Android游戲開發實踐(1)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臺開發、多語言混編的Android應用了。當然，這些都是基于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。這里的本地接口，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。
具體關于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：

(2)Java引用數據類型與原生C/C++類型對應關系如下：

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：

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：

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()后面
3. 如果參數是引用類型，那么參數應該寫為：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：

   // 原型為：
   boolean  isLoading();
   // 簽名格式為：
   ()Z

   // 原型為：
   void  setLevel(int level);
   // 簽名格式為：
   (I)V

   // 原型為：
   char  getCharFunc(int index, String str, int[] value);
   // 簽名格式為：
   (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么幾步：
(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，不同平臺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，并新建一個聲明了native方法的類。(這里就以Eclipse作為開發IDE舉例了)

    package com.hellojni.test;

    public class HelloJni {

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

        }
    }

(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。

    /* 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，這里引入了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控制臺應用程序，應用程序類型選擇DLL(Win平臺動態庫為.dll)。并將生成的Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h頭文件拷貝到該工程目錄下。
然后，再將該頭文件添加到工程中。如圖：

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。并修改Java_com_hellojni_test_HelloJni_printJni.h頭文件。
將#include <jni.h>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：

    #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。并加入如下代碼：

    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();
        }
    }

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。控制臺會輸入：
Hello JNI
表明整個JNI調用成功。

第一篇就介紹這么多，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。