Android 如何藉由JNI來使用C/C++程式？

雖然Google官方推薦使用基於Java程式語言的Android SDK來開發Android App，但是Android SDK卻沒有辦法完全地開發出能在Android系統上執行的所有功能，而且也因為Java語言編譯出來的Bytecode在Runtime時需要再次直譯成機械碼，因此Android SDK效能並沒有說很好。還好Android有提供NDK，可以使用Java的JNI(Java Native Interface)，讓Android的Java程式也能夠使用C/C++的Native Code。

開發環境

首先是IDE(Integrated Development Environment)的選擇，大部分的人都是使用Eclipse，所以能查到的資料也比較多，故在這裡也是使用Eclipse。為了使Eclipse能夠同時開發Android與C/C++，必須要替Eclipse安裝ADT(Android Development Tools)與CDT(C/C++ Development Tooling)插件。要讓Android能夠使用JNI，還要再安裝Android Native Development Tools，這樣Eclipse才可以支援Android NDK。當然，Android NDK也是需要的。

安裝ADT與Android Native Development Tools

在Eclipse的「Install New Software」中，使用以下來源網址，就可以找到Android的開發工具。

安裝CDT

到Eclipse的CDT網頁，就可以下載到符合自己Eclipse版本的CDT，當然也可以像ADT一樣使用Eclipse的「Install New Software」來安裝。

下載與設定Android NDK

下載Android NDK請參考這篇文章。下載並解壓縮後，要讓Eclipse知道Android NDK的位置，因此要在Eclipse的「Preferences」中，在「Android」分類下找到「NDK」，並指定NDK的根目錄路徑。

讓Android專案支援JNI

在Android專案項目上按下滑鼠右鍵，出現選單後，選擇「Android Tools」->「Add Native Support」。

接著輸入函式庫的名稱，就是.so檔案的名稱。在一個Android專案下透過JNI可以使用多個不同的.so檔案，.so檔案的命名可以幫助設計師了解到這個檔案的用途為何。

替專案加入Native Support後，專案下會多了一個「jni」目錄，這個目錄便是C/C++程式的工作目錄，所有C/C++程式，或是相關的資源都可以放進這個目錄裡面。

JNI的使用方法

使用javah建立C/C++的標頭檔(*.h)

建置好支援JNI的Android專案後，先別急著開始寫C/C++程式，應該要先規劃好Java程式中哪些地方需要使用到由C/C++程式語言實作的方法或是函數，這些方法都需要先使用native修飾子來進行宣告，並且使用System類別下的loadLibrary方法來讀入指定名稱的.so函式庫。用以下程式為例：

package org.magiclen.androidjni;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {

	// 宣告由C/C++實作的方法
	private native String helloString(String toWhat);

	// 讀取函式庫
	static {
		System.loadLibrary("NativeMath");
	}

	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		TextView root = new TextView(this);
		root.setText(helloString("MagicJNI"));
		setContentView(root);
	}
}

接著再使用JDK提供的「javah」工具，來將指定類別轉換成JNI使用的標頭檔。使用終端機，將工作目錄移動到Android專案的「src」目錄下，接著使用以下指令來產生.h檔案：

例如：

執行成功後，會在目前的工作目錄下產生.h檔案。檔名的話，會將完整類別名稱的「.」改為「_」。

使用.h標頭檔來實作程式

將使用javah產生出來的.h檔案移動到「jni」目錄下，然後在別的.c或是.cpp檔案中include，並實作出其中宣告的函數。程式如下：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "org_magiclen_androidjni_MainActivity.h"

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_org_magiclen_androidjni_MainActivity_helloString(
		JNIEnv* env, jobject obj, jstring str){
	const char* toWhat = env->GetStringUTFChars(str, JNI_FALSE);
	char hello[80];
	sprintf(hello,"Hello, %s!", toWhat);
	return env->NewStringUTF(hello);
}

編譯JNI的C/C++程式

雖然Eclipse應該會在編譯Android SDK時，自動使用NDK來編譯JNI下的C/C++程式，但是十分的不可靠，常常會遇到奇怪的問題導致專案一直編譯失敗。如果要編譯JNI的C/C++建議還是在終端機下動作。Android NDK提供「ndk-build」工具，位於NDK根目錄下，可以快速地編譯Android專案下的C/C++程式，而且使用方式很簡單，只要將終端機的工作目錄移動到Android NDK下，再執行以下指令即可開始編譯：

ndk-build跟makefile類似，不會編譯已經編過且原始碼未被改變的部份，如果想要清空先前的編譯結果，可以使用以下指令來清除：

使用NDK編出.so檔之後，就可以使用Android SDK來編譯出Android App。執行結果如下：

替不同平台編譯出不同的.so檔

預設的情況下，NDK只會編譯出armeabi架構的.so檔案，可以用在任何ARM架構的Android裝置上。如果要針對ARMv7架構優化，或是使.so檔能在x86架構或是MIPS架構上執行的話，可以在「jni」目錄下，增加「Application.mk」檔案，並且設定「APP_ABI」參數的值。

例如要編譯出ARM與x86的.so檔案，可以這樣設定：

如果要直接支援所有的架構，可以這樣設定：

有些程式碼可能會不太能在MIPS上執行，寫成以下這樣子會比較保險：

接著再使用「ndk-build」工具來編譯，就可以自動編出不同架構下的.so檔案了。

JNI下的Java資料型別

JNI下的C/C++程式如果要使用Java的資料型別，型別名稱前必須要加上「j」，例如：「int」變成「jint」，「long long」變成「jlong」，「String」變成「jstring」，都是小寫字母。這裡要注意的是，如果是物件型別(非基本資料型別)的話，只有特定幾個物件可以直接加上「j」，像是「String」或是「Array」，不然的話都是「jobject」。

若要呼叫jobject的方法要怎麼辦呢？可以使用JNIEnv的GetMethodID來取得方法的ID，再依照方法的回傳值型態來決定使用JNIEnv的哪種call。以下程式，使用jni呼叫SDK上textView.setText(String)的功能。

package org.magiclen.androidjni;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {

	// 宣告由C/C++實作的方法
	private native void showHelloString(TextView tv, String toWhat);

	// 讀取函式庫
	static {
		System.loadLibrary("NativeMath");
	}

	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		TextView root = new TextView(this);
		setContentView(root);
		showHelloString(root, "MagicJNI");
	}
}

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "org_magiclen_androidjni_MainActivity.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_org_magiclen_androidjni_MainActivity_showHelloString(
		JNIEnv* env, jobject obj, jobject tv, jstring str) {
	const char* toWhat = env->GetStringUTFChars(str, JNI_FALSE);
	char hello[80];
	sprintf(hello, "Hello, %s!", toWhat);
	jstring helloString = env->NewStringUTF(hello);

	jclass textViewClass = env->FindClass("android/widget/TextView");
	jmethodID setText = env->GetMethodID(textViewClass, "setText",
			"(Ljava/lang/CharSequence;)V");

	env->CallVoidMethod(tv, setText, helloString);
}

NDK與JNI用起來不簡單，而且很容易造成記憶體洩漏(Memory Leak)，以及程式閃退(出現Error，而不是歡樂的Exception)的狀況，使用前還是建議先詳讀Google官方提供的NDK文件。