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一相關(guān)配置

Android Studio創(chuàng)建新項目時選擇最后一項Native C++，這時候生成的項目配置就是默認(rèn)的CMake開發(fā)的配置，如下圖所示：

但是如果原有項目不支持NDK開發(fā)，要添加native代碼，需要以下配置流程：

創(chuàng)建native代碼文件，在main目錄下創(chuàng)建cpp目錄，右鍵點擊 cpp 目錄，然后依次選擇 New > C/C++ Source File,文件名取為demo，文件后綴為cpp，點擊OK，這時候就會生成一個demo.cpp的原生代碼文件。目前這個文件為空，后面我們會往里面添加C++代碼。
創(chuàng)建 CMake 構(gòu)建腳本。右鍵點擊 cpp 目錄，然后依次選擇 New > File，輸入CMakeLists.txt作為文件名，然后點擊 OK。我們需要編輯這個txt腳本：
- cmake_minimum_required:cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1),表示cmake的最小版本號，按照習(xí)慣，腳本的第一行一般都是配置這個屬性。
- project("demo")。配置項目的名稱，我們寫成demo即可，這行配置可以沒有。
- add_library(<name> [STATIC | SHARED | MODULE] [EXCLUDE_FROM_ALL] [<source>...])，三個參數(shù)，分別表示庫的名字，庫的類型，庫的路徑。我們配置如下：add_library(demo SHARED demo.cpp)，其中第三個參數(shù)就是我們在第一步中創(chuàng)建的C++文件。這樣配置的結(jié)果，cmake就會在/app/build/intermediates/cmake/debug/obj/目錄下生成對應(yīng)的libdemo.so。
- 這個命令以找到 NDK 庫并將其路徑存儲為一個變量?？梢允褂么俗兞吭跇?gòu)建腳本的其他部分引用 NDK 庫。以下配置會找到 Android 專有的日志支持庫，并將其路徑存儲在 log-lib 中：
```
find_library( # Defines the name of the path variable that stores the
        # location of the NDK library.
        log-lib
        # Specifies the name of the NDK library that
        # CMake needs to locate.
        log )
```
- 為了讓原生庫能夠調(diào)用 log 庫中的函數(shù)，需要使用 CMake 構(gòu)建腳本中的 target_link_libraries() 命令來關(guān)聯(lián)這些庫：
```
# Links your native library against one or more other native libraries.
target_link_libraries( # Specifies the target library.
                 demo
                 # Links the log library to the target library.
                 ${log-lib} ) 
```

最終的CMakeLists.txt文件如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)

# Declares and names the project.

project("demo")

# Creates and names a library, sets it as either STATIC
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
# You can define multiple libraries, and CMake builds them for you.
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.

add_library( # Sets the name of the library.
        demo
        # Sets the library as a shared library.
        SHARED
        # Provides a relative path to your source file(s).
        demo.cpp)

# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.

find_library( # Sets the name of the path variable.
        log-lib
        # Specifies the name of the NDK library that
        # you want CMake to locate.
        log)

# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.

target_link_libraries( # Specifies the target library.
        demo
        # Links the target library to the log library
        # included in the NDK.
        ${log-lib})

指定ndk路徑。我們可以在項目根目錄的local.properties文件中指定ndk的路徑，比如這樣配置：
```
  ndk.dir=/Users/zhouzhihui/Library/Android/sdk/ndk/25.2.9519653
```
在新的Android Studio中這樣配置會報一個警告：Please delete ndk.dir from local.properties and set android.ndkVersion to [25.2.9519653] in all native modules in the project，那么我們就用新的配置方法，先刪除這一行配置，然后在app/build.gradle文件中添加ndkVersion的配置，如下代碼：
```
    android {
        ndkVersion "25.2.9519653"
        compileSdk 33
        ......
```
將 Gradle 關(guān)聯(lián)到原生庫。將 externalNativeBuild塊添加到模塊級 build.gradle 文件中，并使用cmake或ndkBuild 塊對其進(jìn)行配置，這個配置和ndkVersion的配置是同一級別的：
```
externalNativeBuild {
    cmake {
        path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
        version '3.22.1'
    }
}
```
當(dāng)然還可以指定其它參數(shù)，具體可以參考官網(wǎng)說明：關(guān)聯(lián)Gradle。
指定abi。如果不指定abi，gradle 默認(rèn)只生成arm64-v8a構(gòu)架的so文件(我的小米手機是這樣，應(yīng)該是生成與設(shè)備相對應(yīng)的so，歡迎指正)，我們可以如下指定abi：
```
  ndk {
        abiFilters "arm64-v8a", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64"
  }
```
這樣配置，就能生成四個架構(gòu)下的so文件。

經(jīng)過上面四個步驟，我們ndk的原生代碼開發(fā)配置基本完成了，然后點擊Run app按鈕，運行項目，最終apk中的lib目錄生成了四個so，如圖：

apk

因為我們的C++文件還沒有寫代碼，因此so都比較小，只有2KB。

二編寫C++代碼

由于native方法是在java層調(diào)用，因此對于一個so，我們就專門創(chuàng)建一個對應(yīng)的java類。我們前面步驟新建了demo.cpp，那么我們就創(chuàng)建個對應(yīng)的Demo.java類。我們在主package包目錄下創(chuàng)建一個新目錄demo，在該目錄下創(chuàng)建一個java類：Demo.java，要使用native代碼，首先將so加載到虛擬機中，如下代碼：

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

然后在Demo.java中創(chuàng)建我們的第一個native方法，而且是一個static方法：

public static native String getStr();

這時候會報錯Cannot resolve corresponding JNI function Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_getStr.，因為getStr方法還沒在demo.cpp中實現(xiàn)，然后我們將鼠標(biāo)移到飆紅的代碼處，同時按住鍵盤的alt+enter鍵，就會出現(xiàn)修復(fù)的建議，如圖所示：

然后點擊enter鍵，在demo.cpp中就會出現(xiàn)以下代碼：

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_getStr(JNIEnv *env, jclass clazz) {
    // TODO: implement getStr()
}

這個自動生成的c++代碼函數(shù)就是getStr的native實現(xiàn)，我們修改下，最終實現(xiàn)如下：

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_getStr(JNIEnv *env, jclass /* this */) {
    std::string hello = "stringFromJNI";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

按照上面的步驟，我們繼續(xù)添加兩個非static的native方法：

    public native int add(int a, int b);
    public native String concat(String a, String b);

對應(yīng)的native實現(xiàn)如下：

extern "C" JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_add(JNIEnv *env, jobject, jint a, jint b) {
    string sum = std::to_string(a + b);
    std::stringstream ss;
    ss << a << "+" << b << "==" << sum;
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%s", ss.str().c_str());
    return a + b;
}

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_concat(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring a, jstring b) {
    //1、直接使用GetStringUTFChars方法將傳遞過來的jstring轉(zhuǎn)為char*
    char *c1 = (char *) (env->GetStringUTFChars(a, JNI_FALSE));
    char *c2 = (char *) (env->GetStringUTFChars(b, JNI_FALSE));
    //2、再使用本地函數(shù)strcat 拼接兩個char*對象，然后NewStringUTF轉(zhuǎn)為jstring返回去
    char *res = strcat(c1, c2);
    return env->NewStringUTF(res);
}

不難發(fā)現(xiàn)，demo.cpp的方法名字很長，而且遵循一定的約束：

定義：通過 JNIEXPORT 和 JNICALL 兩個宏定義聲明，在虛擬機加載 so 時發(fā)現(xiàn)上面兩個宏定義的函數(shù)時就會鏈接到對應(yīng)的 native 方法
規(guī)則：Java + 包名 + 類名 + 方法名，其中使用下劃線將每部分隔開，包名也使用下劃線隔開，如果名稱中本來就包含下劃線，將使用下劃線加數(shù)字替換。
明顯有以下缺點：
1 必須遵循注冊規(guī)則
2 名字過長
3 運行時去找效率不高

下面我們介紹一下更加簡潔而且更加高效的native方法的注冊方式：動態(tài)注冊。

三動態(tài)注冊

我們在Demo.java中加上第四個native方法：

public native int[] sortArray(int[] arr);

為了動態(tài)注冊該方法，首先，在demo.cpp中我們實現(xiàn)sortArray方法的功能，但不靜態(tài)注冊，如下：

void sort(int &a, int &b) {
    a = a + b;
    b = a - b;
    a = a - b;
}

jintArray sortArray(JNIEnv *env, jobject thiz, jintArray arr) {
    jsize len = env->GetArrayLength(arr);
//    jint *body = env->GetIntArrayElements(arr, 0);
    jint *out = env->GetIntArrayElements(arr, NULL);
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) {
            if (out[j] > out[j + 1]) {
                sort(out[j], out[j + 1]);
//                jsize temp = out[j + 1];
//                out[j + 1] = out[j];
//                out[j] = temp;
            }
        }
    }

    jintArray arrSorted = env->NewIntArray(len);
    env->SetIntArrayRegion(arrSorted, 0, len, out);
    env->ReleaseIntArrayElements(arr, out, 0);
    env->DeleteLocalRef(arr);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%s", "new arr");
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%d", out[i]);
    }
    return arrSorted;
}

該方法就是接收一個java的整數(shù)數(shù)組，然后使用冒泡從小到大排序，返回一個新的排過序的新的數(shù)組。這個方法不滿足前面討論過的靜態(tài)注冊的兩條約束條件，因此如果在java層調(diào)用該方法，就會報錯：
java.lang.UnsatisfiedLinkError: No implementation found for int[] com.example.nativecpp.demo.Demo.sortArray(int[]) (tried Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_sortArray and Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_sortArray___3I)，如圖：

。我們需要注冊該方法，那么下面就來動態(tài)注冊該方法。

還記得我們在Demo.java中加載so的代碼static { System.loadLibrary("demo"); }嗎？這個加載會觸發(fā)demo.cpp里的JNI_OnLoad方法，通常我們在 JNI_OnLoad 方法中完成動態(tài)注冊，直接上代碼吧：

jint RegisterNatives(JNIEnv *env) {
    jclass clazz = env->FindClass("com/example/nativecpp/demo/Demo");
    if (clazz == NULL) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG,"con't find class: com/example/nativecpp/demo/Demo");
        return JNI_ERR;
    }
    JNINativeMethod method[] = {
            {"sortArray", "([I)[I", (void *) sortArray}
    };
    return env->RegisterNatives(clazz, method,sizeof(method) / sizeof(method[0]));
}

jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "enter jni_onload");
    JNIEnv *env = NULL;
    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
    jint result = RegisterNatives(env);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "register natives result=%d", result);
    return JNI_VERSION_1_6;
}

動態(tài)注冊的邏輯在RegisterNatives方法中，主要分三步：

通過反射找到方法所在的java類：jclass clazz = env->FindClass("com/example/nativecpp/demo/Demo");
定義要注冊的方法：JNINativeMethod method[] = { {"sortArray", "([I)[I", (void *) sortArray} };,可以看到變量method是一個數(shù)組，數(shù)組的每個元素都對應(yīng)一個要動態(tài)注冊的方法，由于我們只有一個方法要動態(tài)注冊，因此method數(shù)組只有一個元素。元素的第一個參數(shù)是java層定義的函數(shù)名，第三個參數(shù)是native層定義的函數(shù)名，兩個函數(shù)名沒有必然關(guān)系，可以不一樣。要注意的是元素的第二個參數(shù)也就是函數(shù)簽名(如果不知道函數(shù)簽名也可以使用快捷鍵alt+enter自動修復(fù))，具體的函數(shù)簽名可以參考：Android深入理解JNI（二）類型轉(zhuǎn)換、方法簽名和JNIEnv
進(jìn)行注冊：env->RegisterNatives(clazz, method,sizeof(method) / sizeof(method[0]));

四最終的源代碼

所有的代碼如下：
Demo.java：

public class Demo {
    // Used to load the 'nativecpp' library on application startup.
    static {
        Log.i("zzh", "load 1");
        System.loadLibrary("demo");
        Log.i("zzh", "load 2");
    }

    /**
     * A native method that is implemented by the 'nativecpp' native library,
     * which is packaged with this application.
     */
    public static native String getStr();

    public native int add(int a, int b);

    public native String concat(String a, String b);

    // 動態(tài)注冊
    public native int[] sortArray(int[] arr);
}

demo.cpp

#include <jni.h>
#include <string>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <android/log.h>

using namespace std;

#define LOG_TAG "zzh-cmake"

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_getStr(JNIEnv *env, jclass /* this */) {
    std::string hello = "stringFromJNI";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

extern "C" JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_add(JNIEnv *env, jobject, jint a, jint b) {
    string sum = std::to_string(a + b);
    std::stringstream ss;
    ss << a << "+" << b << "==" << sum;
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%s", ss.str().c_str());
    return a + b;
}
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_nativecpp_demo_Demo_concat(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring a, jstring b) {
    //1、直接使用GetStringUTFChars方法將傳遞過來的jstring轉(zhuǎn)為char*
    char *c1 = (char *) (env->GetStringUTFChars(a, JNI_FALSE));
    char *c2 = (char *) (env->GetStringUTFChars(b, JNI_FALSE));
    //2、再使用本地函數(shù)strcat 拼接兩個char*對象，然后NewStringUTF轉(zhuǎn)為jstring返回去
    char *res = strcat(c1, c2);

    return env->NewStringUTF(res);
}

void sort(int &a, int &b) {
    a = a + b;
    b = a - b;
    a = a - b;
}

jintArray sortArray(JNIEnv *env, jobject thiz, jintArray arr) {
    jsize len = env->GetArrayLength(arr);
//    jint *body = env->GetIntArrayElements(arr, 0);
    jint *out = env->GetIntArrayElements(arr, NULL);
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) {
            if (out[j] > out[j + 1]) {
                sort(out[j], out[j + 1]);
//                jsize temp = out[j + 1];
//                out[j + 1] = out[j];
//                out[j] = temp;
            }
        }
    }

    jintArray arrSorted = env->NewIntArray(len);
    env->SetIntArrayRegion(arrSorted, 0, len, out);
    env->ReleaseIntArrayElements(arr, out, 0);
    env->DeleteLocalRef(arr);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%s", "new arr");
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "%d", out[i]);
    }
    return arrSorted;
}

jint RegisterNatives(JNIEnv *env) {
    jclass clazz = env->FindClass("com/example/nativecpp/demo/Demo");
    if (clazz == NULL) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG,"con't find class: com/example/nativecpp/demo/Demo");
        return JNI_ERR;
    }
    JNINativeMethod method[] = {
            {"sortArray", "([I)[I", (void *) sortArray}
    };
    return env->RegisterNatives(clazz, method,sizeof(method) / sizeof(method[0]));
}

jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "enter jni_onload");
    JNIEnv *env = NULL;
    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
    jint result = RegisterNatives(env);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, "register natives result=%d", result);
    return JNI_VERSION_1_6;
}

MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private static final String TAG = "MainActivity:zzh";
    Demo mDemo;

    private ActivityMainBinding binding;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        mDemo = new Demo();
        binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
        setContentView(binding.getRoot());

        // Example of a call to a native method
        TextView tv = binding.sampleText;
        tv.setText(Demo.getStr());
        int[] arr = new int[]{10, 3, 2, 1, 9, 11, 8, 4};
        binding.sampleText.setOnClickListener(v -> {
            Log.i(TAG, "demo add 1+2=" + mDemo.add(1, 2));
            Log.i(TAG, "demo concat a concat b=" + mDemo.concat("a", "b"));
            int[] newArr = mDemo.sortArray(arr);
            Log.i(TAG, "demo after sort array=" + Arrays.toString(arr));
            Log.i(TAG, "demo after sort array2=" + Arrays.toString(newArr));
        });
    }
}

運行的日志：

2023-02-27 22:26:27.368 14524-14524 zzh                     com.example.nativecpp                I  load 1
2023-02-27 22:26:27.369 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  enter jni_onload
2023-02-27 22:26:27.369 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  register natives result=0
2023-02-27 22:26:27.369 14524-14524 zzh                     com.example.nativecpp                I  load 2
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  1+2==3
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 MainActivity:zzh        com.example.nativecpp                I  demo add 1+2=3
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 MainActivity:zzh        com.example.nativecpp                I  demo concat a concat b=ab
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  new arr
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  1
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  2
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  3
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  4
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  8
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  9
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  10
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 zzh-cmake               com.example.nativecpp                D  11
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 MainActivity:zzh        com.example.nativecpp                I  demo after sort array=[1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 11]
2023-02-27 22:26:31.715 14524-14524 MainActivity:zzh        com.example.nativecpp                I  demo after sort array2=[1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 11]

從日志中可以看出，native方法sortArray把java層傳入的int[]也給修改了。

參考：
ndk使用入門

JNI 靜態(tài)注冊和動態(tài)注冊

 Android深入理解JNI（二）類型轉(zhuǎn)換、方法簽名和JNIEnv

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