九、附录 B：Android NDK

Android 原生开发套件(NDK)通过将 C/C++ 源代码(在其中编写应用的性能关键部分)转换为运行在 Android 设备上的原生代码库，帮助您提升应用的性能。NDK 为构建活动、处理用户输入、使用硬件传感器等提供了头文件和库。您的应用文件(包括您创建的任何本机代码库)打包到 apk 中；它们在 Android 设备的 Dalvik 虚拟机中执行。

注意:仔细考虑是否需要在 app 中集成原生代码。即使应用的一部分基于本机代码，也会增加其复杂性，并使其更难调试。此外，并不是每个应用都经历了性能提升(除了在 Android 2.2 中引入的 Dalvik 的即时编译器已经提供的性能提升)。本机代码通常最适用于处理器密集型应用，但只有在性能分析发现存在瓶颈的情况下，才能通过在本机代码中重新编码这部分应用来解决。例如，一个具有计算密集型物理模拟的游戏应用，分析显示运行不佳，将受益于本地执行这些计算。

安装 NDK

如果你认为你的应用可以从用 C/C++ 部分表达中获益，你需要安装 NDK。在此之前，请完成以下准备工作:

  • 验证您的开发平台是 Windows XP (32 位)或 Vista (32 位或 64 位)、Mac OS X 10.4.8 或更高版本(仅限 x86)还是 Linux (32 位或 64 位，在 Linux Ubuntu Dapper Drake 上测试)。NDK 官方只支持这些开发平台。
  • 如果尚未安装 Android SDK(NDK 支持 1.5 或更高版本)，请安装该软件。
  • 验证您的平台包含 GNU Make 3.81 或更高版本以及 GNU Awk 的最新版本。要在 Windows 平台上运行 Make 和 Awk，必须先安装 Cygwin ，这是一个基于命令行的、类似 Unix 的 shell 工具，用于在 Windows 上运行类似 Linux 的程序。

安装 CYGWIN

必须安装 Cygwin1.7 或更高版本才能在 Windows 平台上运行 Make 和 Awk。完成以下步骤来安装 Cygwin:

  1. 将浏览器指向[http://cygwin.com/](http://cygwin.com/)。
  2. 点击setup.exe链接，将该文件保存到硬盘上。
  3. 在您的 Windows 平台上运行这个程序，开始安装 Cygwin 版本 1.7.8-1(撰写本文时的最新版本)。如果选择不同的安装位置，请确保目录路径不包含空格。

  4. When you reach the Select Packages screen, select the Devel category and look for an entry in this category whose Package column presents make: The GNU version of the ‘make' utility. In the entry's New column, click the word Skip; this word should change to 3.81-2. Also, the Bin? column's checkbox should be checked – see Figure B–1. images

    图 B–1。 确保 3.81-2 出现在新列中，并且复选框在 Bin？在单击“下一步”之前，请检查列。

  5. 单击“下一步”按钮，继续安装。

Cygwin 在开始菜单中安装一个条目，并在桌面上安装一个图标。点击这个图标，您将看到 Cygwin 控制台(基于 Bash shell)，如图图 B–2所示。

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图 B–2。 Cygwin 的控制台第一次开始运行时显示初始化信息。

如果您想验证 Cygwin 是否提供了对 GNU Make 3.81 或更高版本以及 GNU Awk 的访问，请输入图 B–3 中所示的命令来完成这项任务。

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图 B–3。T3awk工具不显示版本号。

你可以通过查看cygwin.com以及维基百科的 Cygwin 条目([http://en.wikipedia.org/wiki/Cygwin](http://en.wikipedia.org/wiki/Cygwin))来了解更多关于 Cygwin 的信息。

继续，将您的浏览器指向[http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html](http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html)并为您的平台下载以下 NDK 软件包之一——修订版 2011 年 1 月)是撰写本文时的最新版本:

  • android-ndk-r5B–windows.zip (Windows)
  • android-ndk-r5B–darwin-x86.tar.bz2 (Mac OS X:英特尔)
  • android-ndk-r5B–linux-x86.tar.bz2 (Linux 32/64 位:x86)

下载完您选择的包后，将其解压缩并将其android-ndk-r5b主目录移动到一个更合适的位置，也许是包含 Android SDK 主目录的同一个目录。

探索 NDK

现在，您已经在平台上安装了 NDK，您可能想要浏览它的主目录以发现 NDK 提供了什么。以下列表描述了位于基于 Windows 的 NDK 主目录中的目录和文件:

  • 包含组成 NDK 构建系统的文件。
  • docs包含 NDK 的基于 HTML 的文档文件。
  • Platforms包含子目录，这些子目录包含 Android SDK 安装的每个 Android 平台的头文件和共享库。
  • samples包含展示 NDK 不同方面的各种示例应用。
  • sources包含各种共享库的源代码和预构建的二进制文件，比如cpufeatures(检测目标设备的 CPU 家族及其支持的可选特性)和stlport(多平台 C++ 标准库)。Android NDK 1.5 要求开发者在这个目录下组织他们的本地代码库项目。从 Android NDK 1.6 开始，原生代码库存储在其 Android SDK 项目目录的jni子目录中。
  • tests包含执行 NDK 自动化测试的脚本和源代码。它们对于测试定制的 NDK 非常有用。
  • toolchains包含用于在 Linux、OS X 和 Windows(使用 Cygwin)平台上生成原生 ARM(高级 Risc 机器，Android 使用的 CPU，参见[http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture](http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture))二进制文件的编译器、连接器和其他工具。
  • 是进入 NDK 文档的入口。
  • GNUmakefile是 GNU make 使用的默认 Make 文件。
  • ndk-build是一个简化构建机器码的 shell 脚本。
  • ndk-gdb是一个 shell 脚本，用于轻松启动 NDK 生成的机器码的本地调试会话。
  • README.TXT欢迎您来到 NDK，并确定各种文档文件，通知您当前版本的变化，提供 NDK 的概述，等等。
  • RELEASE.TXT包含 NDK 的发布号。

每个platforms目录的子目录都包含头文件和面向稳定的本地 API 的共享库。Google 保证该平台的所有后续版本将支持以下 API:

  • 安卓日志(liblog)
  • Android 原生应用 API
  • C 库(libc)
  • C++ 最小支持(stlport)
  • JNI 接口 API
  • 数学库(libm)
  • OpenGL ES 1.1 和 OpenGL ES 2.0 (3D 图形库)API
  • OpenSL ES 本地音频库 API
  • Android 2.2 及以上版本的像素缓冲区访问(libjnigraphics)
  • Zlib 压缩(libz)

注意:此列表中未列出的本机系统库不稳定，可能会在 Android 平台的未来版本中发生变化。不要使用它们。

来自 NDK 的问候

也许熟悉 NDK 编程最简单的方法是创建一个调用返回 Java String对象的本地函数的小应用。例如，清单 B–1的NDKGreetings基于单个活动的应用调用一个native getGreetingMessage()方法来返回一条问候消息，该消息通过一个对话框显示。

清单 B–1。T3NDKGreetings.javaT4】

`// NDKGreetings.java

package com.apress.ndkgreetings;

import android.app.Activity; import android.app.AlertDialog;

import android.os.Bundle;

public class NDKGreetings extends Activity {    static    {       System.loadLibrary("NDKGreetings");    }   private native String getGreetingMessage();    @Override    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)    {       super.onCreate(savedInstanceState);       setContentView(R.layout.main);       String greeting = getGreetingMessage();       new AlertDialog.Builder(this).setMessage(greeting).show();    } }`

清单 B–1的NDKGreetings类揭示了每个包含本机代码的应用的以下三个重要特性:

  • 本机代码存储在外部库中，必须在调用其代码之前加载该库。库通常在类加载时通过调用System.loadLibrary()方法来加载。这个方法使用一个单独的String参数来标识库，没有前缀lib和后缀.so。在这个例子中，实际的库文件被命名为libNDKGreetings.so。
  • 声明了一个或多个对应于位于库中的函数的本机方法。Java 通过在返回类型前加上关键字native来识别本地方法。
  • 本地方法像任何其他 Java 方法一样被调用。在幕后，Dalvik 确保在库中调用相应的本机函数(用 C/C++ 表示)。

清单 B–2将 C 源代码呈现给通过 Java 本地接口(JNI)实现getGreetingMessage()的本地代码库。

清单 B–2。T3NDKGreetings.cT4】

`// NDKGreetings.c

#include

jstring    Java_com_apress_ndkgreetings_NDKGreetings_getGreetingMessage(JNIEnv* env,                                                                 jobject this) {    return (*env)->NewStringUTF(env, "Greetings from the NDK!"); }`

这个清单首先指定了一个#include预处理器指令，它包含了编译源代码时的jni.h头文件的内容。

清单然后声明了 Java 的getGreetingMessage()方法的本地函数等价物。这个本地函数的头揭示了几个重要的项目:

  • 本机函数的返回类型被指定为jstring。这个类型在jni.h中定义，代表 Java 在本地代码级别的String对象类型。
  • 函数名必须以 Java 包名和类名开头，这些名称标识了关联的本机方法的声明位置。
  • 函数的第一个参数env的类型被指定为一个JNIEnv指针。jni.h中定义的JNIEnv，是一个 C 结构，标识可以被调用与 Java 交互的 JNI 函数。
  • 函数的第二个参数this的类型被指定为jobject。这种类型在jni.h中定义，在本地代码级别标识任意 Java 对象。传递给这个参数的实参是 JVM 传递给任何 Java 实例方法的隐式this实例。

该函数的单行代码取消了对其参数env的引用，以便调用NewStringUTF() JNI 函数。NewStringUTF()将它的第二个参数，一个 C 字符串，转换成它的等价的jstring(这个字符串是通过 Unicode UTF 编码标准编码的)，并返回这个等价的 Java 字符串，然后这个字符串被返回给 Java。

注意:当在 C 语言的上下文中使用 JNI 时，您必须取消引用JNIEnv参数(例如*env，以便调用 JNI 函数。此外，您必须将JNIEnv参数作为第一个参数传递给 JNI 函数。相比之下，C++ 不需要这种冗长:您不必解引用JNIEnv参数，也不必将该参数作为第一个参数传递给 JNI 函数。例如，清单 B–2 的基于 C 的(*env)->NewStringUTF(env, "Greetings from the NDK!")函数调用在 C++ 中表示为env->NewStringUTF("Greetings from the NDK!")。

使用 Android SDK 构建和运行 NDKGreetings

要用 Android SDK 构建NDKGreetings，首先使用 SDK 的android工具创建一个NDKGreetings项目。假设一个 Windows XP 平台，一个存储NDKGreetings项目的C:\prj\dev层次结构(在C:\prj\dev\NDKGreetings中)，并且 Android 2.3 平台目标对应于整数 ID 1，从文件系统中的任何地方调用下面的命令(为了可读性分成两行)来创建NDKGreetings:

android create project -t 1 -p C:\prj\dev\NDKGreetings -a NDKGreetings                        -k com.apress.ndkgreetings

该命令在C:\prj\dev\NDKGreetings中创建各种目录和文件。例如，src目录包含com\apress\ndkgreetings目录结构，最后的ndkgreetings目录包含一个骨架NDKGreetings.java源文件。用清单 B–1 替换这个框架文件的内容。

继续，在C:\prj\dev\NDKGreetings中创建一个jni目录，并将清单 B–2 复制到C:\prj\dev\NDKGreetings\jni。另外，将清单 B–3 复制到C:\prj\dev\NDKGreetings\jni\Android.mk，这是一个 GNU make 文件(在 NDK 文档中有解释)，用于创建libNDKGreetings.so库。

清单 B–3。T3Android.mkT4】

`LOCAL_PATH := ./jni

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := NDKGreetingsLOCAL_SRC_FILES := NDKGreetings.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)`

如果您在 Windows 平台上工作，运行 Cygwin(如果没有运行),在 Cygwin 中，将当前目录设置为C:\prj\dev\NDKGreetings。参见图 B–4。

images

图 B–4。 到/prj/dev/NDKGreetings的路径以前缀/cygdrive/c开始。

假设 NDK 主目录是android-ndk-r5b，并且它位于驱动器 C 的根目录中，执行以下命令来构建库:

../../../android-ndk-r5b/ndk-build

如果 Cygwin 成功构建了库，它会显示以下消息:

Compile thumb  : NDKGreetings <= NDKGreetings.c SharedLibrary  : libNDKGreetings.so Install        : libNDKGreetings.so => libs/armeabi/libNDKGreetings.so

这个输出表明libNDKGreetings.so位于您的NDKGreetings项目目录的libs子目录的armeabi子目录中。

提示:如果该命令输出包含短语No rule to make target的消息，编辑Android.mk删除多余的空格字符，然后重试。

假设C:\prj\dev\NDKGreetings是当前的，执行ant debug(从 Cygwin 的 shell 或普通的 Windows 命令窗口)来创建NDKGreetings-debug.apk。

这个 APK 文件放在NDKGreetings项目目录的bin子目录中。要验证libNDKGreetings.so是否是该 APK 的一部分，请从bin运行以下命令:

jar tvf NDKGreetings-debug.apk

您应该在jar命令的输出中看到包含lib/armeabi/libNDKGreetings.so的一行。

要验证应用是否工作，请启动模拟器，这可以通过在命令行执行以下命令来完成:

emulator -avd test_AVD

该命令假设您已经创建了第 1 章中指定的test_AVD设备配置。

继续，通过以下命令在仿真设备上安装NDKGreetings-debug.apk:

adb install NDKGreetings-debug.apk

该命令假设adb位于您的路径中。它还假设bin是当前目录。

当adb指示已经安装了NDKGreetings-debug.apk时，导航到应用启动器屏幕并点击 NDKGreetings 图标。figure B–5 向您展示了结果。

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图 B–5。 按 Esc 键(在 Windows 上)使对话框消失。

对话框显示“来自 NDK 的问候！”通过调用本机代码库中的本机函数获得的消息。它还在屏幕顶部附近显示了一条微弱的“Hello World，NDKGreetings”消息。该消息源自项目的默认main.xml文件，该文件由android工具创建。

用 Eclipse 构建和运行 NDKGreetings

要用 Eclipse 构建NDKGreetings,首先创建一个新的 Android 项目，如第 1 章的秘籍 1-10 所述。为了方便起见，下面列出了完成此任务所需的步骤:

  1. 从“文件”菜单中选择“新建”，并从出现的弹出菜单中选择“项目”。
  2. 在 New Project 对话框中，展开向导树中的 Android 节点，选择该节点下的 Android 项目分支，点击 Next 按钮。
  3. 在弹出的新 Android 项目对话框中，在项目名称文本框中输入 NDKGreetings ，取消勾选使用默认位置，在位置文本框中输入不带空格的路径； C:\prj\dev\NDKGreetings (假设 Windows)，例如。这个输入的名称标识了存储NDKGreetings项目的文件夹。
  4. 如果未选中，请选择“在工作区中创建新项目”单选按钮。
  5. 在构建目标下，选中要用作NDGreetings构建目标的适当 Android 目标的复选框。这个目标指定了您希望您的应用在哪个 Android 平台上构建。假设您只安装了 Android 2.3 平台，那么只有这个构建目标应该出现，并且应该已经被选中。
  6. 在属性下，在应用名称文本字段中输入 NDK Greetings 。这个人类可读的标题将出现在 Android 设备上。继续，在包名文本字段中输入 com.apress.ndkgreetings 。该值是包名称空间(遵循与 Java 编程语言中的包相同的规则)，所有源代码都将驻留在该名称空间中。如果未选中，请选中“创建活动”复选框，并在该复选框旁边的文本字段中输入 NDKGreetings 作为应用的启动活动的名称。未选中此复选框时，文本字段被禁用。最后，在 Min SDK Version 文本字段中输入整数 9 ，以确定在 Android 2.3 平台上正确运行NDKGreetings所需的最低 API 级别。
  7. 单击完成。

接下来，使用 Eclipse 的包资源管理器来定位NDKGreetings.java源文件节点。双击这个节点，用清单 B–1替换编辑窗口中显示的框架内容。

使用 Package Explorer，在 NDKGreetings 项目节点下创建一个 jni 节点，添加一个 jni 的 NDKGreetings.csubnode，用清单 B–2替换这个节点的空内容，添加一个新的 jni 的 Android.mk 子节点，用清单 B–3替换它的空内容。

启动 Cygwin 并使用cd命令切换到项目的文件夹；比如cd /cygdrive/c/prj/dev/NDKGreetings。然后，如前一节所示执行ndk-build；比如../../../android-ndk-r5b/ndk-build。如果一切顺利，NDKGreetings项目目录的libs子目录应该包含一个armeabi子目录，其中应该包含一个libNDKGreetings.so库文件。

最后，从项目菜单中选择构建项目；bin子目录应该包含一个NDKGreetings.apk文件(如果成功)。您可能想要执行jar tvfNDKGreetings.apk来验证这个文件是否包含lib/armeabi/libNDKGreetings.so。

要从 Eclipse 运行NDKGreetings,从菜单栏中选择 run，并从下拉菜单中选择 Run。如果出现【T4 运行方式】对话框，选择 Android 应用并点击确定。Eclipse 使用test_AVD设备启动emulator，安装NDKGreetings.apk，并运行这个应用，其输出显示在图 B–5中。

NDK 采样

NDK 安装主目录的samples子目录包含几个示例应用，展示了 NDK 的不同方面:

  • bitmap-plasma:一个应用，演示了如何从本机代码访问 Android android.graphics.Bitmap对象的像素缓冲区，并使用该功能生成一个老派的“等离子体”效果。
  • hello-gl2:一款使用 OpenGL ES 2.0 顶点和片段着色器渲染三角形的 app。(如果您在 Android 模拟器上运行此应用，您可能会收到一条错误消息，指出应用已意外停止，因为模拟器不支持 OpenGL ES 2.0 硬件模拟。)
  • hello-jni:一个应用，从共享库中实现的本地方法中加载一个字符串，然后将其显示在应用的用户界面中。这个 app 和NDKGreetings很像。
  • hello-neon:一个展示如何使用cpufeatures库在运行时检查 CPU 能力，然后在 CPU 支持的情况下使用 NEON(ARM 架构的 SIMD 指令集的市场名称)内部函数的应用。具体来说，该应用为 FIR 滤波器环路([http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_impulse_response](http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_impulse_response))实现了两个版本的微型基准，一个 C 版本和一个支持它的设备的 NEON 优化版本。
  • native-activity:演示如何使用native-app-glue静态库创建本地活动(完全用本地代码实现的活动)的应用。
  • native-audio:演示如何使用原生方法通过 OpenSL ES 播放声音的 app。
  • native-plasma:用本地活动实现的bitmap-plasma的一个版本。
  • san-angeles:通过原生 OpenGL ES APIs 渲染 3D 图形的应用，同时用android.opengl.GLSurfaceView对象管理活动生命周期。
  • two-libs:动态加载共享库，调用库提供的原生方法的 app。在这种情况下，该方法在由共享库导入的静态库中实现。

您可以使用 Eclipse 以类似于NDKGreetings的方式构建这些应用。例如，执行以下步骤来构建san-angeles:

  1. 从“文件”菜单中选择“新建”，并从出现的弹出菜单中选择“项目”。
  2. 在 New Project 对话框中，展开向导树中的 Android 节点，选择该节点下的 Android 项目分支，点击 Next 按钮。
  3. 在出现的 New Android Project 对话框中，在项目名称文本字段中输入 san-angeles ，并选择 Create Project from existing source 单选按钮。
  4. 点击位置字段旁边的浏览按钮，通过浏览文件夹对话框，选择 NDK 安装主目录下samples子目录下的san-angeles子目录。单击确定。
  5. 选中构建目标区域中的 Android 2.3 目标复选框(或 Android 2.3.1 或 2.3.3 复选框，如果这是您的版本)。单击完成。

Eclipse 通过创建一个包含这个示例应用文件的DemoActivity项目做出响应，并在其包浏览器中显示这个项目的名称。

启动 Cygwin 并切换到项目的文件夹；比如cd/cygdrive/c/android-ndk-r5b/samples/san-angeles。然后，执行ndk-build；例如，../../ndk-build。如果一切顺利，san-angeles项目目录的libs子目录应该包含一个包含libsanangeles.so的armeabi子目录。

最后，从包资源管理器中选择DemoActivity，从项目菜单中选择构建项目；bin子目录应该包含一个DemoActivity.apk文件(如果成功)。您可能想要执行jar tvfDemoActivity.apk来验证这个文件是否包含lib/armeabi/libsanangeles.so。

从菜单栏中选择运行，并从下拉菜单中选择运行。如果出现运行方式对话框，选择 Android 应用并点击确定。Eclipse 用test_AVD设备启动emulator，安装DemoActivity.apk，并运行这个应用。如果成功，您应该会看到类似于图 B–6 中所示的屏幕。

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图 B–6。 DemoActivity带你畅游立体城市。

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