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C/C++在Java、Android和Objective-C三大平台下实现混合编程

2019年07月24日 | 移动技术网移动技术 | 我要评论

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。

一、为什么使用c/c++

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。
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。
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。
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。

二、开发工具介绍

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。

visual studio（pc）
xcode（mac）
android studio（多平台）
eclipse（多平台）

三、第一行代码

1. 如何在objective-c项目中使用c++；

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。

要点：string类型转换

// 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);

记得要include相关的文件

#include <stdio.h>
#include <iostream>

2.在普通的java项目中使用jni编程

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。

第一步：在xcode下创建一个普通的c++项目

第二步：关联javavm的framework

路径：

/system/library/frameworks/javavm.framework/frameworks/javanativefoundation.framework/

第三步：创建头文件，用于和java交互 cn_taoweiji_nativemodule_nativedemo.h

#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

第四步：创建实现 nativedemo.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;;

}

第五步：编译生成jni文件，按 ⌘+b (product -> build).

编译后文件

根据自己的电脑环境，查找编译后的文件，我的路径是

/users/wiki/library/developer/xcode/deriveddata/demo_mac_jni-clxymnzifegyfaajsaattzgxqfbr/build/products/debug/demo_mac_jni

第六步：编写jni接口

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;
 }
}

第七步：调用c++

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());
 }
}

3. 在android项目中使用ndk

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

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'])
}

编写jni接口

// nativedemo.java
package cn.taoweiji.nativemodule;
public class nativedemo {
 public static native int add(int param1, int param2);
}

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

// 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

// 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;
}

调用

// 静态加载
static {
 system.loadlibrary("joyrun");
}
//调用
int result = nativedemo.add(1,2);
log.i("1+2=",string.valueof(result));

四、ndk开发要点

编译文件分析

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。

运行库

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。

c++运行库	c++异常支持	c++rtti	c++标准库
系统库	no	no	no
gabi++	no	yes	no
stlport	no	yes	yes
gnu stl	yes	yes	yes

1.stlportstlport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。

2.gnu stlgnu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。

gradle配置

stl运行库引用
“armeabi”, “armeabi-v7a”, “x86”, “x86_64”, “arm64-v8a”等平台配置
c++输出logcat配置
一个编译异常解决
异常捕获

// 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"

logcat输出

#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");

类型转换

// 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

c++调用java代码

//java

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;
}

//c++

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;;
}

一键生成从java到c++接口代码脚本

文件：autojavah.sh

#!/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}"

五、c++面向对象及标准库入门

c++类定义

// 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 */

类方法的实现

// demo.cpp
#include "demo.hpp"
#include <iostream>
void demo::say()
{
 std::cout<<"name = "<<name<<",age = "<<age<<std::endl;
}

对象创建及访问对象的成员

//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;

list链表

//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();

指针、引用和值

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。

// 通过指针
void handle1(demo *p);
// 通过引用
void handle1(demo& p);
// 通过值
void handle1(demo *demo);

堆和栈的理解

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；

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。

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;

垃圾回收

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。

delete demos;

六、开发中常用的方法及注意事项（坑）

时间戳获取方法 long time = time(0);
注意so文件防盗用问题。
尽量避免调用与平台有关的方法，避免移植带来问题。
jni接口的包名不能带有下划线‘_'。

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