Android游戏开发实践(1)之NDK与JNI开发01

2016-11-24 本文已影响562人 AlphaGL

Android游戏开发实践(1)之NDK与JNI开发01

NDK是Native Developement Kit的缩写，顾名思义，NDK是Google提供的一套原生Java代码与本地C/C++代码“交互”的开发工具集。而Android是运行在Dalvik虚拟机之上，支持通过JNI的方式调用本地C/C++动态链接库。C/C++有着较高的性能和移植性，通过这种调用机制就可以实现多平台开发、多语言混编的Android应用了。当然，这些都是基于JNI实现的。在游戏开发中，这种需求更是必不可少。

1、认识JNI

JNI是Java Native Interface的缩写，也称为Java本地接口。是JVM规范中的一部分，因此，我们可以将任何实现了JVM规范的JNI程序在Java虚拟机中运行。这里的本地接口，主要指的是C/C++所现实的接口。因此，也使得我们可以通过这种方式重用C/C++开发的代码或模块。
具体关于JNI的详细介绍，可以参见JNI的官方文档。

Java Native Interface Specification:
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html

2、JNI的类型和数据结构

实现原生Java代码与本地C/C++代码，一个重要的环节是将原生Java的类型和数据结构映射成本地C/C++支持的相应的类型和数据结构。

(1)Java基本数据类型与原生C/C++类型对应关系如下：

Java类型	本地类型	说明
boolean	jboolean	无符号，8位
byte	jbyte	无符号，8位
char	jchar	无符号，16位
short	jshort	有符号，16位
int	jint	有符号，32位
long	jlong	有符号，64位
float	jfloat	32位
double	jdouble	64位
void	void	N/A

(2)Java引用数据类型与原生C/C++类型对应关系如下：

Java类型	本地类型
Object	jobject
Class	jclass
String	jstring
Object[]	jobjectArray
boolean[]	jbooleanArray
byte[]	jbyteArray
char[]	jcharArray
short[]	jshortArray
int[]	jintArray
long[]	jlongArray
float[]	jfloatArray
double[]	jdoubleArray

通过上面的对应关系可以发现，本地类型的命名基本上是在Java原生类型明明的前面加上了个j，组成j-type格式的新类型命名，还是很直观的。

(3)JNI引用类型的类关系图，如下：

(上图源自：Java Native Interface Specification文档)

3、JNI函数的签名

在函数的声明中，由函数的参数，返回值类型共同构成了函数的签名。因此，将Java函数映射到本地C/C++中的对应也要遵循相应的规则。

(1)函数数据类型的签名关系如下：

Java类型	类型签名
boolean	Z
byte	B
char	C
short	S
int	I
long	J
float	F
double	D
void	V
full-qualified-class(全限定的类)	L
[]	[
boolean[]	[Z
byte[]	[B
char[]	[C
short[]	[S
int[]	[I
long[]	[J
float[]	[F
double[]	[D

注意：

full-qualified-class(全限定的类):指的是引用类型，用L加全类名表示。

数组类型的签名，只取中括号左半边。

(2)JNI函数签名格式比较
Java函数原型：

   return-value fun(params1, params2, params3)

return-value：表示返回值
params：表示参数

对应函数签名格式为：

   (params1params2params3)return-value

注意：

JNI函数签名中间都没逗号，没有空格

返回值在()后面

如果参数是引用类型，那么参数应该写为：L加全类名加分号。例如：Ljava/lang/String;

根据这种规则，知道Java函数原型就能判断出对应的JNI函数的签名格式：

   // 原型为：
   boolean  isLoading();
   // 签名格式为：
   ()Z

   // 原型为：
   void  setLevel(int level);
   // 签名格式为：
   (I)V

   // 原型为：
   char  getCharFunc(int index, String str, int[] value);
   // 签名格式为：
   (ILjava/lang/String;[I)C

4、JNI开发流程

1.简要开发步骤

JNI的具体开发流程总结起来分为这么几步：
(1)在原生java类中声明native方法。native表明该方法为一个本地方法，由C/C++实现。
(2)使用javac命令将带有声明native方法的类，编译成class字节码。javac是jdk自带的一个命令，一般在javapath/bin(javapath为java安装目录)路径下。
(3)使用javah命令将编译好的class生成本地C/C++代码的.h头文件。同样，javah也是jdk自带的一个命令。
(4)实现.h头文件中的方法。
(5)将本地代码编译成动态库。注意，不同平台的动态库是不一样的。
(6)在java工程中引用编译好的动态库。

2.开发实例

按照上面的开发步骤作为指导，来一步步实现个简单的JNI的例子。
(1)新建名为HelloJNI的java工程，并新建一个声明了native方法的类。(这里就以Eclipse作为开发IDE举例了)

    package com.hellojni.test;

    public class HelloJni {

        public native void printJni();
        
        public static void main(String[] args) {

        }
    }

(2)使用javac编译该HelloJni的类编译为.class文件。当然，这步也可以由Eclipse来完成即可。

(3)使用javah命令生成头文件。在命令行终端下输入如下命令：

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

classpath：是指定加载类的路径
com.hellojni.test.HelloJni：为完整类名。注意，不需要带java
具体javah的使用参数介绍，可以输入javah -help。

如果，执行成功，会在当前目录下生成com_hellojni_test_HelloJni.h的头文件。

    /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
    #include <jni.h>
    /* Header for class com_hellojni_test_HelloJni */

    #ifndef _Included_com_hellojni_test_HelloJni
    #define _Included_com_hellojni_test_HelloJni
    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
    /*
    * Class:     com_hellojni_test_HelloJni
    * Method:    printJni
    * Signature: ()V
    */
    JNIEXPORT void JNICALL Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni(JNIEnv *, jobject);

    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
    #endif

可以看到javah自动为我们生成了一个Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni的方法。格式是：Java_Packagename_Classname_Methodname。
首先，这里引入了jni.h的头文件。这个是jdk自带的一个头文件，一般在javapath/include(javapath为java安装目录)。

(4)打开VS新建一个Win32控制台应用程序，应用程序类型选择DLL(Win平台动态库为.dll)。并将生成的Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h头文件拷贝到该工程目录下。
然后，再将该头文件添加到工程中。如图：

编译生成一下。会提示找不到jni.h。因此，把jni.h拷贝到工程目录下，并加入到项目中。jni.h一般在javapath/include(javapath为java安装目录)路径下。

重新编译生成下，会提示找不到jni_md.h。这个文件在，javapath/include/win32路径下。拷贝该文件再加入工程。并修改Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h头文件。
将#include <jni.h>修改为#include "jni.h"，在当前目录下找jni.h头文件。

新建一个hellojni.cpp的源文件。如下：

    #include "stdafx.h"
    #include <iostream>
    #include "com_hellojni_test_HelloJni.h"

    using namespace std;

    JNIEXPORT void JNICALL Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni(JNIEnv *env, jobject obj)
    {
        cout<<"Hello JNI"<<endl;
    }

(5)再将工程重新生成下，成功的话，会在工程的Debug目录下生成一个HelloJni.dll的动态库。将HelloJni.dll所在的路径添加到环境变量，这样每次重新生成，在任意目录都能访问。

(6)在java工程中引用刚生成的HelloJni.dll。并加入如下代码：

    package com.hellojni.test;

    public class HelloJni {

        public native void printJni();
        
        public static void main(String[] args) {
            System.loadLibrary("HelloJni");
            
            HelloJni hello = new HelloJni();
            hello.printJni();
        }
    }

调用System.loadLibrary来加载动态库。注意，动态库的名字不需要加.dll。

运行java工程，这时候会提示Exception in thread “main” java.lang.UnsatisfiedLinkError: no HelloJni in java.library.path。这时候，需要重启下Eclipse。因为，刚配置的环境变量。重启下，Eclipse才能识别。

重启完毕，运行java工程。控制台会输入：
Hello JNI
表明整个JNI调用成功。

第一篇就介绍这么多，大体明白了JNI的整个开发流程及基本规则。下一篇将介绍下在Android NDK环境下的交叉编译及调用过程。

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