在 Android App 里使用 C 代码

在 Android App 里使用 C 代码 - NDK

news2024/11/16 13:33:21

原生开发套件 (NDK) 是一套工具，使能够在 Android 应用中使用 C 和 C++ 代码，并提供众多平台库，可使用这些平台库管理原生 activity 和访问实体设备组件，例如传感器和触控输入。

NDK 可能不适合大多数 Android 编程初学者，这些初学者只需使用 Java 代码和框架 API 开发应用。

如果需要实现下列目标，NDK 就能派上用场：

进一步提升设备性能，以降低延迟或运行游戏或物理模拟等计算密集型应用。
重复使用自己或其他开发者的 C 或 C++ 库。

开发者可以在 Android Studio 2.2 或更高版本中使用 NDK 将 C 和 C++ 代码编译到原生库中，然后使用 Android Studio 的集成构建系统 Gradle 将原生库打包到 APK 中。Java 代码随后可以通过 Java 原生接口 (JNI) 框架调用原生库中的函数。

Android Studio 编译原生库的默认构建工具是 CMake。由于很多现有项目都使用 ndk-build 构建工具包，因此 Android Studio 也支持 ndk-build。如果创建新的原生库，则应使用 CMake。

一、基本流程操作：

Android Studio 设置完成后，可以直接创建支持 C/C++ 的新项目。但如果需要向现有 Android Studio 项目添加或导入原生代码，可以按以下基本流程操作：

编写 C 代码：首先，你需要编写 C 代码，并将其编译成适用于 Android 平台的共享库（.so 文件）。这通常需要使用 Android NDK（Native Development Kit），它提供了用于编译本地代码的工具链。
创建 Android 项目：接下来，需要创建一个 Android 项目，用于包装你的 C 代码和 Java/Kotlin 代码。这个项目可以使用 Android Studio 来创建和管理。
集成本地库：在 Android 项目中，需要将编译好的 .so 文件放置在正确的位置，通常是在 app/src/main/jniLibs/<ABI>/ 目录下，其中 <ABI> 是目标设备的 ABI（如 armeabi-v7a, arm64-v8a, x86, x86_64 等）。这样，Android 运行时就能找到并加载这些本地库。
使用 JNI 调用 C 函数：在 Java 或 Kotlin 代码中，可以使用 JNI（Java Native Interface）来调用 C 函数。需要声明本地方法，并在 C 代码中实现这些方法的逻辑。JNI 允许 Java/Kotlin 代码与本地代码进行交互。
构建和测试：最后，构建你的 Android 应用，并在目标设备上进行测试。确保你的 C 代码能够正确执行，并且与 Java/Kotlin 代码之间的交互没有问题。

二、示例代码：

Android 提供了 Java Native Interface (JNI) 来调用 native 代码（如 C/C++）。下面是一个简单的示例，帮你了解如何在 Android App 里调用 C 代码。

C 代码 (fir.c)

#include <stdio.h>

void fir(int* input, int* output, int length) {
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        output[i] = input[i] * 2; // 一个简单的 FIR 滤波器
    }
}

这个 C 代码定义了一个 fir 函数，它将输入数组乘以 2，并将结果存储在输出数组中。

JNI 头文件 (fir.h)

#ifndef FIR_H
#define FIR_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void Java_MainActivity_fir(JNIEnv* env, jobject thiz, jintArray input, jintArray output, jint length);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif  // FIR_H

这个头文件定义了一个 JNI 函数 Java_MainActivity_fir，它将被 Java 代码调用。该函数将输入数组、输出数组和长度作为参数。

JNI 实现文件 (fir.cpp)

#include "fir.h"
#include "jni.h"

void Java_MainActivity_fir(JNIEnv* env, jobject thiz, jintArray input, jintArray output, jint length) {
    // 获取输入数组的指针
    jint* input_ptr = env->GetIntArrayElements(input, NULL);

    // 获取输出数组的指针
    jint* output_ptr = env->GetIntArrayElements(output, NULL);

    // 调用 C 函数
    fir(input_ptr, output_ptr, length);

    // 释放数组指针
    env->ReleaseIntArrayElements(input, input_ptr, 0);
    env->ReleaseIntArrayElements(output, output_ptr, 0);
}

这个文件实现了 JNI 函数 Java_MainActivity_fir。它获取输入数组和输出数组的指针，调用 C 函数 fir，并释放数组指针。

Android 项目结构

jni 目录：包含 C 代码和 JNI 头文件
- fir.c
- fir.h
- fir.cpp
java 目录：包含 Java 代码
- MainActivity.java

Java 代码 (MainActivity.java)

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // 加载 native 库
    static {
        System.loadLibrary("fir");
    }

    // 声明 native 方法
    public native void fir(int[] input, int[] output, int length);

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 创建输入数组
        int[] input = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};

        // 创建输出数组
        int[] output = new int[input.length];

        // 调用 native 方法
        fir(input, output, input.length);

        // 打印输出结果
        for (int i = 0; i < output.length; i++) {
            Log.d("MainActivity", "output[" + i + "] = " + output[i]);
        }
    }
}

这个 Java 代码加载 native 库，声明 native 方法 fir，并在 onCreate 方法中调用该方法。

Android.mk 文件

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := fir
LOCAL_SRC_FILES := fir.cpp
LOCAL_LDLIBS    := -llog

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

这个文件告诉 Android NDK 如何编译 native 库。

三、编译和运行：

在 Android 项目目录下创建 jni 目录，并将 C 代码和 JNI 头文件添加到该目录下。
在 jni 目录下创建 Android.mk 文件，并添加编译指令。
使用 Android NDK 编译 native 库：ndk-build NDK_DEBUG=1
在 Java 代码中加载 native 库，并调用 native 方法。
运行 Android App，并查看输出结果。

输出结果应该是：

D/MainActivity: output[0] = 2
D/MainActivity: output[1] = 4
D/MainActivity: output[2] = 6
D/MainActivity: output[3] = 8
D/MainActivity: output[4] = 10