分别表示jni环境和对应的java类（或对象）本身），

Ljava/lang/String; 表示函数的返回值是java的String对象。

 

2.2 编写相应的.c文件：

hello-jni.c :

/*
 * Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 *
 */
#include <string.h>
#include <jni.h>

/* This is a trivial JNI example where we use a native method
 * to return a new VM String. See the corresponding Java source
 * file located at:
 *
 *   apps/samples/hello-jni/project/src/com/example/HelloJni/HelloJni.java
 */
jstring
Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env,
                                                  jobject thiz )
{
    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");
}

这里只是实现了Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI方法，而 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI 方法并没有实现，因为在HelloJni.java中只调用了stringFromJNI()方法，所以unimplementedStringFromJNI()方法没有实现也没关系，不过建议最好还是把所有java中定义的本地方法都实现了，写个空函数也行啊。。。有总比没有好。

Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 函数只是简单的返回了一个内容为 "Hello from JNI !" 的jstring对象（对应于java中的String对象）。

hello-jni.c文件已经编写好了，现在可以把com_example_hellojni_HelloJni.h文件给删了，当然留着也行，只是我还是习惯把不需要的文件给清理干净了。

 

3. 编译hello-jni.c 生成相应的库

3.1 编写Android.mk文件

在jni目录下（即hello-jni.c 同级目录下）新建一个Android.mk文件，Android.mk 文件是Android 的 makefile文件，内容如下：

# Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.
#
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := hello-jni
LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

这个Androd.mk文件很短，下面我们来逐行解释下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

一个Android.mk 文件首先必须定义好LOCAL_PATH变量。它用于在开发树中查找源文件。在这个例子中，宏函数’my-dir’, 由编译系统提供，用于返回当前路径（即包含Android.mk file文件的目录）。

include $( CLEAR_VARS)

CLEAR_VARS由编译系统提供，指定让GNU MAKEFILE为你清除许多LOCAL_XXX变量（例如 LOCAL_MODULE, LOCAL_SRC_FILES, LOCAL_STATIC_LIBRARIES, 等等...), 
除LOCAL_PATH 。这是必要的，因为所有的编译控制文件都在同一个GNU MAKE执行环境中，所有的变量都是全局的。

LOCAL_MODULE := hello-jni

编译的目标对象，LOCAL_MODULE变量必须定义，以标识你在Android.mk文件中描述的每个模块。名称必须是唯一的，而且不包含任何空格。

注意：编译系统会自动产生合适的前缀和后缀，换句话说，一个被命名为'hello-jni'的共享库模块，将会生成'libhello-jni.so'文件。

重要注意事项：

如果你把库命名为‘libhello-jni’，编译系统将不会添加任何的lib前缀，也会生成 'libhello-jni.so'，这是为了支持来源于Android平台的源代码的Android.mk文件，如果你确实需要这么做的话。

LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

LOCAL_SRC_FILES变量必须包含将要编译打包进模块中的C或C++源代码文件。注意，你不用在这里列出头文件和包含文件，因为编译系统将会自动为你找出依赖型的文件；仅仅列出直接传递给编译器的源代码文件就好。

注意，默认的C++源码文件的扩展名是’.cpp’. 指定一个不同的扩展名也是可能的，只要定义LOCAL_DEFAULT_CPP_EXTENSION变量，不要忘记开始的小圆点（也就是’.cxx’,而不是’cxx’）

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

BUILD_SHARED_LIBRARY表示编译生成共享库，是编译系统提供的变量，指向一个GNU Makefile脚本，负责收集自从上次调用'include $(CLEAR_VARS)'以来，定义在LOCAL_XXX变量中的所有信息，并且决定编译什么，如何正确地去做。还有 BUILD_STATIC_LIBRARY变量表示生成静态库：lib$(LOCAL_MODULE).a， BUILD_EXECUTABLE 表示生成可执行文件。

 

3.2 生成.so共享库文件

Andro文件已经编写好了，现在可以用android NDK开发包中的 ndk-build脚本生成对应的.so共享库了，方法如下：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ cd .. 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls 
AndroidManifest.xml assets bin default.properties gen jni libs obj res src 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ndk-build 
Gdbserver : [arm-linux-androideabi-4.4.3] libs/armeabi/gdbserver 
Gdbsetup : libs/armeabi/gdb.setup 
Install : libhello-jni.so => libs/armeabi/libhello-jni.so 

可以看到已经正确的生成了libhello-jni.so共享库了， 我们去 libs/armeabi/ 目录下看看：

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd libs/ 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ ls 
armeabi 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ cd armeabi/ 
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs/armeabi$ ls 
gdbserver gdb.setup libhello-jni.so

4. 在eclipse重新编译HelloJni工程，生成apk

eclipse中刷新下HelloJni工程，重新编译生成apk，libhello-jni.so共享库会一起打包在apk文件内。

在模拟器中看看运行结果：