Android中JNI編程的那些事兒

http://www.cnblogs.com/keis/archive/2011/04/12/2013174.html

首先說明，Android系統不允許一個純粹使用C/C++的程序出現，它要求必須是通過Java代碼嵌入Native C/C++——即通過JNI的方式來使用本地（Native）代碼。因此JNI對Android底層開發人員非常重要。

如何將.so文件打包到.APK

讓我們先從最簡單的情況開始，假如已有一個JNI實現——libxxx.so文件，那麼如何在APK中使用它呢？

在我最初寫類似程序的時候，我會將libxxx.so文件push到/system/lib/目錄下，然後在Java代碼中執行System.loadLibrary(xxx)，這是個可行的做法，但需要取得/system/lib 目錄的寫權限（模擬器通過adb remount取得該權限）。但模擬器重啓之後libxxx.so文件會消失。現在我找到了更好的方法，把.so文件打包到apk中分發給最終用戶，不管是模擬器或者真機，都不再需要system分區的寫權限。實現步驟如下：

1、在你的項目根目錄下建立libs/armeabi目錄；

2、將libxxx.so文件copy到 libs/armeabi/下；

3、此時ADT插件自動編譯輸出的.apk文件中已經包括.so文件了；

4、安裝APK文件，即可直接使用JNI中的方法；

我想還需要簡單說明一下libxxx.so的命名規則，沿襲Linux傳統，lib<something>.so是類庫文件名稱的格式，但在Java的System.loadLibrary(" something ")方法中指定庫名稱時，不能包括前綴—— lib，以及後綴——.so。

準備編寫自己的JNI模塊

你一定想知道如何編寫自己的xxx.so，不過這涉及了太多有關JNI的知識。簡單的說：JNI是Java平臺定義的用於和宿主平臺上的本地代碼進行交互的“Java標準”，它通常有兩個使用場景：1.使用(之前使用c/c++、delphi開發的)遺留代碼；2.爲了更好、更直接地與硬件交互並獲得更高性能。你可以通過以下鏈接瞭解JNI的更多資料：

Java Native Interface Developer Guides

Java Native Interface Specification

Java本地接口(JNI)基本功能

Book：JNI Programmer's Guide and Specification

JNI之Hello World

1、首先創建含有native方法的Java類：

1.	package com.okwap.testjni;     
2.	 public final class MyJNI {    
3.	    //native方法,    
4.	     public static native String sayHello(String name);    
5.	}

2、通過javah命令生成.h文件，內容如下(com_okwap_testjni.h文件)：

1.	/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */     
2.	 #include <jni.h>      
3.	 /* Header for class com_okwap_testjni_MyJNI */     
4.	 #ifndef _Included_com_okwap_testjni_MyJNI      
5.	 #define _Included_com_okwap_testjni_MyJNI      
6.	 #ifdef __cplusplus      
7.	 extern "C" {      
8.	 #endif      
9.	 /*     
10.	 * Class:     com_okwap_testjni_MyJNI     
11.	  * Method:    sayHello     
12.	  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;     
13.	  */     
14.	 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello      
15.	   (JNIEnv *, jclass, jstring);      
16.	 #ifdef __cplusplus      
17.	 }      
18.	 #endif     
19.	 #endif

這是一個標準的C語言頭文件，其中的JNIEXPORT、JNICALL是JNI關鍵字(事實上它是沒有任何內容的宏，僅用於指示性說明)，而jint、jstring是JNI環境下對int及java.lang.String類型的映射。這些關鍵字的定義都可以在jni.h中看到。

3、在 com_okwap_testjni.c文件中實現以上方法：

1.	#include <string.h>     
2.	 #include <jni.h>     
3.	 #include "com_okwap_testjni.h"     
4.	 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello(JNIEnv* env, jclass, jstring str){     
5.	     //從jstring類型取得c語言環境下的char*類型     
6.	      const char* name = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);     
7.	     //本地常量字符串     
8.	      char* hello = "你好，";    
9.	     //動態分配目標字符串空間    
10.	     char* result = malloc((strlen(name) + strlen(hello) + 1)*sizeof(char));    
11.	     memset(result,0,sizeof(result));    
12.	     //字符串鏈接    
13.	      strcat(result,hello);    
14.	     strcat(result,name);    
15.	     //釋放jni分配的內存    
16.	     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env,str,name);    
17.	     //生成返回值對象    
18.	     str = (*env)->NewStringUTF(env, "你好 JNI~!");    
19.	     //釋放動態分配的內存    
20.	     free(result);    
21.	    //   
22.	    return str;    
23.	 }

4、編譯——兩種不同的編譯環境

以上的C語言代碼要編譯成最終.so動態庫文件，有兩種途徑：

AndroidNDK ：全稱是Native DeveloperKit，是用於編譯本地JNI源碼的工具，爲開發人員將本地方法整合到Android應用中提供了方便。事實上NDK和完整源碼編譯環境一樣，都使用Android的編譯系統——即通過Android.mk文件控制編譯。NDK可以運行在Linux、Mac、Window(+cygwin)三個平臺上。有關NDK的使用方法及更多細節請參考以下資料：

eoe特刊第七期《NDK總結》http://blog.eoemobile.com/?p=27

http://androidappdocs.appspot.com/sdk/ndk/index.html；

完整源碼編譯環境：Android平臺提供有基於make的編譯系統，爲App編寫正確的Android.mk文件就可使用該編譯系統。該環境需要通過git從官方網站獲取完整源碼副本併成功編譯，更多細節請參考：http://source.android.com/index.html

不管你選擇以上兩種方法的哪一個，都必須編寫自己的Android.mk文件，有關該文件的編寫請參考相關文檔。

JNI組件的入口函數——JNI_OnLoad()、JNI_OnUnload()

JNI組件被成功加載和卸載時，會進行函數回調，當VM執行到System.loadLibrary(xxx)函數時，首先會去執行JNI組件中的JNI_OnLoad()函數，而當VM釋放該組件時會呼叫JNI_OnUnload()函數。先看示例代碼：

1.	//onLoad方法，在System.loadLibrary()執行時被調用     
2.	jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){     
3.	    LOGI("JNI_OnLoad startup~~!");     
4.	        return JNI_VERSION_1_4;     
5.	}        
6.	     
7.	//onUnLoad方法，在JNI組件被釋放時調用     
8.	void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     
9.	    LOGE("call JNI_OnUnload ~~!!");    
10.	}

JNI_OnLoad()有兩個重要的作用：

指定JNI版本：告訴VM該組件使用那一個JNI版本(若未提供JNI_OnLoad()函數，VM會默認該使用最老的JNI 1.1版)，如果要使用新版本的JNI，例如JNI 1.4版，則必須由JNI_OnLoad()函數返回常量JNI_VERSION_1_4(該常量定義在jni.h中) 來告知VM。

初始化設定，當VM執行到System.loadLibrary()函數時，會立即先呼叫JNI_OnLoad()方法，因此在該方法中進行各種資源的初始化操作最爲恰當。

JNI_OnUnload()的作用與JNI_OnLoad()對應，當VM釋放JNI組件時會呼叫它，因此在該方法中進行善後清理，資源釋放的動作最爲合適。

使用registerNativeMethods方法

對Java程序員來說，可能我們總是會遵循：1.編寫帶有native方法的Java類；--->2.使用javah命令生成.h頭文件；--->3.編寫代碼實現頭文件中的方法，這樣的“官方”流程，但也許有人無法忍受那“醜陋”的方法名稱，RegisterNatives方法能幫助你把c/c++中的方法隱射到Java中的native方法，而無需遵循特定的方法命名格式。來看一段示例代碼吧：

1.	//定義目標類名稱     
2.	static const char *className = "com/okwap/testjni/MyJNI";     
3.	//定義方法隱射關係    
4.	static JNINativeMethod methods[] = {     
5.	  {"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},     
6.	};     
7.	jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){    
8.	  //聲明變量    
9.	  jint result = JNI_ERR;    
10.	  JNIEnv* env = NULL;    
11.	  jclass clazz;    
12.	 int methodsLenght;    
13.	  //獲取JNI環境對象    
14.	  if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {    
15.	 LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");    
16.	    return JNI_ERR;    
17.	  }    
18.	  assert(env != NULL);    
19.	  //註冊本地方法.Load 目標類    
20.	  clazz = (*env)->FindClass(env,className);    
21.	  if (clazz == NULL) {    
22.	    LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);    
23.	   return JNI_ERR;    
24.	  }    
25.	  //建立方法隱射關係    
26.	  //取得方法長度    
27.	  methodsLenght = sizeof(methods) / sizeof(methods[0]);    
28.	  if ((*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0) {    
29.	    LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);    
30.	    return JNI_ERR;    
31.	  }    
32.	  //    
33.	 result = JNI_VERSION_1_4;    
34.	  return result;

建立c/c++方法和Java方法之間映射關係的關鍵是 JNINativeMethod結構，該結構定義在jni.h中，具體定義如下：

1.	typedef struct {     
2.	   const char* name;//java方法名稱    
3.	   const char* signature; //java方法簽名    
4.	   void*       fnPtr;//c/c++的函數指針    
5.	 } JNINativeMethod

參照上文示例中初始化該結構的代碼：

1.	//定義方法隱射關係    
2.	 static JNINativeMethod methods[] = {    
3.	   {"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},    
4.	 };

其中比較難以理解的是第二個參數——signature字段的取值，實際上這些字符與函數的參數類型/返回類型一一對應，其中"()" 中的字符表示參數，後面的則代表返回值。例如"()V" 就表示void func()，"(II)V" 表示 void func(int, int)，具體的每一個字符的對應關係如下：
方法簽名就是一個方法參數和返回值的聲明。A和B兩個部分組成。規則如下(A)BA中是參數的類型，B是返回值類型。
字符 Java類型 C/C++類型V void voidZ jboolean booleanI jint intJ jlong longD jdouble doubleF jfloat floatB jbyte byteC jchar charS jshort short
數組則以"["開始，用兩個字符表示：
字符 java類型 c/c++類型[Z jbooleanArray boolean[][I jintArray int[][F jfloatArray float[][B jbyteArray byte[][C jcharArray char[][S jshortArray short[][D jdoubleArray double[][J jlongArray long[]
上面的都是基本類型，如果參數是Java類，則以"L"開頭，以";"結尾，中間是用"/"隔開包及類名，而其對應的C函數的參數則爲jobject，一個例外是String類，它對應C類型jstring，例如：Ljava/lang /String; 、Ljava/net/Socket; 等，如果JAVA函數位於一個嵌入類（也被稱爲內部類），則用$作爲類名間的分隔符，例如："Landroid/os/FileUtils$FileStatus;"。
使用registerNativeMethods方法不僅僅是爲了改變那醜陋的長方法名，最重要的是可以提高效率，因爲當Java類別透過VM呼叫到本地函數時，通常是依靠VM去動態尋找.so中的本地函數(因此它們才需要特定規則的命名格式)，如果某方法需要連續呼叫很多次，則每次都要尋找一遍，所以使用RegisterNatives將本地函數向VM進行登記，可以讓其更有效率的找到函數。
registerNativeMethods方法的另一個重要用途是，運行時動態調整本地函數與Java函數值之間的映射關係，只需要多次調用registerNativeMethods()方法，並傳入不同的映射表參數即可。
JNI中的日誌輸出
你一定非常熟悉在Java代碼中使用Log.x(TAG,“message”)系列方法，在c/c++代碼中也一樣，不過首先你要include相關頭文件。遺憾的是你使用不同的編譯環境( 請參考上文中兩種編譯環境的介紹) ，對應的頭文件略有不同。。
如果是在完整源碼編譯環境下，只要include <utils/Log.h>頭文件，就可以使用對應的LOGI、LOGD等方法了，同時請定義LOG_TAG，LOG_NDEBUG等宏值，示例代碼如下：
```
/* 
  * jnilogger.h 
  * 
  *  Created on: 2010-11-15 
  *      Author: INC062805 
  */  
   
 #ifndef __JNILOGGER_H_  
 #define __JNILOGGER_H_  
   
 #include <android/log.h>  
   
 #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 /* __JNILOGGER_H_ */
```
你可以下載以上頭文件，來統一兩種不同環境下的使用差異。另外，不要忘了在你的Android.mk文件中加入對類庫的應用，兩種環境下分別是：
```
ifeq ($(HOST_OS),windows)  
 #NDK環境下  
     LOCAL_LDLIBS := -llog  
 else  
 #完整源碼環境下  
     LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils  
 endif
```
Android爲JNI提供的助手方法

myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper

在完整源碼編譯環境下，Android在myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper\JNIHelp.h頭文件中提供了助手函數，用於本地方法註冊、異常處理等任務，還有一個用於計算方法隱射表長度的宏定義：
```
#ifndef NELEM  
 # define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))  
 #endif  
   
 //有了以上宏定義後，註冊方法可以按如下寫，該宏定義可以直接copy到NDK環境下使用：  
 (*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods,NELEM(methods));
```
更多關於JNI在Android中的信息：

JNI系列（1）：基礎篇

JNI系列（2）：jstring操作

JN系列（3）：如何得到JavaVM，JNIEnv接口

JNI系列（4）：如何訪問自定義類對象

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Android中JNI編程的那些事兒

解決ndk-build編譯C++庫時找不到各種頭文件文件

ANDROID JNI之JAVA域與c域的互操作

char* argv[] 指針數組傳入jni

JNI中參數的傳遞與操作(中)

本地代碼訪問Java代碼

Mac下配置sublime實現LaTeX

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linux以太網驅動總結