JNI / C for android 技术总揽

转载自：http://www.360doc.com/content/09/0624/17/36491_4018938.shtml

jni ／ C for android 技术总揽

Android编译环境(1) - 编译Native C的helloworld模块

Android编译环境本身比较复杂，且不像普通的编译环境：只有顶层目录下才有Makefile文件，而其他的每个component都使用统一标准的Android.mk.Android.mk文件本身是比较简单的，不过它并不是我们熟悉的Makefile，而是经过了Android自身编译系统的很多处理，因此要真正理清楚其中的联系还比较复杂，不过这种方式的好处在于，编写一个新的Android.mk来给Android增加一个新的Component会比较简单。

编译Java程序可以直接采用Eclipse的集成环境来完成，这里就不重复了。我们主要针对C/C++来说明，下面通过一个小例子来说明，如何在Android中增加一个C程序的Hello World：

1.在$(YOUR_ANDROID)/development目录下创建hello目录，其中$(YOUR_ANDROID)指Android源代码所在的目录。
- # mkdir $(YOUR_ANDROID)/development/hello

2.在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目录编写hello.c文件，hello.c的内容当然就是经典的HelloWorld程序：

#include <stdio.h>

int main()
{
printf("Hello World!/n");

return 0;
}

3.在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目录编写Android.mk文件。这是Android Makefile的标准命名，不要更改。Android.mk文件的格式和内容可以参考其他已有的Android.mk文件的写法，针对helloworld程序的Android.mk文件内容如下：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES:= /

hello.c

LOCAL_MODULE := helloworld

include $(BUILD_EXECUTABLE)

注意上面LOCAL_SRC_FILES用来指定源文件；，LOCAL_MODULE指定要编译的模块的名字，下一步骤编译时就要用到；include $(BUILD_EXECUTABLE)表示要编译成一个可执行文件，如果想编译成动态库则可用BUILD_SHARED_LIBRARY，这些可以在$(YOUR_ANDROID)/build/core/config.mk查到。

4.回到Android源代码顶层目录进行编译：

# cd $(YOUR_ANDROID) && make helloworld

注意make helloworld中的目标名helloworld就是上面Android.mk文件中由LOCAL_MODULE指定的模块名。编译结果如下：

target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c

target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)

target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)

target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)

Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld

5．如上面的编译结果所示，编译后的可执行文件存放在out/target/product/generic/system/bin/helloworld，通过”adb push”将它传送到模拟器上，再通过”adb shell”登录到模拟器终端，就可以执行了

Android编译环境(2) - 手工编译C模块

我们来试试如何直接运用gcc命令行来编译，从而了解Android编译环境的细节。

Android编译环境提供了”showcommands”选项来显示编译命令行，我们可以通过打开这个选项来查看一些编译时的细节。当然，在这之前要把上一篇中的helloworld模块clean:

# make clean-helloworld

上面的“make clean-$(LOCAL_MODULE)”是Android编译环境提供的make clean的方式。

接下来使用showcommands选项重新编译helloworld:

# make helloworld showcommands

build/core/product_config.mk:229: WARNING: adding test OTA key

target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c

prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc-I system/core/include-I hardware/libhardware/include-I hardware/ril/include-I dalvik/libnativehelper/include-I frameworks/base/include-I external/skia/include-I out/target/product/generic/obj/include-I bionic/libc/arch-arm/include-I bionic/libc/include-I bionic/libstdc++/include-I bionic/libc/kernel/common-I bionic/libc/kernel/arch-arm-I bionic/libm/include-I bionic/libm/include/arch/arm-I bionic/libthread_db/include-I development/hello-I out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates-c-fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64-MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c

target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)

prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-g++ -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lstdc++ -lmout/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.oout/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o-Wl,--no-undefined prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o

target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)

out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld

target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)

out/host/linux-x86/bin/soslim --strip --shady --quiet out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld --outfile out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld

Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld

out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld out/target/product/generic/system/bin/helloworld

从上面的命令行可以看到，Android编译环境所用的交叉编译工具链是prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc，-I和-L参数指定了所用的C库头文件和动态库文件路径分别是bionic/libc/include和out/target/product/generic/obj/lib，其他还包括很多编译选项以及-D所定义的预编译宏。

我们可以利用上面的编译命令，稍加简化来手工编译helloworld程序。先手工删除上次编译得到的helloworld程序：

# rm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o

# rm out/target/product/generic/system/bin/helloworld

再用gcc编译，生成目标文件：

# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libc/kernel/common-I bionic/libc/kernel/arch-arm -c-fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64-MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c

与Android.mk编译参数比较，上面主要减少了不必要的-I参数。

接下来生成可执行文件：

# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lmout/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o -Wl,--no-undefined ./prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o

这里值得留意的是参数“-Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker”，它指定了Android专用的动态链接器/system/bin/linker，而不是通常所用的ld.so。

生成的可执行程序可用file和readelf命令来查看一下：

# file out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld

out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), not stripped

#readelf -d out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld |grep NEEDED

0x00000001 (NEEDED)Shared library: [libc.so]

0x00000001 (NEEDED)Shared library: [libm.so]

这是ARM格式的动态链接可执行文件，运行时需要libc.so和libm.so。“not stripped”表示它还没被STRIP。嵌入式系统中为节省空间通常将编译完成的可执行文件或动态库进行STRIP，即去掉其中多余的符号表信息。在前面“make helloworld showcommands”命令的最后我们也可以看到，Android编译环境中使用了out/host/linux-x86/bin/soslim工具进行STRIP。

有关Android Toolchain的其他一些内容可参考：Android Toolchain与Bionic Libc

Android上JNI的调试

Android的SDK中没有包括JNI的支持，而且对如何支持JNI也没有任何文档说明。不过既然整个Android平台是开源的，我们可以通过Google发布的源代码来找到一些线索（比如frameworks/base/media/jni/目录），依葫芦画瓢的实现上层JAVA程序通过JNI来调用Native C程序中的函数。

依照下面的步骤可以实现一个非常简单的JNI的实例程序：

1．首先编写C模块，实现动态库。（关于如何在Android中编译C模块的更多细节，请参考《Android编译环境(1) -编译Native C的helloworld模块》。）

在development目录下添加新目录hellolib，并添加hellolib.c和Android.mk文件。hellolib.c的内容如下：

#include <jni.h>

#define LOG_TAG "TestLib"

#undef LOG

#include <utils/Log.h>

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_TestHelloLib_printHello(JNIEnv * env, jobject jobj)

{

LOGD("Hello LIB!/n");

}

注意这里的函数名需要按照JNI的规范（因此也可以用javah-jni工具来生成头文件，来保证函数名的正确性），Java_com_test_TestHelloLib_printHello的命名对应后面在java代码中，package名字是com.test，类名是TestHelloLib，native函数名是printHello。

另外，LOGD及#define LOG_TAG "TestLib"等打印log的方式是采用了Android所提供的LOG机制，这样才能通过Android的logcat工具看到log。

用于编译C模块的Android.mk文件内容如下：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES:= /

hellolib.c

LOCAL_C_INCLUDES := /

$(JNI_H_INCLUDE)

LOCAL_SHARED_LIBRARIES := /

libutils

LOCAL_PRELINK_MODULE := false

LOCAL_MODULE := libhello

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

该文件中的一些变量分别对应的含义如下：

LOCAL_SRC_FILES－编译的源文件

LOCAL_C_INCLUDES－需要包含的头文件目录

LOCAL_SHARED_LIBRARIES－链接时需要的外部库

LOCAL_PRELINK_MODULE－是否需要prelink处理（参考prelink的详细介绍：《动态库优化——Prelink（预连接）技术》，Android的Toolchain, prelink工具：《AndroidToolchain与Bionic Libc》）

LOCAL_MODULE－编译的目标对象

BUILD_SHARED_LIBRARY－指明要编译成动态库。

接下来回到Android顶层目录，并执行make libhello来编译：

# cd $(YOUR_ANDROID) && make libhello

target thumb C: libhello <= development/hellolib/hellolib.c

target SharedLib: libhello (out/target/product/generic/obj/SHARED_LIBRARIES/libhello_intermediates/LINKED/libhello.so)

target Non-prelinked: libhello (out/target/product/generic/symbols/system/lib/libhello.so)

target Strip: libhello (out/target/product/generic/obj/lib/libhello.so)

Install: out/target/product/generic/system/lib/libhello.so

编译结果可得到位于out/target/product/generic/system/lib/目录的动态共享库libhello.so

2．编写Java模块，来通过JNI方式调用C接口。具体Eclipse环境的搭建请参考AndroidSDK文档中的详细说明，及HelloAndroid程序的创建过程，这里仅给出我们需要修改的TestHelloLib.java文件：

packagecom.test;

importandroid.app.Activity;

importandroid.os.Bundle;

publicclassTestHelloLibextendsActivity {

/**Calledwhentheactivityisfirstcreated.*/

@Override

publicvoidonCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.main);

printHello();

}

static{

System.loadLibrary("hello");

}

privatenativevoidprintHello();

}

注意上面代码中粗体字部分：private native void printHello()用来声明一个native接口，static { System.loadLibrary("hello"); }用来加载上面步骤中生成libhello.so（注意loadLibrary方法的参数不是”libhello.so”，而是去掉前缀和后缀之后的”hello”），onCreate()方法中则调用了printHello()接口。

通过这一步骤可生成Android开发者所熟悉的apk文件：TestHelloLib.apk。

3．集成测试TestHelloLib.apk和libhello.so。先运行emulator并将TestHelloLib.apk和libhello.so上传至emulator中。注意要将libhello.so上传到emulator的/system/lib目录，由于该目录是只读的，上传之前先要执行adb remount：

# adb remount

# adb push out/target/product/generic/system/lib/libhello.so /system/lib

# adb install TestHelloLib.apk

接下来在模拟器菜单中可以看到已经安装的TestHelloLib程序，运行即可。

由于JNI接口printHello()并没有作界面上的改动，要验证其效果需要用Android的logcat工具来查看。运行”adb logcat”可以找到下面的log片断：

I/ActivityManager(48): Starting activity: Intent { action=android.intent.action.MAIN categories={android.intent.category.LAUNCHER} flags=0x10200000 comp={com.test/com.test.TestHelloLib} }

I/ActivityManager(48): Start proc com.test for activity com.test/.TestHelloLib: pid=174 uid=10024 gids={}

D/dalvikvm(174): Trying to load lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(174): Added shared lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(174): No JNI_OnLoad found in /system/lib/libhello.so 0x43481c58

D/dalvikvm(174): +++ not scanning '/system/lib/libwebcore.so' for 'printHello' (wrong CL)

D/dalvikvm(174): +++ not scanning '/system/lib/libmedia_jni.so' for 'printHello' (wrong CL)

D/TestLib (174): Hello LIB!

I/ActivityManager(48): Displayed activity com.test/.TestHelloLib: 806 ms

这里包含了调用printHello()接口的log信息，其中”D/TestLib (174): Hello LIB!”就是printHello()所打印的信息。至此成功完成AndroidJNI的实例验证。