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

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++

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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

1. STL运行库引用
2. “armeabi”, “armeabi-v7a”, “x86”, “x86_64”, “arm64-v8a”等平台配置
3. C++输出logcat配置
4. 一个编译异常解决
5. 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‘_’。

相关源代码：

• Android： https://github.com/taoweiji/DEMO_NDK
• Objective-C： https://github.com/taoweiji/DEMO_CPP_OC
• MAC-JNI： https://github.com/taoweiji/DEMO_MAC_JNI