在Android中嵌入C语言程序

情况处理:在编写OCR软件时,处理从camera得到的图片,需要使用c编写的程序。整个OCR的编码来自google开源代码,软件名wordsnap。在文件夹目录中有一个名为jni的文件夹,下有mk文件,c文件,h头文件。这些是什么呢?

Android JNI知识简介

Java Native Interface (JNI)标准是java平台的一部分,它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI 是本地编程接口,它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言(如 C、C++ 和汇编语言)编写的应用程序和库进行交互操作。

1.从如何载入.so档案谈起
    由于Android的应用层的类都是以Java写的,这些Java类编译为Dex型式的Bytecode之后,必须靠Dalvik虚拟机(VM: Virtual Machine)来执行。VM在Android平台里,扮演很重要的角色。
    此外,在执行Java类的过程中,如果Java类需要与C组件沟通时,VM就会去载入C组件,然后让Java的函数顺利地调用到C组件的函数。此时,VM扮演着桥梁的角色,让Java与C组件能通过标准的JNI介面而相互沟通。
    应用层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上执行的,而C件不是在VM上执行,那么Java程式又如何要求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令:
     System.loadLibrary(*.so的档案名); 
    例如,Android框架里所提供的MediaPlayer.java类,含指令:
     public class MediaPlayer{    
         static {
                   System.loadLibrary("media_jni");
              }
     }
     这要求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so之后,Java类与*.so档案就汇合起来,一起执行了。

2.如何撰写*.so的入口函数
    ---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数的用途
当Android的VM(Virtual Machine)执行到System.loadLibrary()函数时,首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二: 
(1)告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的*.so档没有提供JNI_OnLoad()函数,VM会默认该*.so档是使用最老的JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充,如果需要使用JNI的新版功能,例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。
(2)由于VM执行到System.loadLibrary()函数时,就会立即先呼叫JNI_OnLoad(),所以C组件的开发者可以藉由JNI_OnLoad()来进行C组件内的初期值之设定(Initialization) 。
例如,在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里,就提供了JNI_OnLoad()函数,其程式码片段为:
//#define LOG_NDEBUG 0
#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
        goto bail;
    }

assert(env != NULL);

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
        goto bail;
    }

    if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");
        goto bail;
    }

    if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
        goto bail;
}

    if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registration failed\n");
        goto bail;
    }

    /* success -- return valid version number */
    result = JNI_VERSION_1_4;
bail:
    return result;
}
此函数回传JNI_VERSION_1_4值给VM,于是VM知道了其所使用的JNI版本了。此外,它也做了一些初期的动作(可呼叫任何本地函数),例如指令:
   if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
        goto bail;
    }
就将此组件提供的各个本地函数(Native Function)登记到VM里,以便能加快后续呼叫本地函数的效率。
JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在载入C组件时会立即呼叫JNI_OnLoad()来进行组件内的初期动作;而当 VM释放该C组件时,则会呼叫JNI_OnUnload()函数来进行善后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或JNI_Unload()函数 时,都会将VM的指针(Pointer)传递给它们,其参数如下:
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {     }
jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     }
在JNI_OnLoad()函数里,就透过VM之指标而取得JNIEnv之指标值,并存入env指标变数里,如下述指令:

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
     JNIEnv* env = NULL;
     jint result = -1;
    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
          LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
          goto bail;
    }
}
由于VM通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫JNI_OnLoad()时,所传递进来的JNIEnv指标值 都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境,C组件开发者在撰写本地函数时,可藉由JNIEnv指标值之不同而避免执行绪的资料冲突问题,才能确保所写的本 地函数能安全地在Android的多执行绪VM里安全地执行。基于这个理由,当在呼叫C组件的函数时,都会将JNIEnv指标值传递给它,如下:
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv* env = NULL;
    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
   }
}
这JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函数时,就将env指标值传递过去。如 此,在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而区别不同的执行绪,以便化解资料冲突的问题。
 例如,在register_android_media_MediaPlayer()函数里,可撰写下述指令:
       if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {
       }
查看是否已经有其他执行绪进入此物件,如果没有,此执行绪就进入该物件里执行了。还有,也可撰写下述指令:
       if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {
        }
查看是否此执行绪正在此物件内执行,如果是,此执行绪就会立即离开。

3.registerNativeMethods()函数的用途
应用层级的Java类别透过VM而呼叫到本地函数。一般是仰赖VM去寻找*.so里的本地函数。如果需要连续呼叫很多次,每次都需要寻找一遍,会多花许多 时间。此时,组件开发者可以自行将本地函数向VM进行登记。例如,在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里的代 码段如下:
//#define LOG_NDEBUG 0
#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"
static JNINativeMethod gMethods[] = {
    {"setDataSource",   "(Ljava/lang/String;)V",
     (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},
    {"setDataSource",    "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V", 
(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},
    {"prepare",   "()V",     (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},
    {"prepareAsync",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},
    {"_start",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_start},
    {"_stop",   "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_stop},
    {"getVideoWidth",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},
    {"getVideoHeight",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},
    {"seekTo",          "(I)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},
    {"_pause",          "()V",       (void *)android_media_MediaPlayer_pause},
    {"isPlaying",        "()Z",       (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},
    {"getCurrentPosition", "()I",  (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},
    {"getDuration",      "()I",     (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},
    {"_release",         "()V",      (void *)android_media_MediaPlayer_release},
    {"_reset",           "()V",        (void *)android_media_MediaPlayer_reset},
    {"setAudioStreamType","(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},
    {"setLooping",      "(Z)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},
    {"setVolume",      "(FF)V",     (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},
    {"getFrameAt",     "(I)Landroid/graphics/Bitmap;", 
         (void *)android_media_MediaPlayer_getFrameAt},
    {"native_setup",    "(Ljava/lang/Object;)V", 
           (void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},
    {"native_finalize",     "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},
};

static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){
    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
}

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
        goto bail;
    }
}

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