Android NDK深度解析：概念、功能与使用指南

Android NDK深度解析：概念、功能与使用指南

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/a8039974/article/details/143468644

Android NDK（原生开发工具包）是Android的一个重要开发工具集，它允许开发者使用C和C++等编程语言来编写Android应用程序或游戏的部分代码。本文将详细介绍NDK的基本概念、主要功能、安装配置、使用开发、工具库、与SDK的区别以及注意事项等内容。

一、NDK的基本概念

NDK提供了一系列工具和库，帮助开发者将C/C++代码编译为Android设备上的本地代码库（.so文件），并可以与Java或Kotlin代码进行互操作。这使得开发者能够在需要高性能或低级功能访问的应用部分使用C/C++，而在其他部分继续使用Java或Kotlin等高级语言。

NDK是Native Develop Kit的含义，从含义很容易理解，本地开发。一般而言，Android开发语言是Java。不过我们也知道，Android是基于Linux的，其核心库很多都是C/C++的，比如Webkit等。

那么NDK的作用，就是Google为了提供给开发者一个在Java中调用C/C++代码的一个工作。NDK本身其实就是一个交叉工作链，包含了Android上的一些库文件，然后，NDK为了方便使用，提供了一些脚本，使得更容易的编译C/C++代码。总之，在Android的SDK之外，有一个工具就是NDK，用于进行C/C++的开发。一般情况，是用NDK工具把C/C++编译为.so文件，然后在Java中调用。

也可以理解为：

二、NDK的主要功能

1. 性能优化：通过C/C++编写代码，开发者可以优化那些对性能要求极高的部分，如游戏引擎、物理计算、图像处理等。
2. 跨平台代码复用：NDK使得已有的C/C++代码可以较为容易地移植到Android平台上，从而节省开发时间和成本。
3. 访问低级功能：NDK提供了对Android系统底层API的访问，使得开发者可以实现一些Java层难以或无法实现的功能。
4. 与Java/Kotlin代码互操作：通过JNI（Java本地接口），NDK编译的本地代码可以与Java或Kotlin代码进行互操作，实现功能的模块化和代码复用。

三、NDK的安装与配置

1. 下载与安装：NDK可以通过Android Studio的SDK Manager进行下载和安装。在安装过程中，需要选择适合目标Android版本的NDK版本。
2. 环境配置：安装完成后，需要在Android Studio中配置NDK的路径和其他相关设置。这通常涉及到修改项目的构建脚本（如CMakeLists.txt或Android.mk）以及配置Android Studio的NDK支持。

四、NDK的使用与开发

1. 创建NDK项目：在Android Studio中，可以选择创建一个新的NDK项目，或者使用现有的Android项目并添加NDK支持。这通常涉及到添加CMake或ndk-build的构建脚本以及配置相关的构建选项。
2. 编写C/C++代码：在NDK项目中，可以编写C/C++代码并实现所需的功能。这些代码将被编译为本地代码库（.so文件），并在运行时被加载和执行。
3. 与Java/Kotlin代码互操作：通过JNI接口，C/C++代码可以与Java或Kotlin代码进行互操作。这包括传递数据、调用方法等。在编写JNI接口时，需要遵循JNI的命名规则和调用约定。
4. 构建与运行：在Android Studio中，可以使用CMake或ndk-build等工具来构建NDK项目。构建完成后，可以生成APK文件并在Android设备上运行。

五、NDK有哪些工具和库

NDK（原生开发工具包）为Android开发者提供了一系列工具和库，以便他们能够使用C和C++等本地编程语言来编写和优化应用程序。以下是NDK中主要工具和库的概述：

工具

1. 交叉编译器：NDK集成了交叉编译器，允许开发者在主机系统上编译针对目标Android设备的本地代码。这些编译器支持多种CPU架构，如ARM、x86等。
2. 构建系统：NDK提供了构建系统，用于编译和链接C/C++代码。这包括ndk-build（基于Makefile）和CMake等构建工具，使开发者能够轻松地将C/C++代码编译为Android设备上的本地代码库（.so文件）。
3. 调试器：NDK包含调试工具，如ndk-gdb（用于GNU调试器）和其他调试支持，使开发者能够在Android设备上调试本地代码。然而，请注意，随着Android Studio的发展，更现代的调试方法（如LLDB）可能更为常用。
4. 其他实用工具：NDK还提供了一些其他实用工具，如ndk-stack，用于解析本地代码崩溃时的堆栈信息。

库

1. C/C++标准库：NDK包含了C和C++的标准库（libc和libstdc++或libclang_rt.stdc++-等），这些库提供了基本的字符串处理、内存管理、数学运算等功能。
2. 数学库：NDK提供了数学库（libm），包含了各种数学运算函数，如对数、三角函数、指数函数等。
3. 压缩库：如libz，用于处理压缩和解压缩文件，支持多种压缩算法。
4. 图像处理库：NDK提供了图像处理库，如libjpeg和libpng，用于处理JPEG和PNG格式的图像文件，包括解码、编码和压缩等操作。
5. 日志库：NDK包含了Android日志库（如liblog），使开发者能够在本地代码中记录日志信息。
6. 其他系统库：NDK还包含了其他系统库，如POSIX线程库（提供多线程支持）、动态链接库（用于动态加载和卸载代码）、Android像素缓冲区库（用于图形处理）等。

此外，NDK还支持OpenGL ES 3D图形库、OpenSL ES原生音频库等多媒体库，以及OpenMAX AL等用于音频和视频处理的库。这些库为开发者提供了丰富的多媒体功能，使他们能够创建具有高质量图形和音频的应用程序。

总的来说，NDK的工具和库为开发者提供了强大的支持，使他们能够使用C/C++等本地编程语言来编写和优化Android应用程序。然而，使用NDK也需要一定的C/C++编程基础和对Android系统的深入了解。

六、Android-NDK与SDK区别

Android NDK（原生开发工具包）与SDK（软件开发工具包）在Android应用开发中各自扮演着不同的角色，具有独特的功能和优势。以下是两者的详细区别：

6.1、定义与用途

1. Android SDK

• 定义：Android SDK是由Google提供的一套开发工具，用于开发基于Android操作系统的应用程序。
• 用途：它包含了一系列开发工具和库，如Android Studio（一个集成开发环境）、模拟器、调试工具、文档和示例代码等。通过SDK，开发者可以访问Android系统的各种功能和服务，并创建功能丰富的Android应用程序。

2. Android NDK

• 定义：Android NDK是一个用于在Android平台上开发C和C++代码的工具集。
• 用途：它允许开发人员使用C和C++编写部分或全部代码，并将其编译为本机代码库（.so文件）。这些本地代码可以通过JNI（Java本地接口）在Java应用程序中调用。NDK的开发目标主要是提高Android应用程序的性能和响应速度。

6.2、开发语言与编译方式

1. Android SDK

• 开发语言：主要使用Java或Kotlin等高级编程语言进行开发。
• 编译方式：Java或Kotlin代码会被编译成Dalvik字节码或ART（Android Runtime）的DEX（Dalvik Executable）文件，在Android设备上通过Dalvik虚拟机或ART运行时环境执行。

2. Android NDK

• 开发语言：专注于C和C++等底层编程语言的支持。
• 编译方式：C/C++代码会被编译成针对特定CPU架构的本机代码库（.so文件），这些本机库包含了编写的C/C++代码的机器码，可以直接在Android设备上执行。

6.3、性能与优化

1. Android SDK

• 性能开销：由于Java或Kotlin代码在运行时需要通过虚拟机进行解释执行，因此可能会存在一定的性能开销。不过，随着Android运行时环境的优化和JIT（Just-In-Time）编译器的应用，这种性能开销正在逐渐减小。

2. Android NDK

• 性能提升：通过编写C/C++代码并编译为本机代码库，NDK可以显著提高Android应用程序的性能和响应速度。本机代码可以直接在硬件上执行，避免了虚拟机的解释和运行时开销。

6.4、内存管理

1. Android SDK

• 内存管理：Java或Kotlin语言具有自动内存管理机制，通过垃圾回收器来回收不再使用的内存。这种机制简化了内存管理的工作，但也可能导致内存泄漏和GC（Garbage Collection）暂停等问题。

2. Android NDK

• 内存管理：C/C++语言需要手动管理内存分配和释放。虽然这增加了开发复杂度，但也提供了更多的内存管理灵活性。开发者可以根据需要精确控制内存的使用和释放时机，从而减少内存泄漏和野指针等问题。

6.5、适用场景与优势

1. Android SDK

• 适用场景：适用于大多数Android应用程序的开发，无论是社交媒体应用、游戏、工具类应用还是商务应用，Android SDK都提供了相应的API和工具来支持开发。
• 优势：以其丰富的API和工具支持、以及简单易用的开发环境而广受开发者欢迎。

2. Android NDK

• 适用场景：更适用于对性能要求较高的场景，如图形渲染、音频处理、数据加密等任务。此外，NDK还允许开发人员直接访问Android系统的底层资源和硬件功能，实现更多复杂的功能和交互。
• 优势：以其高性能和底层控制能力在性能密集型任务和底层资源开发中发挥着重要作用。

综上所述，Android SDK与NDK在定义、开发语言与编译方式、性能与优化、内存管理以及适用场景与优势等方面都存在明显的区别。开发者在选择使用哪个工具时，应根据具体的应用场景和需求来权衡利弊。

七、NDK与JNI关系

NDK（原生开发工具包）与JNI（Java本地接口）在Android开发中密切相关，但它们各自承担着不同的角色。

7.1 JNI的作用与特点

JNI是Java的一部分，它定义了一套编程接口和规则，使得Java代码能够与用其他编程语言（如C、C++和汇编语言）编写的应用程序和库进行交互。JNI允许Java代码调用本地方法（native methods），这些本地方法是用C/C++等语言实现的。同样地，本地代码也可以调用Java方法，从而实现两者之间的数据交换和操作。JNI是Java虚拟机（JVM）提供的一种标准机制，不仅仅限于Android平台，也适用于其他Java环境。

7.2 NDK的作用与特点

NDK是一个专门用于Android应用开发的工具集，它提供了必要的工具链和库，帮助开发者快速开发C/C++的动态库（.so文件），并能自动将这些动态库与应用一起打包成APK。NDK集成了交叉编译器，并提供了相应的mk文件来隔离CPU、平台、ABI等差异。开发者只需要简单修改mk文件（指出哪些文件需要编译、编译特性要求等），就可以创建出适用于不同Android设备的.so文件。

7.3 NDK与JNI的关系

1. 桥梁作用：在Android应用中使用NDK开发的C/C++代码时，JNI充当了Java代码和本地代码之间的桥梁。通过JNI，Java层的应用代码可以调用本地层的C/C++代码，反之亦然。
2. 实现手段：NDK提供了实现JNI所需的工具和环境。开发者使用NDK编译C/C++代码，生成可以在Android应用中使用的本地库（.so文件）。这些本地库通过JNI接口与Java代码进行交互。
3. 优化性能：通过使用NDK和JNI，开发者可以在Android应用中有效地利用C/C++代码来提高性能。例如，可以将计算密集型任务或需要直接访问硬件的任务用C/C++实现，并通过JNI调用这些任务。
4. 复用代码库：NDK还允许开发者复用现有的C/C++代码库，而无需将其重写为Java代码。这可以大大节省开发时间和成本。

综上所述，NDK与JNI在Android开发中相辅相成，共同支持Java代码与本地代码之间的交互。开发者通过使用这两个工具集，可以开发出性能更高、功能更强大的Android应用。

八、NDK的注意事项

1. 兼容性：由于不同版本的Android设备可能支持不同的CPU架构和ABI（应用二进制接口），因此在使用NDK时需要确保生成的本地代码库与目标设备的兼容性。
2. 调试与测试：由于本地代码的执行环境与Java/Kotlin代码不同，因此在调试和测试NDK项目时需要使用专门的工具和方法。Android Studio提供了对NDK项目的调试支持，包括设置断点、查看变量值等。
3. 安全性：由于本地代码具有更高的权限和访问能力，因此在编写NDK代码时需要特别注意安全性问题。避免使用不安全的函数和操作，并确保对输入数据进行充分的验证和过滤。

总之，Android NDK是一个强大的工具集，它为开发者提供了更多的灵活性和性能优化选项。然而，使用NDK也需要更高的开发复杂度和更多的注意事项。因此，在决定使用NDK之前，开发者需要权衡其带来的好处与所需的开发成本。

本文原文来自CSDN