Android Studio NDK详解：加速移动应用的原生代码开发

发布时间：2023-12-08

Android Studio NDK详解：加速移动应用的原生代码开发

更新：2023-05-14 00:58 移动应用开发中，各种开发框架和语言多种多样，常用的有Java、Kotlin和Swift等。但有时候，我们需要使用C或C++语言编写一些性能更高的原生代码，以获取更好的用户体验。Android Studio的NDK（Native Development Kit）提供了一种实现这种需求的方法。

一、什么是NDK？

NDK是Android Studio提供的一个工具集，旨在帮助开发者编写C/C代码来优化Android的应用程序，包括增加应用程序的性能，处理自定义任务和更多。目前，NDK支持的ABI主要包括 armeabi-v7a、arm64-v8a、x86、x86_64以及mips和mips64。 在没有NDK时，开发者的代码只能以Java和Kotlin等二进制代码的方式运行。而有了NDK之后，可以将一些紧耦合的功能和代码转化为C/C代码，然后以库的形式提供给Java和Kotlin等高级语言使用。这样不仅可以提高性能，还可以在代码共享方面实现更好的跨平台性。

二、如何在Android Studio中使用NDK？

Android Studio提供了NDK插件，让开发者轻松地设置和配置NDK的开发环境。在使用NDK之前，需要完成以下步骤：

1、下载NDK：

在Android Studio中，点击“Tools->SDK Manager->SDK Tools”选项卡，然后在右边的主窗口区域找到和选中“NDK”即可下载。

2、配置Jni目录

在Java工程的根目录下构建JNI接口需要的目录结构，例如：app/src/main/jni。然后在app下新建.buildozer文件（目的是为了让gradle加载NDK配置）。

# app/.buildozer.gradle.kts
android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags "-std=c++11"
                arguments "-DANDROID_STL=c++_shared"
            }
        }
    }
}

3、创建.so库文件

在jni目录下创建一个C或C++源文件，然后使用编译器创建.so文件，将其复制到应用程序的libs目录中。在libs目录下可以分别为每种CPU架构创建目录，以job目录为例:

app/libs/armeabi-v7a/ 
app/libs/arm64-v8a/ 
app/libs/x86/ 
app/libs/x86_64/

在完成上述步骤之后，你可以像其他库一样在Java代码中使用自定义的C/C++库文件。如下所示：

System.loadLibrary("natives-lib");

这里的natives-lib就是.so文件的名称，它需要和C/C++源文件中的名称相同。

三、如何在NDK中使用静态库？

在C和C++中，静态库非常重要，它们被用作重复代码和可重用代码的共享。在Android NDK中，添加本机静态库和可执行文件也很简单：

1、编写C++源代码

// test.cpp  
#include "test.h"  
int add(int a, int b) {  
    return a + b;  
}

2、编写C头文件

// test.h  
#ifndef TEST_H  
#define TEST_H  
#ifdef __cplusplus  
extern "C"{  
#endif  
int add(int a, int b);  
#ifdef __cplusplus  
}  
#endif  
#endif // TEST_H

3、编写Android.mk文件

Android.mk文件用于配置如何构建NDK应用程序。它定义了源代码文件、库等，告诉编译器如何处理这些文件，并包含使用这些文件创建动态库的指令。Android.mk文件应在jni目录下创建。

LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
include $(CLEAR_VARS)  
LOCAL_MODULE := test  
LOCAL_SRC_FILES := test.cpp  
include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

4、在.buildozer.gradle.kts文件中增加编译选项

defaultConfig {
    externalNativeBuild {
        cmake {
            cppFlags "-std=c++11"
            arguments "-DANDROID_STL=c++_shared", "-DANDROID_TOOLCHAIN=clang" // 添加这一行
        }
    }
}

需要注意的是，要使用静态库时，需要使用clang作为工具链才能编译通过。

5、在.buildozer.gradle.kts中导入静态库

android {
    sourceSets {
        main {
            jniLibs.srcDir 'libs'
        }
    }
}

这个操作主要是告诉gradle在哪里可以找到静态库，实现导入了so库中。

6、在Java代码中使用静态库

import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    static {
        System.loadLibrary("test");
    }
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        int result = Test.add(1, 2); //调用静态库函数
        TextView textView = findViewById(R.id.tv_result);
        textView.setText("result = " + result);
    }
}

以上就是使用静态库的完整步骤。在Jni目录中，需要有Android.mk文件，它告诉编译器如何构建静态库。编译器会将静态库转换为.so文件，并将其打包在APK应用包中。在Java代码中可以通过System.loadLibrary方法加载本地库，就像之前加载普通的so库一样。

四、NDK开发常见问题及解决方案

1、如何解决不同CPU架构的兼容性问题

Android系统支持多种CPU架构的设备，并且支持同时安装多个.so库的版本。这种格式通常是“/lib/libname.so”或“/lib/architecture/libname.so”。为了实现多架构支持，你需要在构建过程中生成多个库版本。可以将结果位置指定到每个configure的ANDROID_ABI的不同子目录中，如下所示：

app/
    jni/
      Android.mk
      Application.mk
      foo.c
    libs/
      armeabi/
        libfoo.so
      armeabi-v7a/
        libfoo.so
      x86/
        libfoo.so

2、如何解决debug版本无法正常工作的问题

默认情况下，NDK构建出的.so库的标志为release版本，而非debug版本，如果需要在NDK调试过程中使用debug版本，需要在Gradle中设置：

android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                arguments "-DCMAKE_BUILD_TYPE=DEBUG"
            }
        }
    }
}

3、如何解决NDK开发过程中出现的其他问题

可以将以下项目添加到build.gradle文件中查看调试级别。项目和gradle.properties文件中都有这些内容。

android {
    buildTypes{
        debug {
            debuggable true 
            jniDebuggable true
        }
    }
}

4、如何解决NDK中遇到的链接错误

常见的原因包括C++代码插入C语言源代码、未定义的全球变量等，可以试着把链接器的日志打开，检查被外部问题导致的链接错误。

LOCAL_LDLIBS += -Wl,--trace-symbol=foo

五、总结

在移动应用开发中，NDK是为开发者提供高性能的编程接口的一种方法。它能帮助开发者编写C/C++代码，优化Android应用程序的性能，实现自定义任务等操作。本文介绍了如何使用NDK的详细步骤和常见问题的解决方法，希望对你在移动应用开发中使用NDK起到一定的帮助。

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