【新手入门】Android基础知识（三）：JNI（Java Native Interface）

JNI的主要目的是在Java虚拟机（JVM）中嵌入本地代码。通过JNI，可以在Java代码中声明本地方法，在本地方法实现中编写底层的本地代码。这样，Java代码可以直接调用本地方法，而本地方法中的本地代码可以与操作系统和硬件交互，执行一些Java无法直接完成的任务，例如访问系统资源、调用特定的库函数等。

一、核心要素

1. Native 方法声明

JAVA代码中声明native方法，在 C/C++ 代码中进行方法实现。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private String name = "Chesnut";
    
    // 声明native方法
    public native void changeName();
    public static native void changeAge();
}

注意事项：

访问权限修饰符：native方法可以被public、protected、private修饰，其访问规则与普通 Java 方法一致。
静态与实例方法：支持声明静态native方法，格式为public static native String getVersion()，调用时无需实例化对象，通过类名.方法名() 即可调用。
参数与返回值：可以包含任意 Java 数据类型的参数和返回值（基本类型、引用类型均可），但需遵循 JNI 数据类型映射规则。
方法名避免特殊字符：native方法名若包含下划线 “_”，生成的 JNI 函数名需通过转义处理（如native void a_b()对应 JNI 函数Java_xxx_a_1b），建议命名时尽量使用驼峰式。

2. JNI函数命名规则

JNI 函数的命名有特定的规则，以便 Java 虚拟机能够正确识别和关联对应的native方法。其基本格式为：Java_<包名>_<类名>_<方法名>，其中包名中的 “.” 需要替换为 “_”。

Java_com_example_jnidemo_MainActivity_changeName(
        JNIEnv * env,   // jni桥梁
        jobject thiz) { }

包名转义：若包名包含下划线（如com.example.my_jni），需在 JNI 函数名中用 “_1” 代替下划线。
内部类处理：若native方法属于内部类，类名需用 “ ”连接外部类与内部类。
函数修饰符：JNI 函数必须添加JNIEXPORT和JNICALL宏（定义在jni.h中），确保函数能被 Java 虚拟机识别和调用。

3. JNIEnv

JNIEnv是 JNI 接口指针，它是一个指向函数表的指针，包含了大量的 JNI 函数，用于在 C/C++ 代码中操作 Java 对象、调用 Java 方法等。在 JNI 函数中，第一个参数通常是JNIEnv*。

字符串处理：NewStringUTF、GetStringUTFChars、ReleaseStringUTFChars
类操作：FindClass、GetObjectClass
字段操作：GetFieldID、GetIntField、SetIntField
方法操作：GetMethodID、CallIntMethod

extern "C"  // 下面代码采用C的编译方法
JNIEXPORT   //JNIEXPORT JNI重要关键字，不能少
void JNICALL // JNICALL关键字，用于约束函数入栈顺序和堆栈内存清理的规则
// Java 包名 com_xxx_1xxx 类名 方法名
// jobject: MainActivity this 实例调用
// jclss：MainActivity class 类调用
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_changeName(
        JNIEnv * env,   // jni桥梁
        jobject thiz) { 
//  C语言中的JNIEnv * env是二级指针
// (*env)->DeleteLocalRef(NULL);
// C++中的JNIEnv * env是一级指针
    env->DeleteLocalRef(NULL);
}

注意事项：

C 与 C++ 语法差异：C 语言中需显式解引用函数表，如(*env)->NewStringUTF(env, "test")；C++ 中env被封装为类指针，可直接调用env->NewStringUTF("test")。
避免野指针：JNIEnv的生命周期与当前线程绑定，线程结束后env指针失效，继续使用会导致内存访问错误。
检查函数返回值：部分 JNI 函数在失败时返回NULL（如FindClass找不到类时），需添加判空逻辑避免崩溃。

4.jobject 类型

jobject代表 Java 对象在 JNI 中的引用。在实例方法的 JNI 函数中，第二个参数是jobject类型，它指向调用该方法的 Java 对象本身。而在静态方法的 JNI 函数中，第二个参数是jclass类型，指向该静态方法所属的类。jobject可强制转换为更具体的引用类型（如jstring、jarray），但需确保类型匹配，否则会导致运行时错误。

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_changeAge(JNIEnv *env, jclass clazz) {
    // TODO: implement changeAge()

    // 静态函数不存在this
    // jfieldID GetStaticFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
    jfieldID ageFid = env->GetStaticFieldID(clazz, "age", "I");

    //    jint value = 29;
    //  void SetIntField(jobject obj, jfieldID fieldID, jint value)
    env->SetStaticIntField(clazz,ageFid, env->GetStaticIntField(clazz, ageFid) + 1);

//    int result = env->GetStaticIntField(clazz, ageFid);
//
//    LOGD("result:%i\n", result);
}

二、数据类型映射

Java 和 C/C++ 的数据类型存在差异，在 JNI 中需要进行相应的映射，以确保数据能够正确传递。

1. 基本数据类型映射

Java 类型	JNI 类型	C/C++ 类型
boolean	jboolean	unsigned char
byte	jbyte	signed char
char	jchar	unsigned short
short	jshort	short
int	int	int
long	jlong	long long
float	jfloat	float
double	jdouble	double

2.引用类型映射

Java 的引用类型（如类、对象、数组等）在 JNI 中也有对应的类型：

jobject：对应 Java 中的 Object 类型。
jclass：对应 Java 中的 Class 类型。
jstring：对应 Java 中的 String 类型。
jarray：对应 Java 中的数组类型，此外还有jintArray、jbyteArray等具体数组类型。

三、函数签名

在 JNI 编程中，函数签名是 Java 与 C/C++ 代码交互的 “暗号”，用于唯一标识方法的参数类型和返回值类型。当从 C/C++ 调用 Java 方法时（如通过GetMethodID获取方法 ID），必须提供正确的函数签名。

签名规则：

基础类型：如int对应I，long对应J
引用类型：以L开头，以;结尾，中间为完整类路径，如String对应Ljava/lang/String;
数组类型：在类型前加[，如int[]对应[I，二维数组long[][]对应[[J
函数签名的格式为：(参数类型列表)返回值类型

基本类型和引用类型的表示规则如下：

Java 类型	签名表示	示例
boolean	Z
byte	B
char	C
short	S
int	I
long	J
float	F
double	D
void	V
引用类型（类）	L 全类名;	String → Ljava/lang/String;
数组类型	[元素类型;	int[] → [I；String[] → [Ljava/lang/String;

四、开发流程

设置开发环境：在 Android Studio 中安装 Android NDK，并配置好相关开发环境。
创建或导入项目：在 Android Studio 中创建一个新的 Android Native 项目，或者将现有的 C/C++ 代码导入到一个新的Android项目中。
编写 C/C++ 代码：在项目中编写 C/C++ 代码，实现你的功能和逻辑。
配置构建脚本：使用 CMake 配置构建脚本，指定 C/C++ 代码的编译选项和依赖库

// app/build.gradle
externalNativeBuild {
    cmake {        //  CMake 构建系统
        path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')  // 指定 CMakeLists.txt 文件, 该文件定义了如何构建项目中的 C++ 代码
        version '3.22.1'
    }
}