Android Native C/C++简介
Android编译环境
(1) - 编译Native C的helloworld模块
Android 编译环境 本身比较复杂，且不像普通的编译环境：只有顶层目录下才有 Makefile 文件，而其他的每个 component 都使用统一标准的 Android.mk . Android.mk 文件本身是比较简单的，不过它并不是我们熟悉的 Makefile ，而是经过了 Android 自身编译系统的很多处理，因此要真正理清楚其中的联系还比较复杂，不过这种方式的好处在于，编写一个新的 Android.mk 来给 Android 增加一个新的 Component 会比较简单。
编译 Java 程序可以直接采用 Eclipse 的集成环境来完成，这里就不重复了。我们主要针对 C/C++ 来说明，下面通过一个小例子来说明，如何在 Android 中增加一个 C 程序的 Hello World ：
1. 在 $(YOUR_ANDROID)/ development 目录下创建 hello 目录，其中 $(YOUR_ANDROID) 指 Android 源代码所在的目录。
- # mkdir $(YOUR_ANDROID)/development/hello
2. 在 $(YOUR_ANDROID)/development /hello/ 目录编写 hello.c 文件， hello.c 的内容当然就是经典的 HelloWorld 程序：
| #include <stdio.h> return 0; |
3. 在 $(YOUR_ANDROID)/development /hello/ 目录编写 Android.mk 文件。这是 Android Makefile 的标准命名，不要更改。 Android.mk 文件的格式和内容可以参考其他已有的 Android.mk 文件的写法，针对 helloworld 程序的 Android.mk 文件内容如下：
| LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:= / hello.c
LOCAL_MODULE := helloworld include $(BUILD_EXECUTABLE) |
注意上面 LOCAL_SRC_FILES 用来指定源文件；， LOCAL_MODULE 指定要编译的模块的名字，下一步骤编译时就要用到； include $(BUILD_EXECUTABLE) 表示要编译成一个可执行文件，如果想编译成动态库则可用 BUILD_SHARED_LIBRARY ，这些可以在 $(YOUR_ANDROID)/build/core/config.mk 查到。
4. 回到 Android 源代码顶层目录进行编译：
| # cd $(YOUR_ANDROID) && make helloworld |
注意 make helloworld 中的目标名 helloworld 就是上面 Android.mk 文件中由 LOCAL_MODULE 指定的模块名。编译结果如下：
| target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld) target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld) target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld) Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld |
5 ．如上面的编译结果所示，编译后的可执行文件存放在 out/target/product/generic/system/bin/helloworld ，通过 ”adb push” 将它传送到模拟器上，再通过 ”adb shell” 登录到模拟器终端，就可以执行了
Android编译环境(2) - 手工编译C模块
我们来试试如何直接运用 gcc 命令行来编译，从而了解 Android 编译 环境的细节。
Android 编译 环境提供了 ”showcommands” 选项来显示编译命令行， 我们可以通过打开这个选项来查看一些编译时的细节。当然，在这之前要把上一篇中的 helloworld 模块 clean:
| # make clean-helloworld |
上面的 “make clean-$(LOCAL_MODULE)” 是 Android 编译 环境提供的 make clean 的方式。
接下来使用 showcommands 选项 重新编译 helloworld:
| # make helloworld showcommands build/core/product_config.mk:229: WARNING: adding test OTA key target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I system/core/include -I hardware/libhardware/include -I hardware/ril/include -I dalvik/libnativehelper/include -I frameworks/base/include -I external/skia/include -I out/target/product/generic/obj/include -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libstdc++/include -I bionic/libc/kernel/common -I bionic/libc/kernel/arch-arm -I bionic/libm/include -I bionic/libm/include/arch/arm -I bionic/libthread_db/include -I development/hello -I out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates -c -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld) prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-g++ -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lstdc++ -lm out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o -Wl,--no-undefined prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld) out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld) out/host/linux-x86/bin/soslim --strip --shady --quiet out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld --outfile out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld out/target/product/generic/system/bin/helloworld |
从上面的命令行可以看到， Android 编译 环境所用的交叉编译工具链是 prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc ， -I 和 -L 参数指定了所用的 C 库头文件和动态库文件路径分别是 bionic/libc/include 和 out/target/product/generic/obj/lib ，其他还包括很多编译选项以及 -D 所定义的预编译宏。
我们可以利用上面的编译命令，稍加简化来手工编译 helloworld 程序。先手工删除上次编译得到的 helloworld 程序：
| # rm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o # rm out/target/product/generic/system/bin/helloworld |
再用 gcc 编译，生成目标文件：
| # prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libc/kernel/common -I bionic/libc/kernel/arch-arm -c -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c |
与 Android.mk 编译参数比较，上面主要减少了不必要的 -I 参数。
接下来生成可执行文件：
| # prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o -Wl,--no-undefined ./prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o |
这里值得留意的是参数“ -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker ”，它指定了 Android 专用的动态链接器 /system/bin/linker ，而不是通常所用的 ld.so 。
生成的可执行程序可用 file 和 readelf 命令来查看一下：
| # file out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), not stripped # readelf -d out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld |grep NEEDED 0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so] 0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libm.so] |
这是 ARM 格式的动态链接可执行文件，运行时需要 libc.so 和 libm.so 。“ not stripped ”表示它还没被 STRIP 。嵌入式系统 中为节省空间通常将编译完成的可执行文件或动态库进行 STRIP ，即去掉其中多余的符号表信息。在前面“ make helloworld showcommands ”命令的最后我们也可以看到， Android 编译 环境中使用了 out/host/linux-x86/bin/soslim 工具进行 STRIP 。
有关 Android Toolchain 的其他一些内容可参考： Android Toolchain与 Bionic Libc
Android 上JNI 的调试Android 的 SDK 中没有包括 JNI 的支持，而且对如何支持 JNI 也没有任何文档说明。不过既然整个 Android 平台是开源的，我们可以通过 Google 发布的源代码来找到一些线索（比如 frameworks/base/media/jni / 目录），依葫芦画瓢的实现上层 JAVA 程序通过 JNI 来调用 Native C 程序中的函数。
依照下面的步骤可以实现一个非常简单的 JNI 的实例程序：
1． 首先编写 C 模块，实现动态库。（关于如何在 Android 中编译 C 模块的更多细节，请参考《 Android 编译环境 (1) - 编译 Native C的 helloworld模块 》。）
在 development 目录下添加新目录 hellolib ，并添加 hellolib.c 和 Android .mk 文件。 hellolib.c 的内容如下：
| #include <jni .h> #define LOG_TAG "TestLib" #undef LOG #include <utils/Log.h> JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_TestHelloLib_printHello(JNIEnv * env, jobject jobj) { LOGD("Hello LIB!/n"); } |
注意这里的函数名需要按照 JNI 的规范（因此也可以用 javah -jni 工具来生成头文件，来保证函数名的正确性）， Java_com_test_TestHelloLib_printHello 的命名对应后面在 java 代码中， package 名字是 com.test ，类名是 TestHelloLib ， native 函数名是 printHello 。
另外， LOGD 及 #define LOG_TAG "TestLib" 等打印 log 的方式是采用了 Android 所提供的 LOG 机制，这样才能通过 Android 的 logcat 工具看到 log 。
用于编译 C 模块的 Android .mk 文件内容如下：
| LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS) LOCAL_SRC_FILES:= / hellolib.c LOCAL_C_INCLUDES := / $(JNI_H_INCLUDE) LOCAL_SHARED_LIBRARIES := / libutils LOCAL_PRELINK_MODULE := false LOCAL_MODULE := libhello include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) |
该文件中的一些变量分别对应的含义如下：
LOCAL_SRC_FILES － 编译的源文件
LOCAL_C_INCLUDES － 需要包含的头文件目录
LOCAL_SHARED_LIBRARIES － 链接时需要的外部库
LOCAL_PRELINK_MODULE － 是否需要 prelink 处理（参考 prelink 的详细介绍：《 动态库优化 ——Prelink（预连接）技术 》， Android 的 Toolchain, prelink 工具：《 Android Toolchain与 Bionic Libc 》 ）
LOCAL_MODULE － 编译的目标对象
BUILD_SHARED_LIBRARY － 指明要编译成动态库。
接下来回到 Android 顶层目录，并执行 make libhello 来编译：
| # cd $(YOUR_ANDROID) && make libhello target thumb C: libhello <= development/hellolib/hellolib.c target SharedLib: libhello (out/target/product/generic/obj/SHARED_LIBRARIES/libhello_intermediates/LINKED/libhello.so) target Non-prelinked: libhello (out/target/product/generic/symbols/system/lib/libhello.so) target Strip: libhello (out/target/product/generic/obj/lib/libhello.so) Install: out/target/product/generic/system/lib/libhello.so |
编译结果可得到位于 out/target/product/generic/system/lib/ 目录的动态共享库 libhello.so
2 ．编写 Java 模块，来通过 JNI 方式调用 C 接口。具体 Eclipse 环境的搭建请参考 Android SDK 文档中的详细说明，及 Hello Android 程序的创建过程，这里仅给出我们需要修改的 TestHelloLib.java 文件：
| package com.test; import android .app.Activity; import android .os.Bundle; public class TestHelloLib extends Activity { /** Called when the activity is first created. */ @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super .onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.main ); printHello() ; }
static { System.loadLibrary( "hello" ); }
private native void printHello() ; } |
注意上面代码中粗体字部分： private native void printHello() 用来声明一个 native 接口， static { System.loadLibrary("hello"); } 用来加载上面步骤中生成 libhello.so （注意 loadLibrary 方法的参数不是 ”libhello.so” ，而是去掉前缀和后缀之后的 ”hello” ）， onCreate() 方法中则调用了 printHello() 接口。
通过这一步骤可生成 Android 开发者所熟悉的 apk 文件： TestHelloLib.apk 。
3 ．集成测试 TestHelloLib.apk 和 libhello.so 。先运行 emulator 并将 TestHelloLib.apk 和 libhello.so 上传至 emulator 中。注意要将 libhello.so 上传到 emulator 的 /system/lib 目录，由于该目录是只读的，上传之前先要执行 adb remount ：
| # adb remount # adb push out/target/product/generic/system/lib/libhello.so /system/lib # adb install TestHelloLib.apk |
接下来在模拟器菜单中可以看到已经安装的 TestHelloLib 程序，运行即可。
由于 JNI 接口 printHello() 并没有作界面上的改动，要验证其效果需要用 Android 的 logcat 工具来查看。运行 ”adb logcat” 可以找到下面的 log 片断：
| I/ActivityManager( 48): Starting activity: Intent { action=android .intent.action.MAIN categories={android .intent.category.LAUNCHER} flags=0x10200000 comp={com.test/com.test.TestHelloLib} } I/ActivityManager( 48): Start proc com.test for activity com.test/.TestHelloLib: pid=174 uid=10024 gids={} D/dalvikvm( 174): Trying to load lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58 D/dalvikvm( 174): Added shared lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58 D/dalvikvm( 174): No JNI_OnLoad found in /system/lib/libhello.so 0x43481c58 D/dalvikvm( 174): +++ not scanning '/system/lib/libwebcore.so' for 'printHello' (wrong CL) D/dalvikvm( 174): +++ not scanning '/system/lib/libmedia_jni.so' for 'printHello' (wrong CL) D/TestLib ( 174): Hello LIB! I/ActivityManager( 48): Displayed activity com.test/.TestHelloLib: 806 ms |
这里包含了调用 printHello() 接口的 log 信息，其中 ” D/TestLib ( 174): Hello LIB!” 就是 printHello() 所打印的信息。至此成功完成 Android JNI 的实例验证。
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