前言

眾所周知，Android 的 SDK 基於 Java 實現，這意味著基於 Android SDK 進行開發的第三方應用都必須使用 Java 語言。但這並不等同於「第三方應用只能使用 Java 」。在 Android SDK 首次釋出時，Google 就宣稱其虛擬機器器 Dalvik 支援 JNI 程式設計方式，也就是第三方應用完全可以通過 JNI 呼叫自己的 C 動態庫，即在 Android 平臺上，「 Java+C 」的程式設計方式是一直都可以實現的。於是 NDK 就應運而生了，2009年6月26日，Google Android釋出了NDK，下載連結。

1 NDK 的基本概念

1.1 NDK 的定義

NDK 即 Native Development Kit，是 Android 中的一個開發工具包，使您能夠在 Android 應用中使用 C 和 C++ 程式碼，並提供眾多平臺庫，您可使用這些平臺庫管理原生 Activity 和存取物理裝置元件，例如感測器和觸控輸入。NDK是我們實現 Java 與 Native 進行互動的一種方式。

1.2 NDK 的作用

可以快速開發 C、 C++ 的動態庫，並自動將 so 和應用一起打包成 APK。即可通過 NDK使 Java與 Native 程式碼（如 C、C++）互動。

1.3 NDK 的優點

（1）允許程式開發人員直接使用 C/C++ 原始碼，極大的提高了 Android 應用程式開發的靈活性。
（2）跨平臺應用移植、使用第三方庫。如：許多第三方庫只有 C/C++ 語言的版本，而 Android 應用程式需要使用現有的第三方庫，如 FFmpeg、OpenCV 等，則必須使用 NDK。
（3）採用C++程式碼來處理效能要求高的操作，提高了Android APP的效能。
（4）安全性高。因為 apk 的 Java 層程式碼很容易被反編譯，而 C/C++庫反組合難度較大。

1.4 NDK 與 SDK 的關係

在 Android 開發中，最常用的是 SDK，那麼 SDK 與 NDK 的關係是什麼呢？

在 SDK 中，我們使用 Java 來進行開發，而在 NDK 中，我們使用 C++來進行開發。
SDK 支援了 Android 開發中的大部分操作，如 UI 展示，使用者與手機的互動等，主要是支援了 Android APP 開發的基礎功能。NDK 支援了一些複雜的，比較高階的操作，如音視訊的解析，大量資料的運算，提高 Android 遊戲的執行速度等，主要是 Android APP 的一些高階功能。

所以： NDK 與 SDK 是並列關係，NDK 是 SDK 的有效補充。

在這裡插入圖片描述

2 NDK 的組成部分

2.1 JNI

2.1.1 JNI 的定義

JNI 即 Java Native Interface，是一種程式設計框架，使得 Java 虛擬機器器中的 Java 程式可以呼叫本地應用或庫，也可以被其他程式呼叫。本地程式一般是用其它語言（C、C++ 或組合語言等）編寫的，並且被編譯為基於本機硬體和作業系統的程式。當然，JNI 並非 Android 中提出的概念，而是在 Java 中本來提供的。
上文中，NDK 也是支援 Java 程式碼與 Native 程式碼的互動，那他們之間有什麼區別呢？
實際上，JNI 是一個程式設計框架，是一個抽象的東西，NDK 是一個工具包。
所以：NDK 是在Android中實現 JNI 的一種方式。

2.1.2 JNI 的優點

有些事情 Java 無法處理時，JNI 允許程式設計師用其他程式語言來解決，例如，Java 標準庫不支援的平臺相關功能或者程式庫。也用於改造已存在的用其它語言寫的程式，供 Java 程式呼叫。

2.1.3 使用 JNI 的步驟

（1）使用 native 關鍵字定義Java方法（即需要呼叫的 native 方法）
（2）使用 javac 編譯上述 Java 原始檔（即 .java 檔案）最終得到 .class檔案
（3）通過 javah 命令編譯 .class 檔案,最終匯出 JNI 的標頭檔案（.h檔案）
（4）使用 C/C++實現在 Java 中宣告的 native 方法
（5）編譯 .so 庫檔案
（6）通過 Java 程式碼載入動態庫，然後呼叫 native 方法

實際上2、3、4、5步驟的目的就是生成 .so 檔案。
所以上面的步驟可以歸納為三步：
（1）宣告 native 方法
（2）實現 native 方法，生成 .so 檔案
（3）載入 .so 檔案，呼叫 native 方法

2.2 .so 和 .a 檔案

上面我們已經說到，JNI 支援了Java程式碼和Native程式碼的互相呼叫。
但是 JNI 是直接呼叫 Java 程式碼和 Native 程式碼嗎？實際上，JNI 是呼叫 Java 程式碼和 Native 程式碼編譯後的 .so 和 .a 檔案來實現了 Java 程式碼和 Native 程式碼的互動。
那麼 .so 和 .a 檔案是什麼呢？下面列出了 .so 和 .a 檔案的一些定義：

動態連結庫 (.so 字尾)：執行時才動態載入這個庫。動態連結庫，也叫共用庫，因為在 NDK 中用 shared 來表示是動態庫。
靜態連結庫 ( .a 字尾)：在編譯的時候, 就把靜態庫打包進 APK 中。
- 缺點 : 使用靜態庫編譯, 編譯的時間比較長，同時也使得APK比較大。
- 優點 : 只匯出一個庫, 可以隱藏自己呼叫的庫。
.so 和 .a 本質上都是二進位制檔案。
每個 CPU 系統只能使用相對應的二進位制檔案，即他們不像 jar 包一樣，所有的 CPU 系統都可以使用一個jar包，.so 和 .a 每個系統必須使用自己的，不能使用別的，如 armeabi的 .so 檔案，不能被應用到x86中。

2.3 ABI

ABI 即 Application Binary Interface。我們上面說了，每個CPU系統只能使用相對應的二進位制檔案，不同的 Android 裝置使用不同的 CPU，而不同的 CPU 支援不同的指令集。CPU 與指令集的每種組合都有專屬的應用二進位制介面 (ABI)。簡而言之：ABI 定義了二進位制檔案是怎麼執行在對應的 CPU 中的。

那麼，有哪些 CPU 架構呢？

Android 平臺，其支援的裝置型號繁多，單單就裝置的核心 CPU 而言，都有三大類：ARM、x86 和 MIPS。在 NDK r17 以後，NDK 不在支援32位元、64位元的 MIPS 和 ARM v5(armeabi)。而 ARM 和 x86 又各分為32位元和64位元兩種，一共分為4種。

我們可以簡單的認為：ARM 主要應用於手機中，x86 主要應用於 PC 中。Android 中使用x86主要是因為：PC 上的模擬器執行需要 x86 的。

現在我們大致瞭解了 Android 中常用的 CPU 架構，而且我們知道，ABI 定義了二進位制檔案是怎麼在 CPU 中執行的，那麼我們可以知道，每一個 CPU 架構必定有一個相對應的 ABI。
上面我們已經知道了有四種，那麼 ABI 也有四種，他們分別是：armeabi-v7a，armeabi-v8a，x86，x86_64。

ABI	對應的 CPU 架構	應用
armeabi-v7a	ARM 32位元	手機
armeabi-v8a	ARM 64位元	手機
X86	X86 32位元	PC
X86_64	X86 64位元	PC

NDK 編譯實際上預設編譯出所有系統的檔案，但是有時我們只需要使用指定的系統，我們就可以指定編譯什麼系統，減少二進位制檔案，避免我們不會使用到的二進位制檔案被打包到 apk 中。我們可以使用下面的程式碼來指定我們要編譯什麼 CPU 架構的二進位制檔案：

//在module的build.gradle中
android {
    defaultConfig {
        ndk {
            abiFilters 'armeabi-v7a', 'x86'
        }
    }
}

2.4 編譯工具

2.4.1 本機編譯工具

我們已經知道，每個系統只能使用自己系統的二進位制檔案，本機編譯工具正是編譯出本機系統可以使用的二進位制檔案。在 Android 中可以使用的本機編譯工具有兩種：ndk-build 和 CMake。這兩種方式與 Android 程式碼和 c/c++ 程式碼無關，只是不同的構建指令碼和構建命令。

2.4.2 交叉編譯工具

與本機編譯對應的，有時我們需要編譯出其他系統的二進位制檔案，如我們在 PC 上寫 Android 檔案，那麼我們 PC中就需要編譯出 Android 中可以執行的二進位制檔案。交叉編譯工具，又叫交叉編譯鏈( toolchain)。在 NDK 中，交叉編譯工具主要有兩種：clang 和 gcc。在 NDK r17c 以後預設使用 clang。

NDK 入門指南

前言