android中ndk的开发

2018-04-25  本文已影响0人  Null_ice

前言（其实是吐槽）

这是我看（android应用安全防护和逆向分析）遇到的第一个坑了，在章节2.1和2.2里，虽然作者很贴心的给了步骤教你如何搭建ndk的开发环境，但是，我要说的是，如果按照作者在2.1.2的五个步骤按部就班的来，你绝对！不可能！完成！
主要的原因我就不再分析了，大约就是少了一堆乱七八糟的说明和步骤，这里我重新写一遍ndk开发相关。（如果你不信，可以尝试只按照2.1.2章节的五步来尝试）

搭建NDK开发环境

NDK相关概念

首先，普及一下ndk的概念，何谓ndk开发呢？
简而言之，就是让安卓（java）可以调用前人用c语言完成的库，这么做的好处主要有两个，
第一，节约代码量，提高工作（运行）效率，可以用之前c写好的很多很棒的库
第二，防止应用被逆向，因为java层的代码很容易被反编译逆向突破。
再介绍几个ndk里相关概念名词，
.c，.cpp，这几个不用多说了吧，就是c或者c++等文件的后缀名；
.so，这个是编译c文件得到的库文件的后缀名，.so文件大概就相当于windows上的.dll文件，他可以方便让别人调用；
.h，也就是通过javah命令编译类（class）文件编译出来的头文件，这玩意开始在c里用作声明管理，现在在jni里已经意义不大了，你可以当做没啥用；
jni，全名 java native interface，由他提供java和c之间的通信；

一个NDK开发的流程

编写Java代码(.java) —————> 编译生成字节码文件(.class) —————> 产生C头文件(.h) —————> 编写jni实现代码(.c) —————> 编译成链接库(.so)

基于Android Studio3 & CMAKE的NDK环境搭建
  1. 打开你的as（Android Studio），新建一个支持c++的项目（如图），然后一路next到结束；
    新建一个支持c++的项目.png
  1. 此时一个基本工程环境已经新建好了，不需要任何改动，我们直接可以点击build生成一个系统自带的示例so库也就是cpp目录里的native-lib，但在此之前，我们先看一下工程目录：
    工程目录.png

可以看到，相对于普通项目，我们的ndk的项目其实就是多了cpp目录，多了CMakelists.txt文件，此外build.gradle里多了一些配置；

  1. 因为编译出so库，主要看的是CMakelists文件里的配置，下面我们重点关注一下CMakelists文件的内容，如图：
    CMakeLists.png

默认的CMakelists文件里，主要有三个配置需要关注，分别是
add_library：
主要用作给生成的so库做配置，在三个注释的下面，每一个都代表了一个配置项（其实注释的英文已经说明一切了），
Sets the name of the library下，填写你希望生成的so库的名称，这里注意的是，你填写的名称，最终会被自动加上lib的前缀和.so的后缀，因此你只需要基础的名称就够了，最终生成的so文件会在工程的app-build-intermediates-cmake-debug-obj目录下，每个abi环境都有个文件夹，里面放着对应的so库；
Sets the library as a shared library下，填写你要生成的so库的类型，这里的SHARED是指动态链接库类型；
Provides a relative path to your source file(s)下，填写你要编译成so文件的对应的c源文件的路径；
find_library：
主要是用作添加我们本地库的依赖库，
Sets the name of the path variable下，填写你引用的库的别名，便于引用；
you want CMake to locate下，填写你要引用的依赖库；
target_link_libraries：
是为了关联我们自己的库和一些第三方库或者系统库，
Specifies the target library下，填写本地库的名称；
included in the NDK下，填写你要关联的库的名称。

  1. ok，现在让我们点击一下工具栏的锤子图标，就可以生成so库了。
补充一些tips
关于环境

android ndk开发需要设置环境变量以及安装sdk，ndk，cmake，lldb，如果没有，可以在as的tools选项里，点击sdk manager，在sdk tools栏里，把这些都勾上，点击确定即可；

关于默认生成的例子

按照常规的ndk开发流程，应该是先写java类，这个类里可能会引用到native的方法也就是拿c实现的方法；然后javah命令编译这个java类，生成.h的头文件（这一步可以不用）；再写一个.c或者.cpp实现在你java类里引用的这个native方法；最后编译你的c文件，生成最终的so库。
在系统默认的例子里，你点一下编译按钮就能得到so库，可能对这个流程不太明白，下面我们具体说一下：
先看一下MainActivity类的代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    // Used to load the 'native-lib' library on application startup.
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

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

        // Example of a call to a native method
        TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(stringFromJNI());
    }

    /**
     * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library,
     * which is packaged with this application.
     */
    public native String stringFromJNI();
}

你可以当做这是系统给你先写好的一个引用了native方法的java类，也就是说这就是ndk第一步编写java类的产物；
在static里，System.loadLibrary("native-lib")这句会先于onCreate函数触发，这句是载入我们生成的动态链接库.so文件，这里只需要填写CMakeLists里面填写的名称即可；然后你会看到下面引用了这个库里的native方法，也就是这句public native String stringFromJNI();这就是系统帮你做好的第一步编写java类；
然后我们需要编写实现这个native方法的.c文件，这里系统也帮你写好了就是在cpp文件夹里的那个native-lib.cpp的文件，这个文件里实现了stringFromJNI()这个方法；
最后，我们点击编译，成功生成了so文件，这就是系统的例子里，ndk开发的完整流程。

Hello World 工程引发的被坑事件

前面是介绍了如何在as3的环境下进行ndk开发以及解析了系统自带的例子，接下来我们肯定要仿照系统的例子，自己走一遍ndk开发的流程，当然第一个工程肯定就是通用的HelloWorld了。

在小黄书（android应用安全防护和逆向分析）里，也有对helloworld工程的举例，流程是：新建一个java类，在java类里申明一个native方法，再在main方法里载入动态链接库，新建一个实例调用native方法；然后使用vc6.0编译器编写好native方法，生成.dll动态链接库文件；最后把该dll文件写入环境变量内，运行java类；具体代码和流程参见小黄书p14-p15页。

不过，其实不用如此麻烦，之所以用vc写c的内容，是因为当时as编译器对c的编写支持的还不够好，但as3以后，这块已经开始逐步完善了，因此，我们可以不用按照书里的流程，直接使用as3来写c的内容，不过，这里有一个坑，开始我是想仿造小黄书的示例代码，单独写一个具有main方法的java类来调用本地方法，大概是这样：

package com.example.test.testndk;

public class HelloWorld {

    public native String stringFromJNITest();
    static {
        
        System.loadLibrary("JNITest");
    }


    public static void main(String[] args){
        HelloWorld hello = new HelloWorld();
        String hi = hello.stringFromJNITest();
        System.out.println(hi);
    }
}

JNITest是我事先写好的cpp文件编译成的.so库，里面实现了stringFromJNITest()方法，.cpp内容是这样的：

#include <jni.h>
#include <string>

extern "C" JNIEXPORT jstring

JNICALL
Java_com_example_test_testndk_MainActivity_stringFromJNITest(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello world";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

以上其实就是我们自己实现一个ndk开发的流程，即先写一个java类，在类中声明一个native方法，然后写.cpp实现这个native方法，编译cpp成so库，在java类里用loadlibrary加载这个so库。

本例中，这是一个简单的native方法就是返回了一串字符串“Hello World”而已，原本我以为到此结束，点击运行这个java类我们的Hello World之旅就结束了，但是没想到报了个错：java.lang.UnsatisfiedLinkError: no JNITest in java.library.path。

开始我怀疑是不是CMakelists.txt的配置问题，但是我把这个so库在android工程的mainactivity里引用，居然没有问题，也就是说，应该不是配置的路径问题。经过在群里讨论以及百度，又开始怀疑是不是java.library.path的问题，因为据了解，其实你用as3运行android工程的mainactivity，编译器是会自动替你生成so库用的（只要你CMakelists配置好了），所以不会有路径问题，但是当你新建一个java类，写上main方法，独立运行这个java类的时候，其实是按java工程的方式找你的动态链接库文件的，而这个方式，在win下，是在环境变量path里找；在linux下，是在系统变量LD_LIBRARY_PATH里找，为了证明这个结论，我在系统的环境变量path里，添加了so库所在的目录路径。

但是，依旧报错。。no JNITest in java.library.path；这时群友又提醒我，我是win的系统，而win的动态链接库的格式是.dll，因此光配置了路径，但因为我的格式是 .so，因此也找不到；现搭一个linux系统来做实验成本太高，我采用了一个取巧的方式，直接把生成的.so文件后缀改为了dll，因为如果是后缀的原因，那么会报错，但肯定不会再报找不到的错，算是侧面论证。

我把后缀改为dll之后，再次运行!奇迹发生了，果然，还是报on JNITest in java.library.path，为什么呢，我猜可能是win下和android下，寻找规则不同，在android工程里，只需要写库名，不需要写前缀lib和后缀 .so,在win下，则需要写上前缀lib；最后，我把 System.loadLibrary("JNITest");改为System.loadLibrary("libJNITest");再次点击运行！

这次报错不同了，不再是找不到，而是Can't load this .dll (machine code=0x34) on a AMD 64-bit platform；终于，本次Hello World被坑事件的坑算是完美填上。

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