C语言开发Android可行吗？如何实现？-C语言-盈思创科技

Android 应用开发的主流语言是 Java 和 Kotlin，它们运行在 Dalvik/ART 虚拟机上，而 C 语言（以及 C++）不能直接用来开发一个完整的、可运行的 Android App UI 界面。

（图片来源网络，侵删）

我们为什么要在 Android 开发中用 C 语言呢？答案是：性能、复用和访问底层。

为什么要在 Android 中使用 C/C++？

性能优化
- 计算密集型任务：对于游戏物理引擎、音视频编解码、图像/信号处理、科学计算等，C/C++的执行效率远高于 Java/Kotlin，它们可以直接操作内存,没有虚拟机的额外开销。
- 减少 GC 压力：Java/Kotlin 的自动垃圾回收机制在处理大量对象时可能会造成卡顿，C/C++ 手动管理内存，可以精确控制，避免 GC 停顿带来的性能问题。
代码复用
- 很多成熟的、高性能的库都是用 C/C++ 编写的，
  - FFmpeg：音视频处理库。
  - OpenCV：计算机视觉库。
  - OpenGL ES：3D 图形渲染 API（虽然 API 是 C 风格，但驱动是 C++ 的）。
  - TensorFlow Lite：移动端机器学习推理引擎。
- 通过在 Android 中集成这些 C/C++ 库，可以避免重复造轮子,快速实现高级功能。
访问硬件和底层系统
（图片来源网络，侵删）
- Android 系统本身是基于 Linux 内核的，其很多硬件驱动和系统服务都是用 C/C++ 编写的。
- 当你需要访问特定的硬件功能（如相机传感器、GPS 芯片寄存器）或调用一些不通过 Java API 暴露的底层系统功能时，就需要通过 C/C++ 来实现。

在 Android 中使用 C/C++ 的主要方式

主要有两种方式,它们适用于不同的场景：

JNI (Java Native Interface)：传统的、经典的“胶水”层技术。
NDK (Native Development Kit)：Google 官方提供的工具集，用于简化 JNI 的使用和原生代码的编译。

NDK 是建立在 JNI 之上的一个更高级的工具集。

JNI (Java Native Interface)

JNI 是一个编程框架，它允许运行在虚拟机（JVM）中的 Java 代码与其它语言（如 C/C++）编写的应用程序进行交互。

工作流程：

（图片来源网络，侵删）

Java 端：在 Java 或 Kotlin 代码中，声明一个 native 方法。
编译生成头文件：使用 javac 编译 Java 代码，然后用 javah 工具（或新版 JDK 的 javac -h）生成一个 C/C++ 头文件（.h），这个头文件包含了 Java native 方法的 C 函数声明。
C/C++ 端：实现头文件中声明的 C/C++ 函数，这个函数的签名必须与 JNI 规范严格匹配,以便虚拟机能找到它。
加载库：在 Java 代码中，使用 System.loadLibrary("库名称") 来加载编译好的 C/C++ 动态链接库（.so 文件）。
交互：在 C/C++ 函数中，你可以通过 JNI 提供的 API 来操作 Java 对象、调用 Java 方法,反之亦然。

JNI 的缺点：

繁琐：需要手动编写大量胶水代码，数据类型转换（如 Java 的 String 和 C 的 char*）非常麻烦。
易出错：手动管理 JNI 代码很容易导致内存泄漏或崩溃。
维护困难：代码结构复杂,难以维护。

NDK (Native Development Kit)

NDK 是一个工具集，它极大地简化了在 Android 上使用 C/C++ 的过程，它不仅仅包含 JNI，还提供了编译器、构建系统、调试工具等。

NDK 的核心优势：

简化开发：NDK 提供了更高级的 API（如 JNIHelper），让你可以用更现代的 C++ 风格进行开发，而不是手写繁琐的 JNI 代码。
构建系统：集成 CMake 或 ndk-build，你可以像在桌面端开发 C++ 项目一样管理原生代码的编译、链接,自动化程度高。
预构建库：NDK 自带了许多预编译好的库，如 libc++ (C++ 标准库)、libandroid (Android 平台支持)、OpenSSL 等，你只需在 CMakeLists.txt 中引用即可。
ABI 支持：NDK 可以轻松为不同的 CPU 架构（如 armeabi-v7a, arm64-v8a, x86, x86_64）编译原生库,确保应用在不同设备上都能高效运行。
C++ 标准：支持现代 C++ 标准（如 C++11, C++17），让你可以使用更强大、更安全的 C++ 特性。

现代 Android 开发中，几乎总是使用 NDK 来集成 C/C++ 代码，而不是直接手写 JNI。

实战：如何使用 Android Studio 和 NDK 集成 C++ 代码

这是目前最主流、最推荐的方式。

步骤 1：配置项目

创建一个新的 Android 项目。

在 build.gradle (Module: app) 文件中，启用 viewBinding (可选) 并配置 NDK。

// build.gradle (Module: app)
android {
    // ... 其他配置
    defaultConfig {
        // ... 其他配置
        externalNativeBuild {
            cmake {
                // 可以指定 C++ 标准
                cppFlags "-std=c++17"
                // 可以在这里传递参数给 CMake
                // arguments "-DANDROID_STL=c++_shared"
            }
        }
        // 指定需要支持的 CPU 架构
        ndk {
            abiFilters 'arm64-v8a', 'armeabi-v7a', 'x86_64', 'x86'
        }
    }
    // 配置 CMake 构建文件的路径
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "src/main/cpp/CMakeLists.txt"
            version "3.18.1" // 使用你安装的 CMake 版本
        }
    }
}
dependencies {
    // ... 其他依赖
}

步骤 2：创建 C++ 代码

在 Android Studio 中，右键点击你的模块 -> New -> Folder -> CPP Folder，这会自动在 src/main/ 下创建一个 cpp 目录，并关联好 CMakeLists.txt。

在 cpp 目录下，创建一个 C++ 源文件，native-lib.cpp。

// native-lib.cpp
#include <jni.h>
#include <string>
// extern "C" 告诉编译器这段代码是 C 风格的，避免 C++ 的名称修饰
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapp_MainActivity_stringFromNative(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */,
        jstring inputString) { // 这里我们让 Java 传入一个字符串
    // 将 Java 字符串转换为 C++ 字符串
    const char* c_str = env->GetStringUTFChars(inputString, nullptr);
    std::string hello = "Hello from C++! You sent: ";
    hello += c_str;
    // 释放资源
    env->ReleaseStringUTFChars(inputString, c_str);
    // 将 C++ 字符串转换回 Java 字符串并返回
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

Java_com_example_myapp_MainActivity_stringFromNative：这是 JNI 函数的命名规则。
- Java_: 固定前缀。
- com_example_myapp: 包名，用下划线 _ 代替点。
- MainActivity: 类名。
- stringFromNative: Java 中声明的 native 方法名。
*`JNIEnv`**：指向 JNI 环境的指针，通过它可以调用 JNI API。
jobject：指向当前 Java 对象（这里是 MainActivity）的引用。

步骤 3：配置 CMake (`CMakeLists.txt`)

在 cpp/CMakeLists.txt 文件中,添加你的原生库。

# CMakeLists.txt
# 设置 C++ 标准
cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1)
# 定义项目名称
project("myapp")
# 添加一个原生共享库
add_library(
        native-lib        # 库名
        SHARED            # 共享库 (.so)
        native-lib.cpp)   # 源文件列表
# 查找并链接 Android 的日志库，方便在 C++ 中打印日志
find_library(
        log-lib
        log)
# 将你的库链接到 log-lib
target_link_libraries(
        native-lib
        ${log-lib})

步骤 4：在 Java/Kotlin 中调用

在你的 MainActivity.java (或 MainActivity.kt) 中声明 native 方法并加载库。

// MainActivity.java
package com.example.myapp;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Button;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // 声明一个 native 方法
    public native String stringFromNative(String input);
    static {
        // 加载编译好的原生库
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        Button button = findViewById(R.id.my_button);
        button.setOnClickListener(v -> {
            // 调用 native 方法
            String result = stringFromNative("Hello Android!");
            tv.setText(result);
        });
    }
}

在 res/layout/activity_main.xml 中添加一个 TextView 和一个 Button。

步骤 5：编译和运行

点击 Android Studio 的 "Run" 按钮，Android Studio 会自动：

调用 CMake 来编译 native-lib.cpp，生成 .so 文件。
将 .so 文件打包到 APK 中。
运行 App，点击按钮，你会看到 TextView 中显示从 C++ 返回的字符串。

总结与最佳实践

特性	JNI	NDK
定位	一个编程接口/规范	一个完整的工具集
易用性	繁琐，需要大量手动胶水代码	简单，提供了高级 API 和构建系统
核心	手动实现 `native` 方法的 C/C++ 函数	集成 CMake，管理原生代码的编译和链接
适用场景	非常小的、一次性的性能优化；学习 JNI 原理	绝大多数场景，特别是集成现有库或开发复杂原生模块
C++ 支持	较弱，容易出错	强大，支持现代 C++ 标准

最佳实践：

优先使用 NDK：除非你有非常特殊的需求，否则请始终使用 NDK 来管理你的 C/C++ 代码。
CMake 是你的朋友：熟练掌握 CMakeLists.txt 的编写,它能让你高效地管理复杂的原生项目。
封装与解耦：尽量将 C/C++ 代码封装成独立的、无状态的模块，通过定义清晰的接口（在 Java/Kotlin 端），减少 C++ 和 Java 之间的频繁交互,降低耦合度。
错误处理：原生代码的崩溃（如段错误）不会像 Java 异常那样被捕获，会导致整个 App 崩溃,务必做好原生代码的错误检查和日志记录。
调试：Android Studio 提供了强大的原生代码调试功能，你可以像调试 Java 代码一样设置断点、单步执行 C/C++ 代码,这对于排查问题至关重要。

虽然 C 语言不能独立开发一个完整的 Android App，但它是 Android 生态中不可或缺的一部分，通过 NDK，你可以将 C/C++ 的强大性能和丰富库生态无缝地集成到你的 Java/Kotlin 应用中,打造出既功能强大又性能卓越的移动应用。

C语言开发Android可行吗？如何实现？

为什么要在 Android 中使用 C/C++？

在 Android 中使用 C/C++ 的主要方式

JNI (Java Native Interface)

NDK (Native Development Kit)

实战：如何使用 Android Studio 和 NDK 集成 C++ 代码

步骤 1：配置项目

步骤 2：创建 C++ 代码

步骤 3：配置 CMake (`CMakeLists.txt`)

步骤 4：在 Java/Kotlin 中调用

步骤 5：编译和运行

总结与最佳实践

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为什么要在 Android 中使用 C/C++？

在 Android 中使用 C/C++ 的主要方式

JNI (Java Native Interface)

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步骤 3：配置 CMake (CMakeLists.txt)

步骤 4：在 Java/Kotlin 中调用

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