Android 从Java调用C/C++

当无法用 Java 语言编写整个应用程序时，JNI 允许您调用C/C++本机代码。在下列典型情况下，您可能决定使用本机代码：

• 希望用更低级、更快的编程语言C/C++去实现对时间有严格要求的代码。

• 希望从 Java 程序访问旧代码或代码库。

• 需要标准 Java 类库中不支持的依赖于平台的特性。

我为什么需要它？我的代码背景

我在安卓项目中，需要用到C++的soundtouch库函数，因此必须将调用该库的代码用C++编写，然后再由java调用C++本机代码。

前提：已经配置好支持交叉调用的NDK（Native Development Kit，java与C/C++交叉调用的工具），并为你的工程创建好builder，配置可参照我的另一篇博文：http://my.oschina.net/liusicong/blog/311886。

问题及动机

网上有很多jni教程，但是对于安卓开发爱好者，如何在java代码中调用C/C++函数，实现我们想要的功能，却没有一个十分合适的教程，因此我写下本文。

我要解决的问题：安卓前端有一个按钮，点击该按钮就可以实现“声音特效处理”的功能。而这个功能的后台实现的主要逻辑由C/C++代码编写，因此需要从java调用C/C++代码。

须知：SWIG和javah的区别（强烈推荐）

我看了网上的关于 jni编程 的教程很多，但不尽相同，刚开始会犯迷糊。我想笔者往往忽略了一个关键点，那就是采用了什么方式决定了步骤的流程。有两种生成 jni的方式：一种是通过SWIG从C++代码生成过度的java代码；另一种是通过javah的方式从java代码自动生成过度的C++代码。两种方式下的步骤流程正好相反。

第一种方式：由于需要配置SWIG环境，有点麻烦了，所以往往大家不采用这个途径（本文将介绍的步骤就是这种情况），官方文档的例子值得一看：http://www.swig.org/Doc2.0/Android.html#Android_examples_intro。（我抽空把这个官方文档可翻译下）

第二种方式：javah的方式则通过shell指令就可以完成整个流程，所以网上的教程也多数是这一类的，可参照我的另一篇博文http://my.oschina.net/liusicong/blog/315826。

解决方案：从 Java 代码调用 C/C++ 的五个步骤

安卓开发中，从 Java 程序调用 C 或 C ++ 代码的过程由五个步骤组成。我们将在深入讨论每个步骤，首先迅速地浏览一下，注意本文采用的方式是：SWIG 方式。

1. 在jni文件夹下编写C/C++代码，实现我们想要实现的C/C++逻辑。

2. 根据C/C++代码，编写 Java 代码。我们将根据写好的C/C++函数，编写 Java 类，这些类执行三个任务：声明将要调用的native本机方法；装入包含本机代码的共享库；然后调用该本机方法。

3. 首先用javah生成C/C++ 头文件（.h 文件），然后去改写这个头文件的方法，将我们自己的东西添加进去。C/C++的头文件将声明想要调用的本机函数说明。然后，这个头文件与 C/C++ 函数实现（请参阅步骤 4）一起来创建共享库（请参阅步骤 5）。

4. 写一个Android.mk文件，放在jni下的C/C++代码文件夹下

5. 编译运行 Java 程序。运行该代码，并查看它是否有用。我们还将讨论一些用于解决常见错误的技巧。

相关代码目录结构(以我的代码结构为例)

src（放java代码）

|_ org.tecunhuman. jni 包（自定义命名的包）

|_ wrapperJNI.java (自己编写的java代码，含native方法)

jni （放C/C++代码）

|_ soundstrech包（我的C++代码）

|_ gen包

|_ wrapper_wrap.cpp

|_ Android.mk

|_ RunParameters.cpp

|_ RunParameters.h

|_ SoundStrech.cpp

|_ SoundStrech.h

|_ WavFile.cpp

|_ WavFile.h

|_ wrapper.i

|_ soundtouch 包

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步骤 1：编写C/C++代码（.cpp文件）放在下jni下的C/C++代码文件夹

我们首先编写一个.cpp文件，

//SoundStrech.cpp代码
#include <stdexcept>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "RunParameters.h"
#include "WavFile.h"
#include "SoundTouch.h"
#include "BPMDetect.h"
#include "SoundStretch.h"
using namespace soundtouch;
using namespace std;
// Processing chunk size
#define BUFF_SIZE           2048
#if WIN32#include <io.h>#include <fcntl.h>
// Macro for Win32 standard input/output stream support: Sets a file stream into binary mode#define SET_STREAM_TO_BIN_MODE(f) (_setmode(_fileno(f), _O_BINARY))
#else// Not needed for GNU environment... #define SET_STREAM_TO_BIN_MODE(f) {}
#endif
static void openFiles(WavInFile **inFile, WavOutFile **outFile, const RunParameters *params)
{/*省略 具体实现*/
}
// command line parameters
static void setup(SoundTouch *pSoundTouch, const WavInFile *inFile, const RunParameters *params)
{/*具体实现*/
｝
int run(RunParameters *params)
{/*具体实现*/
}
SoundStretch::~SoundStretch() {
}
void SoundStretch::process(std::string inFileName,std::string outFileName,float tempoDelta,float pitchDelta,float rateDelta
) {/*具体实现*/
}

步骤 2：根据C/C++代码，编写 Java 代码

根据编写好的C/C++函数来写java代码，怎么理解这句话呢？

假设我们先回到纯粹的C++代码编写情形中，您可能会写很多C++的函数，大多数是一系列的中间逻辑（如A调用B，B调用C等），但只有一个入口函数放在启动函数 — Main（）函数中被执行调用，来实现我们的某个功能。一个比喻：就像是一串珠子，总有一个线头可以被人捏着拎起来。

那么在我们java与C++交叉调用的情形下，步骤2— 根据C/C++代码，编写Java 代码，java代码中的native方法就像是那个在main函数中被调用的方法，所以应该是根据C++代码中的具体逻辑决定的。

我们从编写 Java 源代码文件开始，它将声明本机方法（或方法），装入包含本机代码的共享库，然后实际调用本机方法。

//wrapperJNI.java代码
package org.tecunhuman.jni；
class wrapperJNI {//声明native方法，不能实现它（类似抽象方法，但用途不同） public final static native long new_SoundStretch();public final static native void delete_SoundStretch(long jarg1);//调用步骤一的C++代码中的SoundStretch类的SoundStretch：：process方法public final static native void SoundStretch_process(long jarg1, SoundStretch jarg1_, String jarg2, String jarg3, float jarg4, float jarg5, float jarg6);
}

这段代码做了些什么？

首先，请注意对 native 关键字的使用，它只能随 方法 一起使用。native 关键字告诉 Java 编译器：该方法是用 Java 类之外的本机代码实现的，但其声明却在 Java 中。只能在 Java 类中声明 本机方法，而不能实现它（但是不能声明为抽象的方法，使用native关键字即可），所以java文件中的native本机方法不能拥有方法主体。

当然还需要编写几个其他的java文件，去调用wrapperJNI 的 SoundStretch_process成员方法，实现我在java中真正要做的事。但这不是本文想要讨论的重点（这是跟你要实现的业务逻辑有关的，如何设计就是读者的事了）。

简而言之，由于跨语言，java不能直接调用C++函数，而java文件夹下的native方法就像是给C++函数换了个皮，加了个native在此申明下，java就可以调用C++中类的方法了。

步骤 3：通过javah命令，生成C/C++ 头文件

C/C++ 头文件，定义本机函数说明。完成这一步的方法之一是使用 javah.exe，它是随 SDK 一起提供的本机方法 C++ 存根生成器工具。这个工具被设计成用来创建头文件，该头文件为在 Java 源代码文件中所找到的每个 native 方法定义 C++ 风格的函数。

javah 怎么用？

为了便于理解，这里举个栗子：使用eclipse建立一个工程假设工程路径为$ProjectPath，并且你已经定义了一个HelloJni.java类，带有包名cn.com.comit.jni。

package cn.com.comit.jni;
public class HelloJni{ public native void displayHelloJni();
}

那么这时eclipse会自动帮你编译出一个字节码文件HelloJni.class，路径是$ProjectPath\bin\cn\com\comit\jni。

切记cd到包的上一级目录（我们这里是$ProjectPath\bin）即可，写错便会出错。执行以下操作语句就搞掂了。生成的 .h头文件，记得放进你在eclipse工程的 jni 文件夹下，就结束了。

cd ProjectPath\bin
javah -classpath.cn.com.comit.jni.HelloJni

 头文件 SoundStrech.h 长什么样子？

// SoundStrech.h
#ifndef SOUNDSTRETCH_H
#define SOUNDSTRETCH_H
#include <string>
class SoundStretch {public:SoundStretch();~SoundStretch();void process(std::string inFilename,std::string outFilename,float tempoDelta,float pitchDelta,float rateDelta);
};
#endif

关于 C/C++ 头文件

正如您可能已经注意到的那样，SoundStrech.h 中的 C/C++ 函数说明和wrapperJNI.java中的 Java native 方法声明有很大差异。JNIEXPORT 和 JNICALL 是用于导出函数的、依赖于编译器的指示符。返回类型是映射到 Java 类型的 C/C++ 类型。附录 A：JNI 类型中完整地说明了这些类型。

除了 Java 声明中的一般参数以外，所有这些函数的参数表中都有一个指向 JNIEnv 和 jobject 的指针。指向 JNIEnv 的指针实际上是一个指向函数指针表的指针。正如将要在步骤 4 中看到的，这些函数提供各种用来在 C 和 C++ 中操作 Java 数据的能力。

jobject 参数引用当前对象。因此，如果 C 或 C++ 代码需要引用 Java 函数，则这个 jobject 充当引用或指针，返回调用的 Java 对象。函数名本身是由前缀“Java_”加全限定类名，再加下划线和方法名构成的。

JNI类型

JNI 使用几种映射到 Java 类型的本机定义的 C 类型。这些类型可以分成两类：原始类型和伪类（pseudo-classes）。在 C 中，伪类作为结构实现，而在 C++ 中它们是真正的类。

Java 原始类型直接映射到 C 依赖于平台的类型，如下所示：

C 类型 jarray 表示通用数组。在 C 中，所有的数组类型实际上只是 jobject 的同义类型。但是，在 C++ 中，所有的数组类型都继承了 jarray，jarray 又依次继承了 jobject。下列表显示了 Java 数组类型是如何映射到 JNI C 数组类型的。

这里是一棵对象树，它显示了 JNI 伪类是如何相关的。

步骤 4：写一个Android.mk文件，放在jni下的C/C++代码文件夹下

理论上来说java和C++两种语言，需要两种编译环境。NDK，是用于jni本地源码编译的工具，为开发人员将本地代码集成在android代码中提供了方便。实际上NDK和完整源码编译环境一样，都使用安卓的编译系统 —— 通过Android.mk文件控制编译。因此在编译前必须书写好Android.mk文件。

编写Android.mk时，必须要写的5句话：

Local_PATH:=$(call.my-dir)//必须位于文件最开始。用来定位源文件位置，$(call my-dir)返回当前目录的路径
include $(CLEAR_VARS)
Local_MODEL:= libsoundtouch  //此句指定.so文件的名称
LOCAL_SRC_FILES := \RunParameters.cpp \WavFile.cpp \SoundStretch.cpp \gen/wrapper_wrap.cpp //指定C++源文件路径，多个源文件用"\"分开 include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)//最后加编译

更多Android.mk书写细节可查看：http://www.2cto.com/kf/201310/253386.html

还可以有一个Application.mk应该和Andoird.mk并列放在一个目录下，但不是必须的。

注意，Android.mk文件必须编写正确。这样一来NDK编译完成后则会将生成的.so文件放在正确的位置（libs/armbi目录下）。

解释：

（1）CLEAR_VARS 由编译系统提供(可以在 android 安装目录下的/build/core/config.mk 文件看到其定义，为 CLEAR_VARS:=$(BUILD_SYSTEM)/clear_vars.mk)，指定让GNU MAKEFILE该脚本为你清除许多 LOCAL_XXX 变量 ( 例如 LOCAL_MODULE ， LOCAL_SRC_FILES ，LOCAL_STATIC_LIBRARIES，等等…)，除 LOCAL_PATH。这是必要的，因为所有的编译文件都在同一个 GNU MAKE 执行环境中，所有的变量都是全局的。所以我们需要先清空这些变量（LOCAL_PATH除外）。又因为LOCAL_PATH总是要求在每个模块中都要进行设置，所以并需要清空它。

（2）LOCAL_MODULE 变量必须定义，以标识你在 Android.mk 文件中描述的每个模块。名称必须是唯一的，而且不包含任何空格。注意编译系统会自动产生合适的前缀和后缀，换句话说，一个被命名为'foo'的共享库模块，将会生成'libsoundtouch.so'文件。注意：如果把库命名为‘libsoundtouch‘，编译系统将不会添加任何的 lib 前缀，也会生成 libsoundtouch.so。

（3）LOCAL_SRC_FILES 变量必须包含将要编译打包进模块中的 C 或 C++源代码文件。不用

在这里列出头文件和包含文件，编译系统将会自动找出依赖型的文件，当然对于包含文件，你包含时指定的路径应该正确。

（4）BUILD_SHARED_LIBRARY 是编译系统提供的变量，指向一个 GNU Makefile 脚本(应该

就是在 build/core  目录下的 shared_library.mk) ，将根据LOCAL_XXX系列变量中的值，来编译生成共享库（动态链接库）。如果想生成静态库，则用BUILD_STATIC_LIBRARY在NDK的sources/samples目录下有更复杂一点的例子，写有注释的  Android.mk 文件。

步骤 5：编译程序

最后一步是运行 Java 程序，并确保代码正确工作。因为必须在 Java 虚拟机中执行所有 Java 代码，所以需要使用 Java 运行时环境。完成这一步的方法之一是使用 java，它是随 SDK 一起提供的 Java 解释器。所使用的命令是：

java -cp . test.Sample1

输出：

intMethod: 25

booleanMethod: false

stringMethod: JAVA

intArrayMethod: 33

故障排除

当使用 JNI 从 Java 程序访问本机代码时，您会遇到许多问题。您会遇到的三个最常见的错误是：

• 无法找到动态链接。它所产生的错误消息是：java.lang.UnsatisfiedLinkError。这通常指无法找到共享库，或者无法找到共享库内特定的本机方法。

• 无法找到共享库文件。当用     System.loadLibrary(String libname) 方法（参数是文件名）装入库文件时，请确保文件名拼写正确以及没有指定扩展名。还有，确保库文件的位置在类路径中，从而确保 JVM 可以访问该库文件。

• 无法找到具有指定说明的方法。确保您的 C/C++ 函数实现拥有与头文件中的函数说明相同的说明。

参考文献：

1. http://www.cnblogs.com/BloodAndBone/archive/2010/12/22/1913882.html

2. SWIG官网的例子：http://www.swig.org/Doc2.0/Android.html#Android_examples_intro

3. Andriod.mk详解： http://www.2cto.com/kf/201310/253386.html

4. http://bbs.51cto.com/thread-948244-1.html （看）