C/C++ 在 Java 项目、Android 和 Objective-C 三大平台下实现混合编程
MorrisMarqu
8年前
<p>Android和iOS开发都支持C++开发，可以一套代码多平台使用。同时C++难以反编译的特性也可以为Android开发带来代码的保密，另一native特性也可以提高代码的运行效率。</p> <h2>一、为什么使用C/C++</h2> <ol> <li>便于移植，用C/C++写得库可以方便在其他的平台上再次使用。</li> <li>代码的保护，由于java层代码很容易被反编译，而C/C++库反汇难度较大。</li> <li>提高程序的执行效率，将要求高性能的应用逻辑使用C/C++开发，从而提高应用程序的执行效率。</li> <li>访问现有开源库，需要访问底层的API或引用一些只有C/C++的库。</li> </ol> <h2>二、开发工具介绍</h2> <p>尽管Android Studio可以同时编写C++和Java代码，写完就可以编译运行，但是对联想和错误提示并不是非常友好，个人建议C++的整体代码使用Visual Studio或Xcode编译开发，联想功能非常友好，编译速度很快，调试也非常方便。</p> <ul> <li>Visual Studio（PC）</li> <li>Xcode（Mac）</li> <li>Android Studio（多平台）</li> <li>eclipse（多平台）</li> </ul> <h2>三、第一行代码</h2> <p>1. 如何在Objective-C项目中使用C++；</p> <p>在Objective-C使用C/C++非常简单，仅仅需要把.m后缀的文件改成.mm即可使用C++，我们通常不会把.mm的文件写到整个项目都有，而是设计一个接口，用来做两个语言之间的桥梁，他们之间的交互仅仅在这个接口。</p> <p>要点：String类型转换</p> <pre> <code class="language-cpp">// Objective-C(NSString) -> C++(std::string) NSString * ocString = @"Hello World,OC"; std::string cppString = [ocString UTF8String]; std::cout<<cppString<<std::endl; // C++(std::string) -> Objective-C(NSString) std::string cppString2 = "Hello World,C++"; NSString *ocString2= [NSString stringWithCString:cppString2.c_str() encoding:[NSString defaultCStringEncoding]]; NSLog(@"%@",ocString2); </code></pre> <p>记得要include相关的文件</p> <pre> <code class="language-cpp">#include <stdio.h> #include <iostream> </code></pre> <p>2.在普通的JAVA项目中使用JNI编程</p> <p>由于我是在MAC下办公，所以这里就介绍如何在MAC下进行JNI开发，在Windows平台下的Virtual Studio也很简单。</p> <p>第一步：在Xcode下创建一个普通的C++项目</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/3063f3279d73de127a40fa4d2abe76e3.jpg"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9c3b4e48c8c8114bd739e7d61259d5cb.jpg"></p> <p>第二步：关联JavaVM的Framework</p> <p>路径：</p> <p>/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Frameworks/JavaNativeFoundation.framework/</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c5237123a3f6f5a30e901e99bfb1617f.jpg"></p> <p>第三步：创建头文件，用于和Java交互 cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h</p> <pre> <code class="language-cpp">#include <JavaVM/jni.h> #ifndef _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo #define _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add (JNIEnv *, jclass, jint, jint); JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_say (JNIEnv *, jclass, jstring); JNIEXPORT jstring JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_getInfo (JNIEnv *, jclass); JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava (JNIEnv *, jclass, jobject); #ifdef __cplusplus } #endif #endif </code></pre> <p>第四步：创建实现 NativeDemo.cpp</p> <pre> <code class="language-cpp">#include "cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h" #include <string> JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint param1, jint param2) { jint result = param1 + param2; return result; } JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_say(JNIEnv *env, jclass, jstring param) { // std::string -> jstring const char *param_char = env->GetStringUTFChars(param, NULL); std::string str = param_char; } JNIEXPORT jstring JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_getInfo(JNIEnv *env, jclass) { // jstring -> std::string std::string str = "Hi,I am C++."; jstring result = env->NewStringUTF(str.c_str()); return result; } JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava(JNIEnv * env, jclass, jobject obj) { // 调用Java方法 jclass cls = env->FindClass("cn/taoweiji/nativemodule/NativeDemo"); //int subtract(int param1, int param2) -> (II)I jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "subtract", "(II)I"); int result = (int) env->CallIntMethod(obj, mid, 10, 2); // std::cout<<result<<std::endl; //常见类型转换例子 //String getInfo(); //-> ()Ljava/lang/String; //PackageInfo getPackageInfo(String packageName, int flags); //-> (Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;; } </code></pre> <p>第五步：编译生成JNI文件，按 ⌘+B (Product -> Build).</p> <p>编译后文件</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/6c82fe6423f2482725ca5d8c343997c3.jpg"></p> <p>根据自己的电脑环境，查找编译后的文件，我的路径是</p> <p>/Users/Wiki/Library/Developer/Xcode/DerivedData/DEMO_MAC_JNI-clxymnzifegyfaajsaattzgxqfbr/Build/Products/Debug/DEMO_MAC_JNI</p> <p>第六步：编写JNI接口</p> <pre> <code class="language-cpp">package cn.taoweiji.nativemodule; /** * 包名和类名称一定要和前面的C++头文件对应 * cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h */ public class NativeDemo { public static native int add(int param1, int param2); public static native void say(String name); public static native String getInfo(); public static native void nativeToJava(NativeDemo nativeDemo); public int subtract(int param1, int param2) { System.out.println("NativeDemo:" + String.format("%s - %s = %s", param1, param2, param1 - param2)); return param1 - param2; } } </code></pre> <p>第七步：调用C++</p> <pre> <code class="language-cpp">public class Main { static { System.load("/Users/Wiki/Library/Developer/Xcode/DerivedData/DEMO_MAC_JNI-clxymnzifegyfaajsaattzgxqfbr/Build/Products/Debug/DEMO_MAC_JNI"); } public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); int result = NativeDemo.add(1, 2); System.out.println("1+2=" + String.valueOf(result)); NativeDemo.say("Hello,I am Java."); System.out.println("getInfo:" + NativeDemo.getInfo()); NativeDemo.nativeToJava(new NativeDemo()); } } </code></pre> <p>3. 在ANDROID项目中使用NDK</p> <p>Android的JNI开发，C++文件必须编写在独立的module里面，Java接口代码可以编写在app(module)，也可以和C++放在同一个module，通过gradle关联。详细代码请自行下载demo浏览</p> <pre> <code class="language-cpp">gradle配置（NativeModule） apply plugin: 'com.android.library' android { compileSdkVersion 23 buildToolsVersion "24.0.0 rc2" defaultConfig { minSdkVersion 14 targetSdkVersion 23 versionCode 1 versionName "1.0" } buildTypes { release { minifyEnabled false proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro' ndk { moduleName "joyrun" stl "stlport_static" ldLibs "log"//用于解决__android_log_print abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a" //add -fexceptions to allow throw error //add -w to "format not a string literal and no format arguments [-Werror=format-security" cFlags "-w -fexceptions" } } } } dependencies { compile fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar']) } </code></pre> <p>编写JNI接口</p> <pre> <code class="language-cpp">// NativeDemo.java package cn.taoweiji.nativemodule; public class NativeDemo { public static native int add(int param1, int param2); } </code></pre> <p>编写C++接口代码，JNI文件目录默认是module/src/main/jni，可以通过gradle配置改变</p> <pre> <code class="language-cpp">// cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h #include <jni.h> #ifndef _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo #define _Included_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* * Class: cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo * Method: add * Signature: (II)I */ JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint, jint); #ifdef __cplusplus } #endif #endif </code></pre> <pre> <code class="language-cpp">// NativeDemo.cpp #include "cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo.h" JNIEXPORT jint JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_add(JNIEnv *, jclass, jint param1, jint param2) { jint result = param1 + param2; return result; } </code></pre> <p>调用</p> <pre> <code class="language-cpp">// 静态加载 static { System.loadLibrary("joyrun"); } //调用 int result = NativeDemo.add(1,2); Log.i("1+2=",String.valueOf(result)); </code></pre> <h2>四、NDK开发要点</h2> <p>编译文件分析</p> <p>将NativeModule编译后生成的aar文件后缀改成.zip解压，可以发现里面有个jni文件，打开可以看到”armeabi”, “armeabi-v7a”, “x86”, “x86_64”, “arm64-v8a”等文件夹，再打开可以看到是以lib前缀的so格式文件，这就是编译后的native层文件，我们平常引用的第三方库（百度地图）也是要添加这些文件到我们的libs文件夹，不同的名称代表着不同平台相关的编译文件，市面上大多数的手机都是arm架构CPU，x86架构的手机几乎没人用（genymotion模拟器属于x86平台），所以我们通常发布APP不会考虑x86平台，仅仅添加armeabi文件即可，但是在开发过程中建议也添加x86的so文件，以方便我们在模拟器上运行。</p> <p>运行库</p> <p>Android平台带有一个微型的C运行库支持库，成为系统运行库。该运行库不支持一下特性：C标准库、异常支持、RTTI支持。NDK提供了用于补充系统运行库功能的一些额外的C++运行库。</p> <table> <thead> <tr> <th>C++运行库</th> <th>C++异常支持</th> <th>C++RTTI</th> <th>C++标准库</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>系统库</td> <td>No</td> <td>No</td> <td>No</td> </tr> <tr> <td>GAbi++</td> <td>No</td> <td>Yes</td> <td>No</td> </tr> <tr> <td>STLport</td> <td>No</td> <td>Yes</td> <td>Yes</td> </tr> <tr> <td>GNU STL</td> <td>Yes</td> <td>Yes</td> <td>Yes</td> </tr> </tbody> </table> <ol> <li> <p>STLport</p> <p>STLport是一个开源的、多平台的C标准库实现。它提供一个C标准库头文件的完整集合以及对RTTI的支持。</p> </li> <li> <p>GNU STL</p> <p>GNU标准C库，也叫libstdc-v3，是Android NDK最全面的标准C运行库。它是一个正在开发的、以实现ISO标准C库为目标的开源项目。</p> </li> </ol> <p>gradle配置</p> <ol> <li>STL运行库引用</li> <li>“armeabi”, “armeabi-v7a”, “x86”, “x86_64”, “arm64-v8a”等平台配置</li> <li>C++输出logcat配置</li> <li>一个编译异常解决</li> <li>异常捕获 <pre> <code class="language-cpp">// 生成so文件的名称 moduleName "joyrun" // 引入STL标准库 stl "stlport_static"//gnustl_static //用于解决__android_log_print ldLibs "log" abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a", "x86", "x86_64", "arm64-v8a" //添加编译的平台 //add -fexceptions to allow throw error //add -w to "format not a string literal and no format arguments [-Werror=format-security" cFlags "-w -fexceptions" </code></pre> </li> </ol> <p>LOGCAT输出</p> <pre> <code class="language-cpp">#include <android/log.h> #define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "tag_joyrun", __VA_ARGS__) #define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "tag_joyrun", __VA_ARGS__) LOGE("Hello Logcat"); </code></pre> <p>类型转换</p> <pre> <code class="language-cpp">// std::string -> jstring std::string str = "Hello World"; jstring result = env->NewStringUTF(str.c_str()); // jstring -> std::string jstring param; const char *param_char = env->GetStringUTFChars(param, NULL); std::string str = param_char; // jboolean 两个值 JNI_TRUE、JNI_FALSE </code></pre> <p>C++调用JAVA代码</p> <p>//Java</p> <pre> <code class="language-cpp">public static native void nativeToJava(NativeDemo nativeDemo); public int subtract(int param1, int param2) { Log.e("NativeDemo", String.format("%s - %s = %s", param1, param2, param1 - param2)); return param1 - param2; } </code></pre> <p>//C++</p> <pre> <code class="language-cpp">JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_taoweiji_nativemodule_NativeDemo_nativeToJava(JNIEnv * env, jclass, jobject obj) { // 调用Java方法 jclass cls = env->FindClass("cn/taoweiji/nativemodule/NativeDemo"); jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "subtract", "(II)I"); int result = (int) env->CallIntMethod(obj, mid, 10, 2); //常见类型转换例子 //String getInfo(); //-> ()Ljava/lang/String; //PackageInfo getPackageInfo(String packageName, int flags); //-> (Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;; } </code></pre> <p>一键生成从JAVA到C++接口代码脚本</p> <p>文件：autojavah.sh</p> <pre> <code class="language-cpp">#!/bin/sh export ProjectPath=$(cd "../$(dirname "$1")"; pwd) export TargetClassName="co.runner.app.jni.NativeDemo" export SourceFile="${ProjectPath}/app/src/main/java" export TargetPath="${ProjectPath}/jni-joyrun/src/main/jni" cd "${SourceFile}" javah -d ${TargetPath} -classpath "${SourceFile}" "${TargetClassName}" echo -d ${TargetPath} -classpath "${SourceFile}" "${TargetClassName}" </code></pre> <h2>五、C++面向对象及标准库入门</h2> <p>C++类定义</p> <pre> <code class="language-cpp">// Demo.hpp #ifndef Demo_hpp #define Demo_hpp #include <stdio.h> #include <string> class Demo{ public: std::string name; int age = 0; void say(); static int add(int param1,int param2) { return param1 + param2; } }; #endif /* Demo_hpp */ </code></pre> <p>类方法的实现</p> <pre> <code class="language-cpp">// Demo.cpp #include "Demo.hpp" #include <iostream> void Demo::say() { std::cout<<"name = "<<name<<",age = "<<age<<std::endl; } </code></pre> <p>对象创建及访问对象的成员</p> <pre> <code class="language-cpp">//对象创建 Demo d1; Demo * d2 = new Demo; // 运算符访问 d1.say(); // 指针访问 d2->say(); //静态函数访问 int result = Demo::add(1,2); std::cout<<"1 + 2 = "<<result<<std::endl; </code></pre> <p>LIST链表</p> <pre> <code class="language-cpp">//include相关文件 #include <stdio.h> #include <iostream> #include <list> #include "Demo.hpp" // 链表定义 std::list<Demo> * demos = new std::list<Demo>; Demo * demo = new Demo; demo->name = "Wiki"; demo->age = 24; // 在后面插入数据 demos->push_back(*demo); demo = new Demo; demo->name = "Wiki2"; demo->age = 25; // 在前面插入数据 demos->push_front(*demo); // 顺序链表遍历 for (std::list<Demo>::iterator iter = demos->begin(); iter != demos->end(); ++iter) { iter->say(); } // 反顺序链表遍历 for (std::list<Demo>::reverse_iterator iter = demos->rbegin(); iter != demos->rend(); ++iter) { iter->say(); } // 获取指定位置元素 std::list<Demo>::iterator iter = demos->begin(); advance(iter, 1); iter->say(); </code></pre> <p>指针、引用和值</p> <p>在C++中，函数可以用许多不同的方法传递参数，比如通过指针、引用或是直接传值。</p> <pre> <code class="language-cpp">// 通过指针 void handle1(Demo *p); // 通过引用 void handle1(Demo& p); // 通过值 void handle1(Demo *demo); </code></pre> <p>堆和栈的理解</p> <ul> <li>栈（stack）：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈；</li> <li>堆（heap）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。 <pre> <code class="language-cpp">Demo d1;//栈 Demo * d2 = new Demo;//堆 char c; //栈上分配 char *p = new char[3]; //堆上分配，将地址赋给了p; </code></pre> </li> </ul> <p>垃圾回收</p> <p>new和C++ delete运算符用于动态分配和撤销内存的运算符，自己new出来的对象就要通过delete释放内存。</p> <pre> <code class="language-cpp">delete demos; </code></pre> <p> </p> <p>来自：http://www.taoweiji.cn/2016/08/02/ndk/</p> <p> </p>