向您的项目添加 C 和 C++ 代码

搭配使用 Android Studio 2.2 或更高版本Android Plugin for Gradle 版本 2.2.0 或更高版本时,您可以将 C 和 C++ 代码编译到 Gradle 与 APK 一起打包的原生库中,将这类代码添加到您的应用中。您的 Java 代码随后可以通过 Java 原生接口 (JNI) 调用您的原生库中的函数。如果您想要详细了解如何使用 JNI 框架,请阅读 Android 的 JNI 提示

Android Studio 用于构建原生库的默认工具是 CMake。由于很多现有项目都使用构建工具包编译其原生代码,Android Studio 还支持 ndk-build。如果您想要将现有的 ndk-build 库导入到您的 Android Studio 项目中,请参阅介绍如何配置 Gradle 以关联到您的原生库的部分。不过,如果您在创建新的原生库,则应使用 CMake。

本页面介绍的信息可以帮助您使用所需构建工具设置 Android Studio、创建或配置项目以支持 Android 上的原生代码,以及构建和运行应用。

:如果您的现有项目使用已弃用的 ndkCompile 工具,则应先打开 build.properties 文件,并移除以下代码行,然后再将 Gradle 关联到您的原生库

// Remove this line
android.useDeprecatedNdk = true

实验性 Gradle 的用户注意事项:如果您是以下任意一种情况,请考虑迁移到插件版本 2.2.0 或更高版本并使用 CMake 或 ndk-build 构建原生库:您的原生项目已经使用 CMake 或者 ndk-build;但是您想要使用稳定版本的 Gradle 构建系统;或者您希望支持插件工具,例如 CCache。否则,您可以继续使用实验性版本的 Gradle 和 Android 插件

下载 NDK 和构建工具

要为您的应用编译和调试原生代码,您需要以下组件:

  • Android 原生开发工具包 (NDK):这套工具集允许您为 Android 使用 C 和 C++ 代码,并提供众多平台库,让您可以管理原生 Activity 和访问物理设备组件,例如传感器和触摸输入。
  • CMake:一款外部构建工具,可与 Gradle 搭配使用来构建原生库。如果您只计划使用 ndk-build,则不需要此组件。
  • LLDB:一种调试程序,Android Studio 使用它来调试原生代码

您可以使用 SDK 管理器安装这些组件:

  1. 在打开的项目中,从菜单栏选择 Tools > Android > SDK Manager
  2. 点击 SDK Tools 标签。
  3. 选中 LLDBCMakeNDK 旁的复选框,如图 1 所示。

    图 1. 从 SDK 管理器中安装 LLDB、CMake 和 NDK。

  4. 点击 Apply,然后在弹出式对话框中点击 OK
  5. 安装完成后,点击 Finish,然后点击 OK

创建支持 C/C++ 的新项目

创建支持原生代码的项目与创建任何其他 Android Studio 项目类似,不过前者还需要额外几个步骤:

  1. 在向导的 Configure your new project 部分,选中 Include C++ Support 复选框。
  2. 点击 Next
  3. 正常填写所有其他字段并完成向导接下来的几个部分。
  4. 在向导的 Customize C++ Support 部分,您可以使用下列选项自定义项目:
    • C++ Standard:使用下拉列表选择您希望使用哪种 C++ 标准。选择 Toolchain Default 会使用默认的 CMake 设置。
    • Exceptions Support:如果您希望启用对 C++ 异常处理的支持,请选中此复选框。如果启用此复选框,Android Studio 会将 -fexceptions 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中,Gradle 会将其传递到 CMake。
    • Runtime Type Information Support:如果您希望支持 RTTI,请选中此复选框。如果启用此复选框,Android Studio 会将 -frtti 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中,Gradle 会将其传递到 CMake。
  5. 点击 Finish

在 Android Studio 完成新项目的创建后,请从 IDE 左侧打开 Project 窗格并选择 Android 视图。如图 2 中所示,Android Studio 将添加 cppExternal Build Files 组:

    图 2. 您的原生源文件和外部构建脚本的 Android 视图组。

    :此视图无法反映磁盘上的实际文件层次结构,而是将相似文件分到一组中,简化项目导航。

  1. cpp 组中,您可以找到属于项目的所有原生源文件、标头和预构建库。对于新项目,Android Studio 会创建一个示例 C++ 源文件 native-lib.cpp,并将其置于应用模块的 src/main/cpp/ 目录中。本示例代码提供了一个简单的 C++ 函数 stringFromJNI(),此函数可以返回字符串“Hello from C++”。要了解如何向项目添加其他源文件,请参阅介绍如何创建新的原生源文件的部分。
  2. External Build Files 组中,您可以找到 CMake 或 ndk-build 的构建脚本。与 build.gradle 文件指示 Gradle 如何构建应用一样,CMake 和 ndk-build 需要一个构建脚本来了解如何构建您的原生库。对于新项目,Android Studio 会创建一个 CMake 构建脚本 CMakeLists.txt,并将其置于模块的根目录中。要详细了解此构建脚本的内容,请参阅介绍如何创建 Cmake 构建脚本的部分。

构建和运行示例应用

点击 Run 从菜单栏运行应用 后,Android Studio 将在您的 Android 设备或者模拟器上构建并启动一个显示文字“Hello from C++”的应用。下面的概览介绍了构建和运行示例应用时会发生的事件:

  1. Gradle 调用您的外部构建脚本 CMakeLists.txt
  2. CMake 按照构建脚本中的命令将 C++ 源文件 native-lib.cpp 编译到共享的对象库中,并命名为 libnative-lib.so,Gradle 随后会将其打包到 APK 中。
  3. 运行时,应用的 MainActivity 会使用 System.loadLibrary() 加载原生库。现在,应用可以使用库的原生函数 stringFromJNI()
  4. MainActivity.onCreate() 调用 stringFromJNI(),这将返回“Hello from C++”并使用这些文字更新 TextView

Instant Run 与使用原生代码的项目不兼容。Android Studio 会自动停用此功能。

如果您想要验证 Gradle 是否已将原生库打包到 APK 中,可以使用 APK 分析器

  1. 选择 Build > Analyze APK
  2. app/build/outputs/apk/ 目录中选择 APK 并点击 OK
  3. 如图 3 中所示,您会在 APK 分析器窗口的 lib/<ABI>/ 下看到 libnative-lib.so

    图 3. 使用 APK 分析器定位原生库。

提示:如果您想要试验使用原生代码的其他 Android 应用,请点击 File > New > Import Sample 并从 Ndk 列表中选择示例项目。

向现有项目添加 C/C++ 代码

如果您希望向现有项目添加原生代码,请执行以下步骤:

  1. 创建新的原生源文件并将其添加到您的 Android Studio 项目中。
    • 如果您已经拥有原生代码或想要导入预构建的原生库,则可以跳过此步骤。
  2. 创建 CMake 构建脚本,将您的原生源代码构建到库中。如果导入和关联预构建库或平台库,您也需要此构建脚本。
    • 如果您的现有原生库已经拥有 CMakeLists.txt 构建脚本或者使用 ndk-build 并包含 Android.mk 构建脚本,则可以跳过此步骤。
  3. 提供一个指向您的 CMake 或 ndk-build 脚本文件的路径,将 Gradle 关联到您的原生库。Gradle 使用构建脚本将源代码导入您的 Android Studio 项目并将原生库(SO 文件)打包到 APK 中。

配置完项目后,您可以使用 JNI 框架从 Java 代码中访问您的原生函数。要构建和运行应用,只需点击 Run 从菜单栏运行应用。Gradle 会以依赖项的形式添加您的外部原生构建流程,用于编译、构建原生库并将其随 APK 一起打包。

创建新的原生源文件

要在应用模块的主源代码集中创建一个包含新建原生源文件的 cpp/ 目录,请按以下步骤操作:

  1. 从 IDE 的左侧打开 Project 窗格并从下拉菜单中选择 Project 视图。
  2. 导航到 您的模块 > src,右键点击 main 目录,然后选择 New > Directory
  3. 为目录输入一个名称(例如 cpp)并点击 OK
  4. 右键点击您刚刚创建的目录,然后选择 New > C/C++ Source File
  5. 为您的源文件输入一个名称,例如 native-lib
  6. Type 下拉菜单中,为您的源文件选择文件扩展名,例如 .cpp
    • 点击 Edit File Types ,您可以向下拉菜单中添加其他文件类型,例如 .cxx.hxx。在弹出的 C/C++ 对话框中,从 Source ExtensionHeader Extension 下拉菜单中选择另一个文件扩展名,然后点击 OK
  7. 如果您还希望创建一个标头文件,请选中 Create an associated header 复选框。
  8. 点击 OK

创建 CMake 构建脚本

如果您的原生源文件还没有 CMake 构建脚本,则您需要自行创建一个并包含适当的 CMake 命令。CMake 构建脚本是一个纯文本文件,您必须将其命名为 CMakeLists.txt。本部分介绍了您应包含到构建脚本中的一些基本命令,用于在创建原生库时指示 CMake 应使用哪些源文件。

:如果您的项目使用 ndk-build,则不需要创建 CMake 构建脚本。提供一个指向您的 Android.mk 文件的路径,将 Gradle 关联到您的原生库

要创建一个可以用作 CMake 构建脚本的纯文本文件,请按以下步骤操作:

  1. 从 IDE 的左侧打开 Project 窗格并从下拉菜单中选择 Project 视图。
  2. 右键点击 您的模块 的根目录并选择 New > File

    :您可以在所需的任意位置创建构建脚本。不过,在配置构建脚本时,原生源文件和库的路径将与构建脚本的位置相关。

  3. 输入“CMakeLists.txt”作为文件名并点击 OK

现在,您可以添加 CMake 命令,对您的构建脚本进行配置。要指示 CMake 从原生源代码创建一个原生库,请将 cmake_minimum_required()add_library() 命令添加到您的构建脚本中:

# Sets the minimum version of CMake required to build your native library.
# This ensures that a certain set of CMake features is available to
# your build.

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# Specifies a library name, specifies whether the library is STATIC or
# SHARED, and provides relative paths to the source code. You can
# define multiple libraries by adding multiple add.library() commands,
# and CMake builds them for you. When you build your app, Gradle
# automatically packages shared libraries with your APK.

add_library( # Specifies 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 )

使用 add_library() 向您的 CMake 构建脚本添加源文件或库时,Android Studio 还会在您同步项目后在 Project 视图下显示关联的标头文件。不过,为了确保 CMake 可以在编译时定位您的标头文件,您需要将 include_directories() 命令添加到 CMake 构建脚本中并指定标头的路径:

add_library(...)

# Specifies a path to native header files.
include_directories(src/main/cpp/include/)

CMake 使用以下规范来为库文件命名:

lib库名称.so

例如,如果您在构建脚本中指定“native-lib”作为共享库的名称,CMake 将创建一个名称为 libnative-lib.so 的文件。不过,在 Java 代码中加载此库时,请使用您在 CMake 构建脚本中指定的名称:

static {
    System.loadLibrary(“native-lib”);
}

:如果您在 CMake 构建脚本中重命名或移除某个库,您需要先清理项目,Gradle 随后才会应用更改或者从 APK 中移除旧版本的库。要清理项目,请从菜单栏中选择 Build > Clean Project

Android Studio 会自动将源文件和标头添加到 Project 窗格的 cpp 组中。使用多个 add_library() 命令,您可以为 CMake 定义要从其他源文件构建的更多库。

添加 NDK API

Android NDK 提供了一套实用的原生 API 和库。通过将 NDK 库包含到项目的 CMakeLists.txt 脚本文件中,您可以使用这些 API 中的任意一种。

预构建的 NDK 库已经存在于 Android 平台上,因此,您无需再构建或将其打包到 APK 中。由于 NDK 库已经是 CMake 搜索路径的一部分,您甚至不需要在您的本地 NDK 安装中指定库的位置 - 只需要向 CMake 提供您希望使用的库的名称,并将其关联到您自己的原生库。

find_library() 命令添加到您的 CMake 构建脚本中以定位 NDK 库,并将其路径存储为一个变量。您可以使用此变量在构建脚本的其他部分引用 NDK 库。以下示例可以定位 Android 特定的日志支持库并将其路径存储在 log-lib 中:

find_library( # Defines the name of the path variable that stores the
              # location of the NDK library.
              log-lib

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

为了确保您的原生库可以在 log 库中调用函数,您需要使用 CMake 构建脚本中的 target_link_libraries() 命令关联库:

find_library(...)

# Links your native library against one or more other native libraries.
target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       native-lib

                       # Links the log library to the target library.
                       ${log-lib} )

NDK 还以源代码的形式包含一些库,您在构建和关联到您的原生库时需要使用这些代码。您可以使用 CMake 构建脚本中的 add_library() 命令,将源代码编译到原生库中。要提供本地 NDK 库的路径,您可以使用 ANDROID_NDK 路径变量,Android Studio 会自动为您定义此变量。

以下命令可以指示 CMake 构建 android_native_app_glue.c,后者会将 NativeActivity 生命周期事件和触摸输入置于静态库中并将静态库关联到 native-lib

add_library( app-glue
             STATIC
             ${ANDROID_NDK}/sources/android/native_app_glue/android_native_app_glue.c )

# You need to link static libraries against your shared native library.
target_link_libraries( native-lib app-glue ${log-lib} )

添加其他预构建库

添加预构建库与为 CMake 指定要构建的另一个原生库类似。不过,由于库已经预先构建,您需要使用 IMPORTED 标志告知 CMake 您只希望将库导入到项目中:

add_library( imported-lib
             SHARED
             IMPORTED )

然后,您需要使用 set_target_properties() 命令指定库的路径,如下所示。

某些库为特定的 CPU 架构(或应用二进制接口 (ABI))提供了单独的软件包,并将其组织到单独的目录中。此方法既有助于库充分利用特定的 CPU 架构,又能让您仅使用所需的库版本。要向 CMake 构建脚本中添加库的多个 ABI 版本,而不必为库的每个版本编写多个命令,您可以使用 ANDROID_ABI 路径变量。此变量使用 NDK 支持的一组默认 ABI,或者您手动配置 Gradle 而让其使用的一组经过筛选的 ABI。例如:

add_library(...)
set_target_properties( # Specifies the target library.
                       imported-lib

                       # Specifies the parameter you want to define.
                       PROPERTIES IMPORTED_LOCATION

                       # Provides the path to the library you want to import.
                       imported-lib/src/${ANDROID_ABI}/libimported-lib.so )

为了确保 CMake 可以在编译时定位您的标头文件,您需要使用 include_directories() 命令,并包含标头文件的路径:

include_directories( imported-lib/include/ )

:如果您希望打包一个并不是构建时依赖项的预构建库(例如在添加属于 imported-lib 依赖项的预构建库时),则不需要执行以下说明来关联库。

要将预构建库关联到您自己的原生库,请将其添加到 CMake 构建脚本的 target_link_libraries() 命令中:

target_link_libraries( native-lib imported-lib app-glue ${log-lib} )

在您构建应用时,Gradle 会自动将导入的库打包到 APK 中。您可以使用 APK 分析器验证 Gradle 将哪些库打包到您的 APK 中。如需了解有关 CMake 命令的详细信息,请参阅 CMake 文档

要将 Gradle 关联到您的原生库,您需要提供一个指向 CMake 或 ndk-build 脚本文件的路径。在您构建应用时,Gradle 会以依赖项的形式运行 CMake 或 ndk-build,并将共享的库打包到您的 APK 中。Gradle 还使用构建脚本来了解要将哪些文件添加到您的 Android Studio 项目中,以便您可以从 Project 窗口访问这些文件。如果您的原生源文件没有构建脚本,则需要先创建 CMake 构建脚本,然后再继续。

将 Gradle 关联到原生项目后,Android Studio 会更新 Project 窗格以在 cpp 组中显示您的源文件和原生库,在 External Build Files 组中显示您的外部构建脚本。

:更改 Gradle 配置时,请确保通过点击工具栏中的 Sync Project 应用更改。此外,如果在将 CMake 或 ndk-build 脚本文件关联到 Gradle 后再对其进行更改,您应当从菜单栏中选择 Build > Refresh Linked C++ Projects,将 Android Studio 与您的更改同步。

您可以使用 Android Studio UI 将 Gradle 关联到外部 CMake 或 ndk-build 项目:

  1. 从 IDE 左侧打开 Project 窗格并选择 Android 视图。
  2. 右键点击您想要关联到原生库的模块(例如 app 模块),并从菜单中选择 Link C++ Project with Gradle。您应看到一个如图 4 所示的对话框。
  3. 从下拉菜单中,选择 CMakendk-build
    1. 如果您选择 CMake,请使用 Project Path 旁的字段为您的外部 CMake 项目指定 CMakeLists.txt 脚本文件。
    2. 如果您选择 ndk-build,请使用 Project Path 旁的字段为您的外部 ndk-build 项目指定 Android.mk 脚本文件。如果 Application.mk 文件与您的 Android.mk 文件位于相同目录下,Android Studio 也会包含此文件。

    图 4. 使用 Android Studio 对话框关联外部 C++ 项目。

  4. 点击 OK

手动配置 Gradle

要手动配置 Gradle 以关联到您的原生库,您需要将 externalNativeBuild {} 块添加到模块级 build.gradle 文件中,并使用 cmake {}ndkBuild {} 对其进行配置:

android {
  ...
  defaultConfig {...}
  buildTypes {...}

  // Encapsulates your external native build configurations.
  externalNativeBuild {

    // Encapsulates your CMake build configurations.
    cmake {

      // Provides a relative path to your CMake build script.
      path "CMakeLists.txt"
    }
  }
}

:如果您想要将 Gradle 关联到现有 ndk-build 项目,请使用 ndkBuild {} 块而不是 cmake {},并提供 Android.mk 文件的相对路径。如果 Application.mk 文件与您的 Android.mk 文件位于相同目录下,Gradle 也会包含此文件。

指定可选配置

您可以在模块级 build.gradle 文件的 defaultConfig {} 块中配置另一个 externalNativeBuild {} 块,为 CMake 或 ndk-build 指定可选参数和标志。与 defaultConfig {} 块中的其他属性类似,您也可以在构建配置中为每个产品风味重写这些属性。

例如,如果您的 CMake 或 ndk-build 项目定义多个原生库,您可以使用 targets 属性仅为给定产品风味构建和打包这些库中的一部分。以下代码示例说明了您可以配置的部分属性:

android {
  ...
  defaultConfig {
    ...
    // This block is different from the one you use to link Gradle
    // to your CMake or ndk-build script.
    externalNativeBuild {

      // For ndk-build, instead use ndkBuild {}
      cmake {

        // Passes optional arguments to CMake.
        arguments "-DANDROID_ARM_NEON=TRUE", "-DANDROID_TOOLCHAIN=clang"

        // Sets optional flags for the C compiler.
        cFlags "-D_EXAMPLE_C_FLAG1", "-D_EXAMPLE_C_FLAG2"

        // Sets a flag to enable format macro constants for the C++ compiler.
        cppFlags "-D__STDC_FORMAT_MACROS"
      }
    }
  }

  buildTypes {...}

  productFlavors {
    ...
    demo {
      ...
      externalNativeBuild {
        cmake {
          ...
          // Specifies which native libraries to build and package for this
          // product flavor. If you don't configure this property, Gradle
          // builds and packages all shared object libraries that you define
          // in your CMake or ndk-build project.
          targets "native-lib-demo"
        }
      }
    }

    paid {
      ...
      externalNativeBuild {
        cmake {
          ...
          targets "native-lib-paid"
        }
      }
    }
  }

  // Use this block to link Gradle to your CMake or ndk-build script.
  externalNativeBuild {
    cmake {...}
    // or ndkBuild {...}
  }
}

要详细了解配置产品风味和构建变体,请参阅配置构建变体。如需了解您可以使用 arguments 属性为 CMake 配置的变量列表,请参阅使用 CMake 变量

指定 ABI

默认情况下,Gradle 会针对 NDK 支持的 ABI 将您的原生库构建到单独的 .so 文件中,并将其全部打包到您的 APK 中。如果您希望 Gradle 仅构建和打包原生库的特定 ABI 配置,您可以在模块级 build.gradle 文件中使用 ndk.abiFilters 标志指定这些配置,如下所示:

android {
  ...
  defaultConfig {
    ...
    externalNativeBuild {
      cmake {...}
      // or ndkBuild {...}
    }

    ndk {
      // Specifies the ABI configurations of your native
      // libraries Gradle should build and package with your APK.
      abiFilters 'x86', 'x86_64', 'armeabi', 'armeabi-v7a',
                   'arm64-v8a'
    }
  }
  buildTypes {...}
  externalNativeBuild {...}
}

在大多数情况下,您只需要在 ndk {} 块中指定 abiFilters(如上所示),因为它会指示 Gradle 构建和打包原生库的这些版本。不过,如果您希望控制 Gradle 应当构建的配置,并独立于您希望其打包到 APK 中的配置,请在 defaultConfig.externalNativeBuild.cmake {} 块(或 defaultConfig.externalNativeBuild.ndkBuild {} 块中)配置另一个 abiFilters 标志。Gradle 会构建这些 ABI 配置,不过仅会打包您在 defaultConfig.ndk{} 块中指定的配置。

为了进一步降低 APK 的大小,请考虑配置 ABI APK 拆分,而不是创建一个包含原生库所有版本的大型 APK,Gradle 会为您想要支持的每个 ABI 创建单独的 APK,并且仅打包每个 ABI 需要的文件。如果您配置 ABI 拆分,但没有像上面的代码示例一样指定 abiFilters 标志,Gradle 会构建原生库的所有受支持 ABI 版本,不过仅会打包您在 ABI 拆分配置中指定的版本。为了避免构建您不想要的原生库版本,请为 abiFilters 标志和 ABI 拆分配置提供相同的 ABI 列表。