Android开发学习之路--在Android应用中愉快地写C/C++代码

Posted 2022-12-09 东月之神

1 前言

一直想在android层面写c进程，然后java可以与c进程交互，以前在android源码中想玩就可以直接在init.rc中加上交叉编译好的c进程就可以了，而在ide中，也就是ndk编译后各种权限问题就有点不得而知了。花了几天时间研究实践，也终于实现了。再者这个也可以为后期做进程间通信和守护进程做准备。进程间通过一个中转daemon来处理分发，各个进程交互的接口也可以通过jni暴露给java层，而内部实现在c中也可以防止反编译，安全性上也有一定的保障。说了这么多，还是开始吧。

2 CMake JNI开发

Android studio逐渐用CMake来开发JNI层的c代码，也就是生成动态库so文件，不管是调试还是补全都是非常不错的。那就先来写一个jni吧，在新建工程的时候，有个选项（ Include C++ support）勾选上就会生成对应的jni的支持，

2.1 build.gradle中加了如下的配置:

cppFlags支持c++11

externalNativeBuild 
            cmake 
                cppFlags "-std=c++11"
            
        

2.2 编译的配置文件CMakeLists.txt

 externalNativeBuild 
        cmake 
            path "CMakeLists.txt"
        
    

看下CMakeLists.txt文件，之前有一篇关于Android Studio cmake编译ffmpeg的文章也做了讲解。

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# Creates and names a library, sets it as either STATIC
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
# You can define multiple libraries, and CMake builds them for you.
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.

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
             )

# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.

find_library( # Sets the name of the path variable.
              log-lib

              # Specifies the name of the NDK library that
              # you want CMake to locate.
              log )

# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.

target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       native-lib

                       # Links the target library to the log library
                       # included in the NDK.
                       $log-lib )

其实看下也能理解，native-lib是库的名字，log 是打印需要依赖的android中的动态so库，src/main/cpp/native-lib.cpp是对应的源代码。

2.3 熟悉JNI代码

从CMakeLists.txt中我们可以看到代码路径在src/main/cpp文件夹下，看下代码如下：

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

extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) 
    std::string hello = "Hello from C++";

    return env->NewStringUTF(hello.c_str());

比较简单，返回一个Hello from C++的字符串，我们再来看下java层怎么调用的。

调用其实很简单，首先是一个native的接口：

public native String stringFromJNI();

一个静态的加载so库的系统方法：

static 
        System.loadLibrary("native-lib");
    

到这里，只要通过stringFromJNI()这个接口就可以调用c++层的代码获取对应的字符串了。是不是很简单，那就继续尝试下自己加一个方法吧。这里我们使用c++来开发吧。

2.4 动手写JNI代码

首先在java层定义下我们需要的接口:

public native int sumFromJNI(int a, int b);

然后通过”Show Intention Actions”快捷键来create对应的jni的方法

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_sumFromJNI(JNIEnv *env, jobject instance, jint a, jint b) 

    // TODO

然后我们就可以在这里返回 a + b的值就可以了。这里我们会新建一个c++文件，那样涉及的东西多点。cpp目录下新建Hello.cpp文件和Hello.h文件：

#ifndef JNIDAEMON_HELLO_H
#define JNIDAEMON_HELLO_H

#include <string>
using namespace std;

class Hello 
public:
   Hello();

   string getHello();
   int sum(int a, int b);
;

#endif //JNIDAEMON_HELLO_H

新建一个Hello类，包含getHello方法和sum方法

#include <string>
#include "hello.h"

using namespace std;

Hello::Hello() 

string Hello::getHello() 
    return "Hello eastmoon1117";


int Hello::sum(int a, int b) 
    return a + b;

实现Hello类的方法，比较简单。再看下native-lib.cpp:

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_sumFromJNI(JNIEnv *env, jobject instance, jint a, jint b) 

    Hello *hello= new Hello();
    return hello->sum(a, b);

这里返回了hello的sum方法。
都准备好了，那就把.cpp加入到CMake编译中吧

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
             src/main/cpp/hello.cpp
             )

然后我们再activity中调用
Log.d(“MainActivity”, sumFromJNI(2, 6))；就可以打印出8了。

3 NDK生成c可执行文件并执行

因为是c进程，可以说和主工程没有啥依赖，那就新建一个module来完成，这里新建Daemon模块。本来想着用cmake的，但是不知道怎么玩，就放弃了，直接用ndk编译吧还是。在新的Daemon模块中新建jni目录，在jni中新建daemon目录。

3.1 Makefile

首先在jni目录下建立两个文件，Android.mk和Application.mk
先看下Android.mk文件:

include $(call all-subdir-makefiles)

意思就是包含素有子目录的makefile也就是所有子目录的Android.mk

再看下Application.mk文件:

APP_ABI := all
APP_PLATFORM := android-18

APP_ABI是cpu相关的，比如arm的，mips的，x86的，这里就编译所有就好了。
APP_PLATFORM 是平台相关的

现在回到daemon文件，我们需要的东东，新建Android.mk，daemon.c和log.h文件。
先看下Android.mk文件：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := daemon
LOCAL_SRC_FILES := daemon.c

LOCAL_C_INCLUDES += \\
    $(LOCAL_PATH) \\

LOCAL_LDLIBS := -lm -llog

include $(BUILD_EXECUTABLE)

编译生成的文件名为daemon，源码是daemon.c，依赖m和log库，BUILD_EXECUTABLE表示生成可执行文件。

3.2 源码

再看下log.h文件:

#include <jni.h>
#include <android/log.h>

#define TAG     "Native"

#define LOG_I(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_D(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_W(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_E(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, __VA_ARGS__)

#define LOGI(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGD(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGW(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGE(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, tag, __VA_ARGS__)

这个就是对log的一个封装。

最后看下daemon.c文件：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>

#include "log.h"

#define LOG_TAG         "Daemon"

/* signal term handler */
static void sigterm_handler(int signo) 
    LOGD(LOG_TAG, "handle signal: %d ", signo);


int main(int argc, char *argv[]) 

    LOGI(LOG_TAG, "Copyright (c) 2018, eastmoon<[e-mail]>");

    LOGI(LOG_TAG, "=========== daemon start =======");

    /* add signal */
    signal(SIGTERM, sigterm_handler);

    while (1) 
        LOGI(LOG_TAG, "=========== daemon running ======");
        sleep(3);
    

主进程就是睡眠3s打印一条log。

3.3 build.gradle配置

建立一个ndk编译的task

task ndkBuild(type: Exec) 
    //def ndkDir = project.plugins.findPlugin('com.android.library').sdkHandler.getNdkFolder()
    def ndkDir = project.android.ndkDirectory
    commandLine "$ndkDir/ndk-build.cmd", '-C', 'src/main/jni',
            "NDK_OUT=$buildDir/ndk/obj",
            "NDK_APP_DST_DIR=$buildDir/ndk/libs/\\$(TARGET_ARCH_ABI)"

因为最后需要把对应的c进程拷贝到asset中，所以需要加上

 sourceSets 
        main 
            jni.srcDirs = []
            assets.srcDirs = ['src/main/assets']
        
    

然后新建一个copyExeFile任务:

task copyExeFile(type: Copy) 
    from fileTree(dir: file(buildDir.absolutePath + '/ndk/libs'), include: '**/*')
    into file('src/main/assets/')

再右上角找到Daemon–>Tasks–>other–>ndkBuild执行就可以编译出对应的c可执行文件
然后右上角找到Daemon–>Tasks–>other–>copyExeFile执行把需要的c可执行文件拷贝到对应的assets文件夹下。

3.4 执行java层执行c进程

准备好了c可执行文件后，下一步就是执行这个进程。由于android的权限问题，对应的app会安装到/data文件夹下，而/data文件夹又需要root后才能进去，一般手机是没有root掉的，所以我们就通过读取assets中的c文件，写到/data文件夹的对应的包中，然后再执行该文件，那么不需要root的情况下就可以运行我们的c进程了。

3.4.1 CommandForNative

在java层新建CommandForNative类：代码有点多，这里不贴了，可以参考github的代码。简要介绍下：
installBinary方法，就是根据cpu型号找到对应的c文件，从assets中拷贝到指定的目录下，然后设置权限成为可执行权限。
restartBinary方法:先杀死已有的进程，然后再起这个进程。

3.4.2 Daemon

然后看下Daemon类：

    private static final String BIN_DIR_NAME = "bin";
    private static final String BINARY_NAME = "daemon";

    /**
     * 执行可执行文件
     * @param context
     * @param args 可执行文件的参数
     */
    public static void run(final Context context, final String args) 
        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                CommandForNative.installBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME);
                //CommandForNative.execBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME, args);
                CommandForNative.restartBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME, args);
            
        ).start();
    

这里daemon就是对应的可执行文件名字，bin是需要新建的/data/data文件夹下的对应app文件夹的目录，也即是daemon文件的安装目录。

3.5 执行效果

看下效果，执行

adb shell

执行看下进程

shell@jflte:/ $ ps | grep jared
ps | grep jared
u0_a620   14648 317   1597528 41920 ffffffff 00000000 S com.jared.jnidaemon
u0_a620   14695 14648 3108   412   ffffffff 00000000 S /data/data/com.jared.jnidaemon/app_bin/daemon

看下打印的log信息：

shell@jflte:/ $ logcat -s Daemon
logcat -s Daemon
--------- beginning of system
--------- beginning of main
I/Daemon  (14695): Copyright (c) 2018, eastmoon<[e-mail]>
I/Daemon  (14695): =========== daemon start =======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======

就是我们所需要的。当然这个只是简单地例子，后续我们就可以基于这个愉快地写c/c++代码。

github代码：https://github.com/eastmoon1117/StudyTestCase/tree/master/JNIDaemon