Qt on Android Episode 5（翻译）

浏览数：25 / 时间：2015年06月11日

原文地址：http://www.kdab.com/qt-android-episode-5/

我们已经知道了如何搭建 Qt on Android 开发环境，怎样使用 Qt on Android ，有哪些可用的部署策略以及如何为应用签名，是时候继续前进了。这篇文章，我们来讲 JNI 。（BogDan 啊，我等你等了好久，当时我写《Qt on Android核心编程》时没等到……）

为什么需要 JNI

因为 Qt 要实现 Android 的所有功能是不现实的。要想使用 Android 系统已经具备的功能，就需要通过 JNI 来访问它们。 JNI 是在 Java 和 C++ 之间相互调用的唯一途径。

JNI 简介

这篇文章我们来学习 JNI 的基本知识，下一篇文章呢，我们将研究如何使用本文介绍的 JNI 知识来扩展我们的 Qt 应用。

网上有太多太多关于 JNI 的讨论了，本文将聚焦于如何在 Android 系统上通过 Qt 来使用 JNI 。从 5.2 开始， Qt 携带了 Qt Android Extras 这个模块。当我们不得不使用 JNI 时，它提供给我们更舒适的体验。

我们会讨论两件事：

从 C++ 中调用一个 Java 函数
从 Java 中回调一个 C++ 函数

从 C++ 中调用一个 Java 函数

使用 Qt Android Extras 来调用一个 Java 函数是相当简单的。

首先，我们来创建一个 Java 的静态方法：

// java file android/src/com/kdab/training/MyJavaClass.java
package com.kdab.training;
 
public class MyJavaClass
{
    // this method will be called from C/C++
    public static int fibonacci(int n)
    {
        if (n < 2)
            return n;
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
    }
}

如你所见，我们在 com.kdab.training 包内的 MyJavaClass 类内定义了 fibonacci 这个静态方法，这个方法会计算 fibonacci 数并返回结果。

现在我们来看看怎么从 Qt 中调用 fibonacci 这个方法。

第一步，因为我们要用到 Qt Android Extras ，所以要修改一下 .pro 文件，如下：

# Changes to your .pro file
# ....
QT += androidextras
# ....

第二步，执行调用：

// C++ code
#include <QAndroidJniObject>
int fibonacci(int n)
{
    return QAndroidJniObject::callStaticMethod<jint>
                        ("com/kdab/training/MyJavaClass" // class name
                        , "fibonacci" // method name
                        , "(I)I" // signature
                        , n);
}

Yes ! 这就是所有的事儿喽。

让我们仔细地来看看这段代码，看看里面都有什么：

我们使用 QAndroidJniObject::callStaticMethod 来调用一个 Java 方法
第一个参数是全路径类名，包名后跟一个类名，包名中的 . 被替换为 /
第二个参数是方法名
第三个参数是方法签名
最后一个参数是我们要传递给 Java 方法的参数

请阅读 QAndroidJniObject 的文档来了解方法签名和参数类型的细节。

从 Java 中回调一个 C++ 函数

为了从 Java 回调 C++ 方法，你可以按下面的步骤来做：

在 Java 中使用 native 关键字来声明 native 方法
在 C++ 中注册 native 方法
调用 Java 里的 native 方法

使用 native 关键字声明 native 方法

让我们来稍稍改动一下之前的 Java 代码：

// java file android/src/com/kdab/training/MyJavaClass.java
package com.kdab.training;
 
class MyJavaNatives
{
    // declare the native method
    public static native void sendFibonaciResult(int n);
}
 
public class MyJavaClass
{
    // this method will be called from C/C++
    public static int fibonacci(int n)
    {
        if (n < 2)
            return n;
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
    }
 
    // the second method that will be called from C/C++
    public static void compute_fibonacci(int n)
    {
        // callback the native method with the computed result.
        MyJavaNatives.sendFibonaciResult(fibonacci(n));
    }
}

让我们仔细瞄一瞄这段代码里都有什么：

我个人比较倾向把所有的 native 方法都隔离到一个独立的类里，所以我在 com.kdab.training 包内定义了 MyJavaNatives 类，声明了 sendFibonaciResult 这个 native 方法。静态的 compute_fibonacci 方法会调用 sendFibonaciResult 来回调 C++ ，发送计算结果，而不再通过 fibonacci 的返回值来做这件事。
sendFibonaciResult ，这个方法会被 C++ 代码调用，但它不像 fibonacci 那样直接返回计算结果，它使用 sendFibonaciResult 这个 native 方法来回调 C++ 世界来传递计算结果。

如果你尝试运行现在的代码，会失败。因为 sendFibonaciResult 还没注册， JVM 根本不知道它是神马玩意儿。

使用 Java_Fully_Qualified_ClassName_MethodName 注册函数

代码：

#include <jni.h>
#include <QDebug>
 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
 
JNIEXPORT void JNICALL
  Java_com_kdab_training_MyJavaNatives_sendFibonaciResult(JNIEnv *env,
                                                    jobject obj,
                                                    jint n)
{
    qDebug() << "Computed fibonacci is:" << n;
}
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif

让我们仔细瞄一瞄，看看这段代码有何神奇之处：

我们看到的第一件事，就是，所有的函数都必须导出为 C 函数，而不是 C++ 函数
函数名字必须遵循下面的模板：Java 关键，包名，类名，方法名，之间用短下划线分割
当 JVM 加载 so 文件时，会扫描这个模板，自动为你注册你所有符合这个模板的函数
第一个参数 env 是 JNIEnv 类型的指针，指向一个 JNIEnv 对象
第二个参数 obj ，代表你声明这个 native 方法的那个 Java 对象
对于你要注册的每一个函数，第一和第二个参数是强制的，必须的
从第三个参数开始，对应 Java 类里声明的 native 方法的参数，顺次哦，一一对应。所以呢，我们的 C++ 代码里，第三个参数就对应 Java 代码里 sendFibonaciResult 的第一个参数。

使用这种方式来注册和声明 native 方法是很简单的，但是它有几个缺点：

函数名巨长，比如 Java_com_kdab_training_MyJavaNatives_sendFibonaciResult ，鬼才记得住，记得住敲得也烦不是
库必须导出所有的函数
不安全， JVM 没办法检查函数的签名，因为函数是以 C 的方式导出的，而不是 C++ 的方式

使用 JNIEnv::RegisterNatives 来注册 native 函数

为了使用 JNIEnv::RegisterNatives 来注册 native 函数，我们需要做下面四步：

第一步，我们需要访问 JNIEnv 指针。最简单的方法是定义和导出 JNI_OnLoad 方法，每个 so 文件一次，可以定义在任何的 cpp 文件里。
第二步，为我们想导出的 C++ 方法创建一个数组
第三步，使用 JniEnv::FindClass 找到声明这些 native 方法的 Java 类的 ID
第四步，调用 JNIEnv::RegisterNatives(java_class_ID, methods_vector, n_methods)

代码如下：

// C++ code
#include <jni.h>
#include <QDebug>
 
// define our native method
static void fibonaciResult(JNIEnv */*env*/, jobject /*obj*/, jint n)
{
    qDebug() << "Computed fibonacci is:" << n;
}
 
// step 2
// create a vector with all our JNINativeMethod(s)
static JNINativeMethod methods[] = {
    { "sendFibonaciResult", // const char* function name;
        "(I)V", // const char* function signature
        (void *)fibonaciResult // function pointer 
    }
};
 
// step 1
// this method is called automatically by Java VM
// after the .so file is loaded
JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* /*reserved*/)
{
    JNIEnv* env;
    // get the JNIEnv pointer.
    if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION_1_6)
           != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
 
    // step 3
    // search for Java class which declares the native methods
    jclass javaClass = env->FindClass("com/kdab/training/MyJavaNatives");
    if (!javaClass)
        return JNI_ERR;
 
    // step 4
    // register our native methods
    if (env->RegisterNatives(javaClass, methods,
                            sizeof(methods) / sizeof(methods[0])) < 0) {
        return JNI_ERR;
    }
    return JNI_VERSION_1_6;
}

让我们核对一下代码以便更好地理解：

static void fibonaciResult(JNIEnv */*env*/, jobject /*obj*/, jint n)，这是我们注册的方法， JVM 将会调用它。
第一个参数 env 指向 JNIEnv 对象
第二个参数 obj 是声明 fibonaciResult 这个本地方法的 Java 对象的引用
第一、第二个参数对于要导出的函数是强制的、必须的
从第三个参数开始，对应 Java 类里声明的 native 方法的参数，顺次哦，一一对应。所以呢，我们的 C++ 代码里，第三个参数就对应 Java 代码里 sendFibonaciResult 的第一个参数。
我们把这个方法加到了 JNINativeMethod 类型的方法数组里
JNINativeMethod 结构体有下列成员：

const char* name - 函数名字，必须和 Java 里声明的 native 方法名字一致
const char* signature - 函数签名，必须和 Java 里声明的 native 方法的参数一致
void* fnPtr - C++函数指针，我们的代码里呢，就是 fibonaciResult 。如你所见， C++ 函数名字是无所谓的，因为 JVM 只需要一个指针。

剩下的代码简单、清晰，没必要再解释了吧亲，还有注释呢哈。

这种方式用起来看着有那么一点点复杂，但是它有下列好处：

C++ 方法的名字可以随你的便亲
库只需要导出一个函数
安全， JVM 会校验函数签名

用哪种方式来注册 native 函数是个人偏好问题，但我还是推荐使用 JNIEnv::RegisterNatives 这种方式，因为它提供了额外的保护：当 JVM 检测到函数签名不匹配时会抛出一个异常。

总结

这篇文章我们学习了 JNI 的基本知识，下一篇文章呢，我们将研究如何使用本文介绍的 JNI 知识来扩展我们的 Qt 应用。我们会更多的讨论 Qt on Android 应用的架构、如何扩展你应用的 Java 部分，我们还会提供一个实际的例子来说明如何在 Qt 的线程和 Java 的 UI 线程之间相互调用。

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