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探索Android NDK：从初学者到专家

炫彩流沙 已关注
10月26日 发表在 Android NDK 阅读 19 评论 20 | 免费使用 “AI大模型GPT4.0” 提问

探索Android NDK（Native Development Kit）是一个让开发者能够在Android应用中使用本地代码（通常是用C/C++编写）的强大工具。从初学者到专家的学习旅程需要您逐步掌握以下几个关键步骤：

入门阶段

  1. 理解基本概念

    • 了解什么是NDK，以及为什么使用NDK可以提高应用性能。
    • 学习Java Native Interface (JNI)，它是Java代码与本地C/C++代码进行交互的桥梁。

  2. 设置开发环境

    • 安装Android Studio和NDK。
    • 配置NDK的开发环境，包括设置好CMake和或ndk-build工具。

  3. 编写简单的NDK应用

    • 创建一个基本的Android应用，并编写简单的Hello World程序，通过JNI调用本地代码。
    • 掌握如何在Java代码中加载本地库 (System.loadLibrary)，以及如何声明本地方法 (native 关键字)。

中级阶段

  1. 深入学习JNI

    • 理解数据类型的映射，从Java到C/C++和反向映射。
    • 学习如何处理字符串、数组和复杂对象的传递。

  2. 构建更复杂的项目

    • 集成C/C++库到Android应用中，比如使用OpenCV进行图像处理，或集成其他第三方库。
    • 学习如何使用CMake构建复杂的NDK项目。

  3. 性能优化

    • 学习常用的性能优化技巧，包括但不限于减少JNI调用频率、管理内存和使用优化编译器选项。
    • 使用Profiling工具分析和提升本地代码的执行效率。

高级阶段

  1. 掌握高级NDK功能

    • 学习通过NDK进行多线程编程，并了解相关的线程同步机制。
    • 调查并处理NDK中的常见问题，如内存泄漏、线程安全等。

  2. 调试和测试

    • 掌握使用NDK Debugging工具，比如GDB调试本地代码。
    • 设置自动化测试环境，使用工具（如Google Test和CTests）进行本地代码测试。

  3. 探索平台特定的优化

    • 针对不同的硬件架构（ARM、x86）进行优化。
    • 使用NEON指令集和其他平台特有的优化技术。

成为专家

  1. 参与开源社区

    • 通过贡献代码或提交问题（bug reports）参与到NDK开源项目或相关库的社区中。
    • 学习从其他专家的代码中吸收经验和最佳实践。

  2. 分享经验

    • 撰写技术博客，演讲或研讨会分享您在NDK开发中的经验和心得。
    • 构建并维护自己的开源项目，帮助他人解决常见问题或提供特定功能。

通过专注于以上各个阶段并持续实践，您将能够从NDK初学者成长为专家。在整个过程中，不断挑战自我，并勇于尝试新的技术和方法，是成为NDK专家的不二法门。

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20条评论
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这样
11月01日

了解JNI的核心概念是学习NDK的第一步。熟悉如何通过System.loadLibrary加载本地库将会大大方便后续开发。

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赤裸裸： @这样

了解JNI确实是掌握Android NDK的重要基础。对于刚起步的开发者来说，熟悉如何通过System.loadLibrary加载本地库是至关重要的一步。以下是一个简单的示例，展示如何在Android项目中使用NDK加载本地库：

public class MyActivity extends Activity {
    static {
        System.loadLibrary("mylibrary"); // 加载名为mylibrary的本地库
    }

    // 声明本地方法
    public native String stringFromJNI();

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

        // 调用本地方法
        String result = stringFromJNI();
        Log.d("MyActivity", "Result from JNI: " + result);
    }
}

在这个示例中，mylibrary是我们将要加载的本地库，而stringFromJNI是我们在JNI中实现的方法。建议在编写本地代码时，多查看官方文档和社区资源，以便更深入地理解JNI调用的细节和最佳实践。另外，访问 Android NDK官方文档 可以获取更多信息和示例。

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梦境破灭
11月08日

我觉得NDK最初看起来有些复杂，但通过简单的Hello World例子启动很重要，这让我对JNI有了初步的理解。

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韦圳： @梦境破灭

对于NDK的学习过程，非常同意通过简单的Hello World例子来入手。掌握JNI的基本概念确实是帮助理解NDK的关键一步。可以考虑从简单的C/C++代码入手，逐步扩展到更复杂的项目。

例如，你可以尝试以下的Hello World示例代码，了解如何将Java调用C代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    public native String stringFromJNI();

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(stringFromJNI());
    }
}

在C/C++代码中的实现：

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

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

以上示例展示了Java与C++之间的交互，建立了基本的桥梁。掌握这些基本内容后，可以逐步深入到更复杂的NDK特性，比如异步任务处理、音视频编解码等。

建议深入参考Android NDK开发文档，这样能够更系统地了解NDK的使用和各类接口的功能，有助于更全面地掌握这一技术。

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长相
11月11日

在处理JNI时，正确的类型映射至关重要，尤其是字符串和数组。可以参考这段代码：

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_app_MainActivity_stringFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from C!");
}
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浪漫的音符： @长相

在处理JNI时，类型映射的确很重要。除了基本的数据类型，字符数组的处理也值得关注。可以参考以下代码示例，展示如何将Java中的字符串数组传递给C语言：

JNIEXPORT jobjectArray JNICALL 
Java_com_example_app_MainActivity_getStringArrayFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    const char *array[] = {"Hello", "from", "C!"};
    jobjectArray result;
    jclass stringClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");

    result = (*env)->NewObjectArray(env, 3, stringClass, NULL);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        jstring str = (*env)->NewStringUTF(env, array[i]);
        (*env)->SetObjectArrayElement(env, result, i, str);
        (*env)->DeleteLocalRef(env, str);
    }
    return result;
}

这段代码展示了如何创建一个字符串数组对象，并将其返回给Java。这对复杂数据类型的处理尤其有帮助，能够更好地实现Java与C之间的交互。关于JNI的深入了解，可以参考 JNI Tutorial，提供了很多实用示例和详细的解释，可能对加深理解有帮助。

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伴红尘
3天前

使用CMake来构建项目相较于ndk-build更加灵活且现代化，建议大家尽早转向CMake，这样能避免很多兼容性的问题。

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怒默： @伴红尘

使用CMake的确是一个不错的选择，不仅能提供更好的可移植性，还能助力现代化的项目管理。为了更好地理解如何迁移到CMake，这里有一个简单的CMakeLists.txt示例，展示如何配置一个基本的NDK项目：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# 设置你的源文件
add_library(native-lib SHARED
            src/main/cpp/native-lib.cpp)

# 指定NDK库的位置
find_library(log-lib log)

# 链接库
target_link_libraries(native-lib ${log-lib})

可以将上述内容放在项目的根目录下的CMakeLists.txt文件中。通过这样的配置，CMake能够智能地处理不同平台的构建问题，大大提升了工作效率。

另外，关于如何有效利用CMake的官方文档，也是值得参考的好资源：CMake Documentation。使用CMake的优势在于，它可以处理多种编译器和平台，这在实际开发中尤其重要。希望这些建议能对项目构建有所帮助。

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人海茫茫
刚才

通过NDK进行图像处理时，我尝试集成OpenCV，发现NDK的效率提升了很多，特别是对计算密集型任务。

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日光倾城： @人海茫茫

在使用NDK结合OpenCV进行图像处理的确是一个很好的选择，尤其是在需要高效处理性能的场景下。对于计算密集型任务，NDK能够让开发者更接近底层，充分利用C/C++的性能优势。

例如，可以通过以下步骤使用NDK与OpenCV处理图像：

  1. 配置NDK项目和OpenCV库。
  2. 在C++代码中调用OpenCV函数进行处理。
#include <opencv2/opencv.hpp>

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_myapp_MainActivity_processImage(JNIEnv *env, jobject thiz, jlong matAddrInput) {
    cv::Mat &inputMat = *(cv::Mat *) matAddrInput;
    cv::Mat outputMat;

    // 进行一些图像处理操作，比如转为灰度
    cv::cvtColor(inputMat, outputMat, cv::COLOR_BGR2GRAY);

    // 将处理后的结果传回Java层
    // 你可以进一步通过Java方法处理outputMat
}

通过NDK，调用OpenCV的图像处理函数时能够显著减少延迟，这对实时应用尤为关键。可以考察一些相关论坛如Stack Overflow上的讨论或直接参考OpenCV的官方文档获取更多使用细节和优化策略。这样的实践可以帮助理解如何将NDK与OpenCV结合得更为高效，提升你的应用体验。

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白狸
刚才

在NDK开发中，每次JNI调用都会增加开销，因此我会尽量减少JNI的交互次数，提高性能，也可以考虑使用native关键字改写为本地方法。

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纸片人： @白狸

在NDK的应用中，确实减少JNI调用的次数非常关键，以提高性能。此外，使用native关键字标记本地方法的确是达到优化目的的好方法。实现高效的JNI调用可以考虑以下几个方面：

  1. 批量处理：将多个调用合并到一次JNI调用中，而不是单次调用。这不仅减少了交互次数，还能提升整体性能。例如，将多个数据点的处理放在一个本地方法中处理：

    public native void processBatch(int[] data);

    对应的C++实现可以如下：

    extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_myapp_NativeLib_processBatch(JNIEnv *env, jobject thiz, jintArray data) {
   jint *nativeData = env->GetIntArrayElements(data, nullptr);
   // 处理批量数据
   env->ReleaseIntArrayElements(data, nativeData, 0);
}

  2. 减少频繁的调用：如果能将逻辑移至本地层，进一步减少Java与C++之间的切换，这往往会有意想不到的好处。保持业务逻辑尽量集中在本地方法中，可以减少多余的JNI交互。

  3. 使用局部引用：在JNI中，使用JNI提供的局部引用时，要注意释放未使用的引用，以减少内存占用和避免JNI调用的开销。

对于更深入的JNI性能优化，可以参考 Google 的 NDK 官方文档 NDK Performance Tips 和一些最佳实践，能帮助开发者更好地管理JNI交互，提高应用性能。

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腐男
刚才

调试NDK非常有必要，GDB是我的首选工具，通过设置断点和观察变量，我能轻松排除问题。例如：

gdb app
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流萤： @腐男

调试NDK确实是开发中非常重要的一环，使用GDB可以帮助有效地解决复杂问题。在工作中，除了设置断点和观察变量，命令行参数的使用也同样重要。比如，通过在运行程序时传入不同的参数，可以测试各种情况：

gdb --args ./app --arg1 value1 --arg2 value2

此外，查看调用栈也是个不错的调试方式，可以帮助定位问题所在：

(gdb) bt

建议在使用GDB时，可以结合一些调试技巧，例如使用set print frame-arguments all命令，获取更详细的函数参数信息，提升调试的效率。

为了更深入地了解GDB的使用，从而掌握更多调试技巧，可以参考以下链接：GDB Documentation。

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风亦有情
刚才

参与NDK相关的开源项目确实能快速提升自己，把自己的代码贡献给社区是个既能帮助他人也能提升自己的学习方式。

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百毒： @风亦有情

参与NDK相关的开源项目不仅能提升技能，也是实践理论知识的绝佳途径。在贡献代码时，探讨解决方案和代码审查可以加深对NDK的理解。例如，使用CMake构建共享库，可以通过以下简单示例快速搭建一个NDK项目：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

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

find_library(log-lib log)

target_link_libraries(native-lib ${log-lib})

这种方式能够帮助开发者理解如何将C++代码与Java交互，比如在native-lib.cpp中实现一个简单的函数：

extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapp_MainActivity_stringFromJNI(JNIEnv* env, jobject /* this */) {
    return env->NewStringUTF("Hello from C++");
}

在GitHub等平台上参与这样的项目，可以接触到不同的编码风格和设计模式，对提升技术水平大有所助。参考 Android NDK开发者文档 中的示例，可以更深入地学习如何优化和调试NDK应用。

分享自己的代码，吸取他人经验，实际上是一个良性循环。这样的学习方式有助于建构更广泛的知识体系。

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威龙巡洋舰
刚才

我建议初学者多动手实践，在官方文档Android NDK上寻找代码示例，这能帮助理清思路。

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轻描淡写： @威龙巡洋舰

在学习Android NDK时，实践的确是非常重要的一环。除了参考官方文档中的示例代码，还可以尝试构建一个简单的C++函数，并通过JNI调用它。这种方法能够更深入理解NDK的工作原理。

例如，可以创建一个简单的C++文件 native-lib.cpp，实现一个加法函数：

#include <jni.h>

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_myapp_MainActivity_addNumbers(JNIEnv *env, jobject /* this */, jint a, jint b) {
    return a + b;
}

然后，在Java代码中通过JNI调用这个函数：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

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

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

        int result = addNumbers(5, 10);
        Log.d("NDK Example", "Result of addNumbers: " + result);
    }
}

通过这种方式，不仅能够理解基本的NDK用法，还能帮助掌握JNI与Java的交互。此外，建议访问 NDK Samples 的 GitHub 页面，进一步探索更多示例项目，丰富学习的深度和广度。

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邪魅
刚才

对不同硬件架构进行优化是个高级话题，但这一过程中的NEON指令集的使用大幅提升了我的应用性能，值得深入研究。

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颜如： @邪魅

在谈到通过优化不同硬件架构来提升应用性能时，NEON指令集的确是一个不可忽视的工具。使用NEON可以充分利用ARM处理器的并行处理能力，从而加速数据处理任务，特别是在图像处理和信号处理方面。

例如，可以通过以下简单示例来使用NEON指令集处理图像的亮度调整：

#include <arm_neon.h>

void adjust_brightness(uint8_t* image, int width, int height, int adjustment) {
    int size = width * height;
    for (int i = 0; i < size; i += 8) {
        uint8x8_t pixel_data = vld1_u8(&image[i]);
        uint8x8_t brightness_adjust = vdup_n_u8(adjustment);
        uint8x8_t result = vadd_u8(pixel_data, brightness_adjust);
        vst1_u8(&image[i], result);
    }
}

在这个例子中，vld1_u8用于加载8个像素值，vdup_n_u8用于创建一个包含亮度调整值的向量，并通过vadd_u8来实现并行加法，这样可以显著提高效率。

深入研究NEON不仅能够提升应用的性能，还有助于扩大对底层硬件的理解。对于想要进一步探索的开发者，可以参考ARM的官方文档，掌握更多关于NEON的使用技巧与最佳实践：ARM NEON Documentation.

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