Android游戲開發實踐之NDK與JNI開發01

　　NDK是Native Developement Kit的縮寫，顧名思義，NDK是Google提供的一套原生Java代碼與本地C/C++代碼“交互”的開發工具集。而Android是運行在Dalvik虛擬機之上，支持通過JNI的方式調用本地C/C++動態鏈接庫。C/C++有著較高的性能和移植性，通過這種調用機制就可以實現多平台開發、多語言混編的Android應用了。當然，這些都是基於JNI實現的。在游戲開發中，這種需求更是必不可少。

　　1、認識JNI

　　JNI是Java Native Interface的縮寫，也稱為Java本地接口。是JVM規范中的一部分，因此，我們可以將任何實現了JVM規范的JNI程序在Java虛擬機中運行。這裡的本地接口，主要指的是C/C++所現實的接口。因此，也使得我們可以通過這種方式重用C/C++開發的代碼或模塊。

　　具體關於JNI的詳細介紹，可以參見JNI的官方文檔。

　　Java Native Interface Specification:

　　http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html

　　2、JNI的類型和數據結構

　　實現原生Java代碼與本地C/C++代碼，一個重要的環節是將原生Java的類型和數據結構映射成本地C/C++支持的相應的類型和數據結構。

　　(1)Java基本數據類型與原生C/C++類型對應關系如下：

　　Java類型 本地類型 說明

　　boolean jboolean 無符號，8位

　　byte jbyte 無符號，8位

　　char jchar 無符號，16位

　　short jshort 有符號，16位

　　int jint 有符號，32位

　　long jlong 有符號，64位

　　float jfloat 32位

　　double jdouble 64位

　　void void N/A

　　(2)Java引用數據類型與原生C/C++類型對應關系如下：

　　Java類型 本地類型

　　Object jobject

　　Class jclass

　　String jstring

　　Object[] jobjectArray

　　boolean[] jbooleanArray

　　byte[] jbyteArray

　　char[] jcharArray

　　short[] jshortArray

　　int[] jintArray

　　long[] jlongArray

　　float[] jfloatArray

　　double[] jdoubleArray

　　通過上面的對應關系可以發現，本地類型的命名基本上是在Java原生類型明明的前面加上了個j，組成j-type格式的新類型命名，還是很直觀的。

　　(3)JNI引用類型的類關系圖，如下：

　　(上圖源自：Java Native Interface Specification文檔)

　　3、JNI函數的簽名

　　在函數的聲明中，由函數的參數，返回值類型共同構成了函數的簽名。因此，將Java函數映射到本地C/C++中的對應也要遵循相應的規則。

　　(1)函數數據類型的簽名關系如下：

　　Java類型 類型簽名

　　boolean Z

　　byte B

　　char C

　　short S

　　int I

　　long J

　　float F

　　double D

　　void V

　　full-qualified-class(全限定的類) L

　　[] [

　　boolean[] [Z

　　byte[] [B

　　char[] [C

　　short[] [S

　　int[] [I

　　long[] [J

　　float[] [F

　　double[] [D

　　注意：

　　1. full-qualified-class(全限定的類):指的是引用類型，用L加全類名表示。

　　2. 數組類型的簽名，只取中括號左半邊。

　　(2)JNI函數簽名格式比較

　　Java函數原型：

　　return-value fun(params1, params2, params3)

　　return-value：表示返回值

　　params：表示參數

　　對應函數簽名格式為：

　　(params1params2params3)return-value

　　注意：

　　1. JNI函數簽名中間都沒逗號，沒有空格

　　2. 返回值在()後面

　　3. 如果參數是引用類型，那麼參數應該寫為：L加全類名加分號。例如：Ljava/lang/String;

　　根據這種規則，知道Java函數原型就能判斷出對應的JNI函數的簽名格式：

1. // 原型為：  
2. boolean  isLoading();  
3. // 簽名格式為：  
4. ()Z  

1. // 原型為：  
2. void  setLevel(int level);  
3. // 簽名格式為：  
4. (I)V  

1. // 原型為：  
2. char  getCharFunc(int index, String str, int[] value);  
3. // 簽名格式為：  
4. (ILjava/lang/String;[I)C  

　　4、JNI開發流程

　　1.簡要開發步驟

　　JNI的具體開發流程總結起來分為這麼幾步：

　　(1)在原生java類中聲明native方法。native表明該方法為一個本地方法，由C/C++實現。

　　(2)使用javac命令將帶有聲明native方法的類，編譯成class字節碼。javac是jdk自帶的一個命令，一般在javapath/bin(javapath為java安裝目錄)路徑下。

　　(3)使用javah命令將編譯好的class生成本地C/C++代碼的.h頭文件。同樣，javah也是jdk自帶的一個命令。

　　(4)實現.h頭文件中的方法。

　　(5)將本地代碼編譯成動態庫。注意，不同平台的動態庫是不一樣的。

　　(6)在java工程中引用編譯好的動態庫。

　　2.開發實例

　　按照上面的開發步驟作為指導，來一步步實現個簡單的JNI的例子。

　　(1)新建名為HelloJNI的java工程，並新建一個聲明了native方法的類。(這裡就以Eclipse作為開發IDE舉例了)

1. package com.hellojni.test;  
2.   
3. public class HelloJni {  
4.   
5.     public native void printJni();  
6.       
7.     public static void main(String[] args) {  
8.   
9.     }  
10. }  

　　(2)使用javac編譯該HelloJni的類編譯為.class文件。當然，這步也可以由Eclipse來完成即可。

　　(3)使用javah命令生成頭文件。在命令行終端下輸入如下命令：

　　javah -classpath E:\workplace\java\HelloJNI\src com.hellojni.test.HelloJni

　　classpath：是指定加載類的路徑

　　com.hellojni.test.HelloJni：為完整類名。注意，不需要帶java

　　具體javah的使用參數介紹，可以輸入javah -help。

　　如果，執行成功，會在當前目錄下生成com_hellojni_test_HelloJni.h的頭文件。

1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  
2. #include <jni.h>  
3. /* Header for class com_hellojni_test_HelloJni */  
4.   
5. #ifndef _Included_com_hellojni_test_HelloJni  
6. #define _Included_com_hellojni_test_HelloJni  
7. #ifdef __cplusplus  
8. extern "C" {  
9. #endif  
10. /* 
11. * Class:     com_hellojni_test_HelloJni 
12. * Method:    printJni 
13. * Signature: ()V 
14. */  
15. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni(JNIEnv *, jobject);  
16.   
17. #ifdef __cplusplus  
18. }  
19. #endif  
20. #endif  

　　可以看到javah自動為我們生成了一個Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni的方法。格式是：Java_Packagename_Classname_Methodname。

　　首先，這裡引入了jni.h的頭文件。這個是jdk自帶的一個頭文件，一般在javapath/include(javapath為java安裝目錄)。

　　(4)打開VS新建一個Win32控制台應用程序，應用程序類型選擇DLL(Win平台動態庫為.dll)。並將生成的Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h頭文件拷貝到該工程目錄下。

　　然後，再將該頭文件添加到工程中。如圖：

　　編譯生成一下。會提示找不到jni.h。因此，把jni.h拷貝到工程目錄下，並加入到項目中。jni.h一般在javapath/include(javapath為java安裝目錄)路徑下。

　　重新編譯生成下，會提示找不到jni_md.h。這個文件在，javapath/include/win32路徑下。拷貝該文件再加入工程。並修改Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h頭文件。

　　將#include 修改為#include "jni.h"，在當前目錄下找jni.h頭文件。

　　新建一個hellojni.cpp的源文件。如下：

1. #include "stdafx.h"  
2. #include <iostream>  
3. #include "com_hellojni_test_HelloJni.h"  
4.   
5. using namespace std;  
6.   
7. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni(JNIEnv *env, jobject obj)  
8. {  
9.     cout<<"Hello JNI"<<endl;  
10. }  

　　(5)再將工程重新生成下，成功的話，會在工程的Debug目錄下生成一個HelloJni.dll的動態庫。將HelloJni.dll所在的路徑添加到環境變量，這樣每次重新生成，在任意目錄都能訪問。

　　(6)在java工程中引用剛生成的HelloJni.dll。並加入如下代碼：

1. package com.hellojni.test;  
2.   
3. public class HelloJni {  
4.   
5.     public native void printJni();  
6.       
7.     public static void main(String[] args) {  
8.         System.loadLibrary("HelloJni");  
9.           
10.         HelloJni hello = new HelloJni();  
11.         hello.printJni();  
12.     }  
13. }  

　　調用System.loadLibrary來加載動態庫。注意，動態庫的名字不需要加.dll。

　　運行java工程，這時候會提示Exception in thread “main” java.lang.UnsatisfiedLinkError: no HelloJni in java.library.path。這時候，需要重啟下Eclipse。因為，剛配置的環境變量。重啟下，Eclipse才能識別。

　　重啟完畢，運行java工程。控制台會輸入：

　　Hello JNI

　　表明整個JNI調用成功。

　　第一篇就介紹這麼多，大體明白了JNI的整個開發流程及基本規則。下一篇將介紹下在Android NDK環境下的交叉編譯及調用過程。