Сильвен ретабоуил android ndk руководство для начинающих

Сильвен Ретабоуил

Android NDK

Руководство для начинающих

Android NDK

Beginners's Guide

Second Edition

Sylvain Ratabouil

Discover the native side of Android and inject the power  
of C/C++ in your applications

BIRMINGHAM - MUMBAI

Android NDK

Руководство для начинающих

2-е издание

Москва, 2016

Сильвен Ретабоуил

Откройте доступ к внутренней природе Android  
и добавьте мощь C/C++ в свои приложения

УДК 004.451.9Android
ББК 32.973.26-018.2
P31

Ретабоуил Сильвен
Р31   Android NDK: руководство для начинающих. 2-е изд. / Пер. с 
анг. Киселева А. Н. – М.: ДМК Пресс, 2016. – 518 с.: ил.

ISBN 978-5-97060-394-9

В книге показано, как создавать мобильные приложения для 
платформы Android на языке C/C++ с использованием пакета 
библиотек Android Native Development Kit (NDK) и объеди-
нять их с программным кодом на языке Java. Вы узнаете как 
создать первое низкоуровневое приложение для Android, как 
взаимодействовать с программным кодом на Java посредством 
механизма Java Native Interfaces, как соединить в своем при-
ложении вывод графики и звука, обработку устройств ввода 
и датчиков, как отображать графику с помощью библиотеки 
OpenGL ES и др. 
Издание предназначено для разработчиков мобильных 
приложений, как начинающих так и более опытных, уже зна-
комых с программированием под Android с использованием 
Android SDK.

 
УДК 004.451.9Android
 
ББК 32.973.26-018.2

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроиз-
ведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без 
письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, по-
скольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство 
не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых 
сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные 
ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-1-78398-964-5 (анг.) 
Copyright © 2015 Packt Publishing
ISBN 978-5-97060-394-9 (рус.) 
© Оформление, ДМК Пресс, 2016

Содержание

Об авторе ........................................................ 10
О рецензентах.................................................. 11
Предисловие ................................................... 13

О чем рассказывается в этой книге ............................................... 14

Что потребуется для работы с книгой ............................................ 15

Кому адресована эта книга ............................................................ 15

Разделы ........................................................................................ 16

Соглашения................................................................................... 16

Отзывы и пожелания ..................................................................... 17

Загрузка исходного кода примеров ............................................... 18

Список опечаток............................................................................ 18

Нарушение авторских прав ........................................................... 18

Глава 1.  
Подготовка окружения ...................................... 19

Приступая к разработке программ для Android .............................. 19

Настройка Windows ....................................................................... 20

Установка инструментов разработки для Android в Windows .......... 26

Настройка Mac OS X ...................................................................... 31

Установка инструментов разработки для Android в Mac OS X ......... 34

Настройка Linux ............................................................................. 40

Установка инструментов разработки для Android в Linux ................ 42

Установка среды разработки Eclipse ............................................. 47

Эмулятор платформы Android........................................................ 52

Разработка с действующим устройством на платформе Android ... 56

Дополнительно о службе ADB ........................................................ 60

В заключение ................................................................................ 62

Содержание

Глава 2.  
Создание низкоуровневого проекта для Android .... 64

Компиляция и развертывание примеров приложений 
из Android NDK .............................................................................. 65

Создание файлов проекта с помощью менеджера Android ............ 68

Компиляция низкоуровневого кода с помощью NDK-Build ............. 71

Сборка и упаковка приложений с помощью Ant ............................. 71

Развертывание пакета приложения с помощью Ant ....................... 72

Запуск приложения с помощью командной оболочки ADB ............. 73

Дополнительно об инструментах для Android ................................ 75
Создание первого низкоуровневого проекта для Android ...................... 75

Введение в Dalvik и ART ................................................................. 80

Взаимодействие Java и C/C++ ....................................................... 81

Отладка низкоуровневых приложений для Android......................... 85

Определение настроек NDK для приложения ................................ 88

Повседневное использование NDK-GDB ....................................... 90

Анализ аварийных дампов ............................................................. 91

Настройка проекта Gradle для компиляции низкоуровневого  
кода .............................................................................................. 96

В заключение .............................................................................. 103

Глава 3.  
Взаимодействие Java и C/C++ посредством JNI ... 104

Инициализация библиотеки JNI................................................... 105

Преобразование Java-строк в низкоуровневые строки ................ 114
Кодирование строк в низкоуровневом коде ........................................ 121
Поддержка строк в JNI API ................................................................... 122

Передача элементарных типов Java в низкоуровневый код ......... 124

Ссылки на Java-объекты из низкоуровневого кода ...................... 128
Локальные ссылки .............................................................................. 133
Глобальные ссылки ............................................................................. 135
Слабые ссылки ................................................................................... 135

Обработка Java-массивов ........................................................... 137
Элементарные массивы ...................................................................... 148
Массивы объектов .............................................................................. 151

Возбуждение и проверка Java-исключений ................................. 152
Выполнение кода при наличии исключения ......................................... 156

Содержание

API обработки исключений .................................................................. 157

В заключение .............................................................................. 158

Глава 4.  
Вызов функций на языке Java из низкоуровневого 
кода ............................................................. 160

Обратный вызов Java-методов из низкоуровневого кода ............ 161

Дополнительно о JNI Reflection API .............................................. 168
Отладка JNI ......................................................................................... 170

Синхронизация Java с низкоуровневыми потоками выполнения ....171
Синхронизация программного кода на Java и C/C++ с помощью 
мониторов JNI ..................................................................................... 183
Присоединение и отсоединение потоков выполнения......................... 184

Низкоуровневая обработка растровых изображений ................... 185

Регистрация низкоуровневых методов вручную .......................... 200

JNI в C и C++ ............................................................................... 201

В заключение .............................................................................. 202

Глава 5.  
Создание исключительно низкоуровневых 
приложений ................................................... 203

Создание низкоуровневого визуального компонента .................. 204
Подробнее о низкоуровневом связующем модуле .............................. 211

Обработка событий визуального компонента .............................. 214

Доступ к окну из низкоуровневого кода ....................................... 225

Измерение времени в низкоуровневом коде ............................... 236

В заключение .............................................................................. 247

Глава 6.  
Отображение графики средствами OpenGL ES ..... 248

Инициализация OpenGL ES ......................................................... 249

Конвейер OpenGL ........................................................................ 256

Чтение текстур с помощью диспетчера ресурсов ........................ 258
Дополнительно об Asset Manager API .................................................. 262
Подробнее о текстурах ....................................................................... 278

Рисование двухмерных спрайтов ................................................ 280
Массивы вершин и буферные объекты с вершинами .......................... 301

Содержание

Эффект частиц ............................................................................ 303
Программирование шейдеров на языке GLSL ..................................... 314

Адаптация графики для разных разрешений ............................... 316

В заключение .............................................................................. 324

Глава 7.  
Проигрывание звука средствами OpenSL ES ....... 325

Инициализация OpenSL ES .......................................................... 327
Еще о философии OpenSL ES .............................................................. 333

Воспроизведение музыкальных файлов ...................................... 334

Воспроизведение звуков............................................................. 342
Обработка событий в очереди звуков ................................................. 355
Важность низкой задержки в Android .................................................. 356

Запись звука ............................................................................... 358

В заключение .............................................................................. 362

Глава 8.  
Устройства ввода и датчики ............................. 363

Обработка событий касания ........................................................ 364

Обработка событий от клавиатуры, клавиш направления  
(D-Pad) и трекбола ...................................................................... 378

Проверка датчиков ...................................................................... 385
Дополнительно о датчиках .................................................................. 400

В заключение .............................................................................. 401

Глава 9.  
Перенос существующих библиотек на платформу 
Android ......................................................... 402

Разработка с применением стандартной библиотеки шаблонов . 403

Перенос Box2D на платформу Android ......................................... 420
Мир Box2D .......................................................................................... 441
Подробнее об определении столкновений .......................................... 442
Режимы столкновений и фильтрация .................................................. 444
Дополнительные ресурсы, посвященные Box2D ................................. 446

Компиляция Boost на платформе Android .................................... 447

Мастерство владения файлами Makefile ...................................... 459
Переменные в файлах Makefile ........................................................... 459
Инструкции в файлах сборки ............................................................... 463

Содержание

Архитектуры процессоров (ABI) ................................................... 467
Дополнительные наборы инструкций (NEON, VFP, SSE, MSA) .............. 468

В заключение .............................................................................. 471

Глава 10.  
Интенсивные вычисления на RenderScript .......... 472

Что такое RenderScript? ............................................................... 473
Выполнение встроенной функции ....................................................... 474

Создание собственного ядра ...................................................... 486

Объединение сценариев ............................................................. 495

В заключение .............................................................................. 504

Послесловие ................................................. 505

Что мы узнали ............................................................................. 505

Куда двигаться дальше ................................................................ 506

Где искать помощь....................................................................... 507

Это лишь начало.......................................................................... 508

Предметный указатель .................................... 509

Об авторе

Сильвен Ретабоуил (Sylvain Ratabouil) – консультант в области 
информационных технологий с опытом программирования на C++ 
и Java в Android. Участвовал в разработке цифровых и мобильных 
приложений для больших компаний, а также для космической и 
авиационной промышленности. Будучи человеком с техническим 
складом ума, влюблен в мобильные технологии и не представляет 
себе жизни без своего смартфона на платформе Android.

О рецензентах

Гай Коул (Guy Cole) – опытный ветеран Кремниевой Долины, с богатым 
опытом работы во многих компаниях, больших и известных, 
таких как Facebook, Cisco, Motorola, Cray Research, Hewlett-Packard, 
Wells Fargo Bank, Barclays Global Investments, DHL Express, и небольших 
и менее известных. Связаться с ним можно в LinkedIn.

Кшиштоф Фонал (Krzysztof Fonał) обожает все, что связано с 
компьютерами. Влюбился в компьютеры, когда ему было еще одиннадцать 
лет. Абсолютно уверен, что выбор технологии не имеет значения 
для решения задач – все зависит от мастерства и желания 
учиться. В настоящее время работает в компании Trapeze Group, 
которая входит в число лидеров, предлагающих свои ИТ-решения. 
Планирует заняться книгами, посвященными проблемам машинного 
обучения а также Corona SDK.

Сергей Косаревский (Sergey Kosarevsky) – программист с богатым 
опытом программирования на C++ и 3-мерной графики. 
Работал в компаниях мобильной индустрии и привлекался к работе 
над проектами для мобильных устройств в SPB Software, Yandex и 
Layar. Имеет 12-летний опыт разработки программного обеспечения 
и более чем 6-летний опыт использования Android NDK. Получил 
степень кандидата технических наук в Санкт-Петербургском инсти-
туте машиностроения, Россия. Соавтор книги «Android NDK Game 
Development Cookbook». В свое свободное время занимается под-
держкой и разработкой открытого, многоплатформенного игрового 
движка Linderdaum Engine (http://www.linderdaum.com) и открыто-
го, многоплатформенного файлового менеджера WCM Commander 
(http://wcm.linderdaum.com).

Раймон Рафолс (Raimon Ràfols) занимается разработкой для 
мобильных устройств с 2004 года. Имеет опыт разработки с при-
менением нескольких технологий, специализируется на создании 
пользовательских интерфейсов, системах сборки и клиент-сервер-
ных взаимодействиях. В настоящее время работает директором под-

О рецензентах

разделения разработки программного обеспечения для мобильных 
устройств в Imagination Technologies, недалеко от Лондона. В сво-
бодное время любит заниматься программированием, фотографией 
и участвовать в мобильных конференциях, где отдает предпочтение 
вопросам оптимизации производительности Android и создания не-
стандартных пользовательских интерфейсов.

Хочу выразить благодарность моей нежно любимой подруге 
Лайе (Laia) за поддержку и понимание.

Предисловие

Android NDK позволяет внедрять высокопроизводительный и пере-
носимый код в мобильные приложения, и на все 100% использовать 
вычислительные мощности мобильных устройств. Android NDK по-
зволит вам писать быстрый код для вычислительных задач и пере-
носить код, написанный для Android, на другие платформы. Кроме 
того, если у вас есть приложение на языке C, с помощью NDK вы 
сможете существенно ускорить процесс разработки проекта. Это од-
на из самых эффективных операционных систем для мультимедий-
ных и игровых приложений.
Данное руководство для начинающих покажет вам, как писать 
приложения на C/C++ и интегрировать их с Java. С помощью этого 
практического пошагового руководства, постепенно наращивая на-
выки на учебных примерах, советах и рекомендациях, вы научитесь 
встраивать код на C/C++ в приложения на Java и даже писать ав-
тономные приложения.
Книга начинается с изучения приемов доступа к низкоуров-
невому API и переноса библиотек, используемых в некоторых 
наиболее успешных Android-приложениях. Затем вы приступите 
к созданию действующего проекта приложения, использующего 
низкоуровневый API и существующие сторонние библиотеки. По 
мере продвижения вперед, вы получите полное понимание особенностей 
отображения графики и проигрывания звука с применением 
библиотек OpenGL ES и OpenSL ES, превратившихся в новый 
стандарт в мобильном мире. Затем вы узнаете, как получить доступ 
к клавиатуре и другим устройствам ввода, как читать показания 
акселерометра или датчиков ориентации. В заключение вы погрузитесь 
в изучение более сложных тем, таких как программирование 
на RenderScript.
К концу книги вы достаточно хорошо познакомитесь с ключевыми 
понятиями, чтобы начать использовать мощь и переносимость 
низкоуровневого кода.

Предисловие

О чем рассказывается в этой 
книге
Глава 1, «Подготовка окружения», охватывает установку всех необходимых 
инструментов. В этой главе также рассматривается порядок 
установки пакета Android Studio, включающего среду разработки 
Android Studio IDE и библиотеку Android SDK.
Глава 2, «Создание низкоуровневого проекта для Android», описывает 
порядок сборки, упаковки и развертывания проектов для 
Android с помощью инструментов командной строки. Здесь мы соз-
дадим наш первый для платформы Android с применением Android 
Studio и Eclipse.
Глава 3, «Взаимодействие Java и C/C++ посредством JNI», расска-
зывает, как виртуальная машина Java взаимодействует с программ-
ным кодом на C/C++. Здесь мы научимся работать со ссылками на 
Java-объекты в низкоуровневом коде с помощью механизма глобаль-
ных ссылок, и познакомимся с отличительными чертами локальных 
ссылок. В заключение мы научимся возбуждать и перехватывать ис-
ключения Java в низкоуровневом коде.
Глава 4, «Вызов функций на языке Java из низкоуровневого кода», 
описывает возможность вызова функций на языке Java из низкоу-
ровневого кода на языке C с применением JNI Reflection API. Здесь 
мы также научимся обрабатывать графические изображения с по-
мощью JNI и вручную декодировать видео.
Глава 5, «Создание исключительно низкоуровневых приложений», 
описывает создание компонента NativeActivity, который в ответ на 
события запускает или останавливает низкоуровневый код. Здесь 
мы также научимся обращаться к экрану для отображения простой 
графики. В заключение будет показано, как измерять время с ис-
пользованием тактового генератора, чтобы иметь возможность адап-
тировать приложение к скоростным характеристикам устройства.
Глава 6, «Отображение графики средствами OpenGL ES», расска-
зывает, как инициализировать контекст OpenGL ES и как связать 
его с окном Android. Затем мы посмотрим, как превратить libpng 
и с его помощью загружать текстуры из ресурсов в формате PNG.
Глава 7, «Проигрывание звука средствами OpenSL ES», расска-
зывает, как инициализировать OpenSL ES в Android. Затем мы 
научимся проигрывать музыку в фоновом режиме из звукового 
файла и из записи, хранящейся в памяти. Здесь мы также научим-

Кому адресована эта книга

ся записывать звук и воспроизводить запись в неблокирующем 
режиме.
Глава 8, «Устройства ввода и датчики», рассматривает особенно-
сти взаимодействия с устройством на платформе Android из низ-
коуровневого кода. Здесь вы узнаете, как связать очередь событий 
ввода с циклом обработки событий Native App Glue.
Глава 9, «Перенос существующих библиотек на платформу 
Android», покажет, как активировать поддержку STL с применением 
простых флагов в NDK. Здесь мы превратим библиотеку Box2D в 
модуль NDK, пригодный для многократного использования в разных 
проектах для Android.
Глава 10, «Интенсивные вычисления на RenderScript», знакомит с 
языком RenderScript, передовой  технологией организации параллельных 
вычислений. Здесь мы также увидим, как пользоваться 
предопределенными функциями, встроенными в RenderScript, подавляющее 
большинство которых в настоящее время предназначено 
для обработки изображений.

Что потребуется для работы 
с книгой
Для опробования примеров в книге понадобится следующее программное 
обеспечение:

 
‰ Операционная система: Windows, Linux или Mac OS X.
 
‰ JDK: Java SE Development Kit 7 или 8.
 
‰ Cygwin: только для Windows.

Кому адресована эта книга
Вы пишете программы для Android на языке Java и вам необходимо 
увеличить производительность своих приложений? Вы пишете 
программы на C/C++ и не хотите утруждать себя изучением всех 
фишек языка Java и его неконтролируемого сборщика мусора? Вы 
желаете писать быстрые мультимедийные и игровые приложения? 
Если хотя бы на один из этих вопросов вы ответите «да» – эта книга 
для вас. Имея лишь общие представления о разработке программ на 
языке C/C++, вы сможете с головой погрузиться в создание низкоуровневых 
приложений для Android.