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>