Android NDK 开发教程

什么是 Android NDK

Android NDK 全称 Native Development Kit，是 Android 官方提供的一个工具集，可用于加速使用 C/C++ 语言编写的应用程序的开发和性能优化。

使用 NDK 进行开发的主要优势在于：

1. 提高了应用程序的性能：使用原生 C/C++ 代码编写可以实现更快的执行速度，能够处理更多的并发请求。
2. 可以更好地利用现有代码库：Android NDK 可以使用现有的 C/C++ 库。
3. 避免了 Java 语言的一些限制：Java 语言在某些方面受到了限制，特别是在嵌入式设备上运行时。使用 C/C++ 可以获得更多的灵活性。

安装 Android NDK

1. 下载并安装 Android Studio：https://developer.android.com/studio
2. 打开 Android Studio，并选择要安装的 Android SDK 版本。
3. 在 SDK Manager 中选择“SDK Tools”选项卡，找到 NDK 下载并安装。

使用 Android NDK 开发

1. 配置项目

1. 在 Android Studio 中创建一个新的项目。
2. 配置 CMakeLists.txt 文件，将其放在项目根目录下。示例内容如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

add_library( # Sets the name of the library.
             native-lib

             # Sets the library as a shared library.
             SHARED

             # Provides a relative path to your source file(s).
             src/main/cpp/native-lib.cpp )

1. 在 app/build.gradle 文件中配置支持 CMake 文件。示例内容如下：

android {
  ...
  externalNativeBuild {
    cmake {
      path "CMakeLists.txt" //指定 CMakeLists.txt 的路径
    }
  }
}

2. 编写 C++ 代码

1. 在 src/main 下创建一个 cpp 目录，并添加一个名为 native-lib.cpp 的文件。示例代码如下：

#include <jni.h>
#include <string>

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_ndkdemo_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

1. 在 MainActivity.java 文件中添加以下代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // 加载带有 native-lib 的库
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 示例：调用一个返回字符串的 native 方法
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(stringFromJNI());
    }

    // 定义 native 方法
    public native String stringFromJNI();
}

3. Gradle 构建

1. 点击 Android Studio 右侧栏的 Gradle，然后展开 app -> Tasks -> android -> build 中的 build 双击执行。此时会对项目进行 Gradle 构建。
2. 在 MainActivity.java 文件中运行 stringFromJNI 方法，可以看到应用程序中显示“Hello from C++”。

示例说明

示例 1：使用 SQLite 数据库

1. 编写 SQLite C++ API（头文件 sqlite3.h 和源文件 sqlite3.cpp）。
2. 在 CMakeLists.txt 文件中添加以下内容：

add_library(
    sqlite3
    STATIC
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/sqlite3.h
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/sqlite3.cpp
)

1. 在 Android.mk 文件中添加以下内容：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := sqlite3
LOCAL_SRC_FILES := sqlite3.cpp
LOCAL_C_INCLUDES := $(LOCAL_PATH)
include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

1. 在 app/build.gradle 文件中添加 externalNativeBuild 的配置：

externalNativeBuild {
    cmake {
        path "CMakeLists.txt"
        // 增加以下内容
        arguments "-DANDROID_TOOLCHAIN=clang",
                  "-DANDROID_STL=gnustl_static",
                  "-DANDROID_PLATFORM=android-21"
    }
    // 增加以下内容
    ndk {
        abiFilters "armeabi-v7a", "x86"
    }
}

示例 2：使用 OpenCV 将图片转换为灰度图像

1. 下载并安装 OpenCV。
2. 在 CMakeLists.txt 文件中添加以下内容：

set(opencv_libs libopencv_highgui.a libopencv_core.a libopencv_imgproc.a libopencv_imgcodecs.a)

add_library(
    native-lib
    SHARED
    src/main/cpp/native-lib.cpp
    src/main/cpp/OpenCVUtils.cpp
)

...

target_link_libraries(
    native-lib
    opencv
    log
)

add_library(
    opencv
    SHARED
    IMPORTED
)

set_target_properties(
    opencv
    PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
    /path/to/opencv/libs/${ANDROID_ABI}/libopencv_java3.so
)

1. 在 native-lib.cpp 文件中添加以下内容：

void toGray(Mat& img, Mat& gray) {
    cvtColor(img, gray, CV_BGR2GRAY);
}

1. 在 OpenCVUtils.cpp 文件中添加以下内容：

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_ndkdemo_MainActivity_toGray(JNIEnv *env, jobject instance,
                                              jlong matAddrSrc, jlong matAddrDest) {
    // 转换两个 Mat 对象
    Mat &src = *(Mat *) matAddrSrc;
    Mat &dest = *(Mat *) matAddrDest;

    toGray(src, dest);
}

1. 在 MainActivity.java 文件中添加以下内容：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
        System.loadLibrary("opencv_java3");
    }

    private Mat srcMat;
    private Mat grayMat;
    private Bitmap grayBitmap;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 示例：将图片转换为灰度图像
        ImageView imageView = findViewById(R.id.imageView);
        Bitmap srcBitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
        imageView.setImageBitmap(srcBitmap);

        srcMat = new Mat();
        Utils.bitmapToMat(srcBitmap, srcMat);
        grayMat = new Mat();

        grayBitmap = Bitmap.createBitmap(srcBitmap.getWidth(), srcBitmap.getHeight(), Bitmap.Config.RGB_565);
        Utils.matToBitmap(grayMat, grayBitmap);

        toGray(srcMat.getNativeObjAddr(), grayMat.getNativeObjAddr());
        Utils.matToBitmap(grayMat, grayBitmap);
    }

    public native void toGray(long matAddrSrc, long matAddrDest);
}

结论

此教程详细讲解了 Android NDK 的安装和使用步骤，包含代码示例说明。使用 Android NDK 开发可以提高应用程序的性能，使用现有的 C/C++ 库，也可以获得更多的灵活性。通过深入了解 Android NDK，可以大大提高应用程序的性能。