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UE4：UPL与JNI调用的最佳实践

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在使用UE4开发Android时，有时需要获取平台相关的信息、或者执行平台相关的操作，在这种情况下，需要在代码中添加Java的代码以及在C++中调用它们。有些需求也需要在游戏中从Java侧接收一些事件，需要处理Java调用C++的流程。

本篇文章主要涉及以下几部分内容：

  • UE工程中添加Java代码
  • Java函数的签名规则
  • Java调用C++的函数
  • C++调用Java的函数

如何利用UE的UPL特性、Java的签名规则，以及在UE中进行JNI调用实现方法，会在文章中做详细的介绍。

UPL

UPL全称Unreal Plugin Language，是一个XML-Based的结构化语言，用于介入UE的打包过程（如拷贝so/编辑AndroidManifest.xml，添加IOS的framework/操作plist等），本篇文章主要介绍UPL在Android中的使用，UPL在IOS上的使用，在我之前的文章UE4 开发笔记：Mac/iOS 篇#UPL 在 iOS 中的应用中有介绍。

往UE项目里添加Java代码，需要通过UPL在打包时往GameActivity.java插入代码来实现。

UPL的语法使用XML，文件也需要保存为.xml格式：

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<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!--Unreal Plugin Example-->
<root xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    
</root>

在<root></root>中可以使用UPL提供的节点来编写逻辑（但是因为它的语法都是XML的形式来实现编程逻辑的，所以写起来循环等控制流程十分麻烦），以添加AndroidManifest.xml中权限请求为例（以下代码均位于<root></root>中）：

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<androidManifestUpdates>
    <!--权限请求-->
    <addPermission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"/>
    <addPermission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE"/>

    <!--Android的全面屏支持-->
    <addElements tag="application">
        <meta-data android:name="notch.config" android:value="portrait|landscape"/>
        <meta-data android:name="android.notch_support" android:value="true"/>
    </addElements>
</androidManifestUpdates>

使用androidManifestUpdates节点，可以在其中更新AndroidManifest.xml，UPL为IOS和Android都提供了很多平台相关的节点，在使用时需要注意，不能混用。

UPL还提供了往GameActivity类中添加Java方法的节点：gameActivityClassAdditions，通过这个节点，可以直接在UPL里编写Java代码，在构建Android包时，会自动把这些代码插入到GameActivity.java中的GameActivity类中：

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<gameActivityClassAdditions>
    <insert>
        public String AndroidThunkJava_GetPackageName()
        {
        Context context = getApplicationContext();
        return context.getPackageName();
        }
        public String AndroidThunkJava_GetInstalledApkPath()
        {
        Context context = getApplicationContext();
        PackageManager packageManager = context.getPackageManager();
        ApplicationInfo appInfo;
        try{
        appInfo = packageManager.getApplicationInfo(context.getPackageName(),PackageManager.GET_META_DATA);
        return appInfo.sourceDir;
        }catch (PackageManager.NameNotFoundException e){
        return "invalid";
        }
        }
    </insert>
</gameActivityClassAdditions>

插入之后生成的文件：

这两个函数就在GameActivity.java中了，UPL有很多增加GameActivity内容的节点，这部分内容在UE的文档中是不全的，具体还是要去看UBT的代码：UnrealBuildTool/System/UnrealPluginLanguage.cs#L378。

UPL支持对GameActivity的扩展，不仅仅只是添加函数，还可以给OnCreate/OnDestory等函数添加额外的代码，方便根据需求介入到不同的时机。

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/* Engine/Source/Programs/UnrealBuildTool/System/UnrealPluginLanguage.cs#L378 
* 	<!-- optional additions to the GameActivity imports in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityImportAdditions> </gameActivityImportAdditions>
*
* 	<!-- optional additions to the GameActivity after imports in GameActivity.java -->
*  <gameActivityPostImportAdditions> </gameActivityPostImportAdditions>
*  
* 	<!-- optional additions to the GameActivity class implements in GameActivity.java (end each line with a comma) -->
* 	<gameActivityImplementsAdditions> </gameActivityImplementsAdditions>
*
* 	<!-- optional additions to the GameActivity class body in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityClassAdditions> </gameActivityOnClassAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onCreate metadata reading in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityReadMetadata> </gameActivityReadMetadata>
* 
*	<!-- optional additions to GameActivity onCreate in GameActivity.java -->
*	<gameActivityOnCreateAdditions> </gameActivityOnCreateAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onDestroy in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityOnDestroyAdditions> </gameActivityOnDestroyAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onStart in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityOnStartAdditions> </gameActivityOnStartAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onStop in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityOnStopAdditions> </gameActivityOnStopAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onPause in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityOnPauseAdditions> </gameActivityOnPauseAdditions>
* 	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onResume in GameActivity.java -->
*	<gameActivityOnResumeAdditions>	</gameActivityOnResumeAdditions>
*	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onNewIntent in GameActivity.java -->
*	<gameActivityOnNewIntentAdditions> </gameActivityOnNewIntentAdditions>
*	
* 	<!-- optional additions to GameActivity onActivityResult in GameActivity.java -->
* 	<gameActivityOnActivityResultAdditions>	</gameActivityOnActivityResultAdditions>
*/

那么，写完了UPL的脚本之后，如何来使用它呢？

需要在需要添加该UPL的Module的build.cs中添加以下代码：

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// for Android
if (Target.Platform == UnrealTargetPlatform.Android)
{
	PrivateDependencyModuleNames.Add("Launch");
	AdditionalPropertiesForReceipt.Add("AndroidPlugin", Path.Combine(ModuleDirectory, "UPL/Android/FGame_Android_UPL.xml"));		
}
// for IOS
if (Target.Platform == UnrealTargetPlatform.IOS)
{
	AdditionalPropertiesForReceipt.Add("IOSPlugin",Path.Combine(ModuleDirectory,"UPL/IOS/FGame_IOS_UPL.xml"));
}

通过AdditionalPropertiesForReceipt来指定我们的UPL脚本，注意AndroidPlugin和IOSPlugin不可修改，文件路径可以根据UPL文件在项目中的位置指定。

使用这种方式就把UPL添加到了UE的构建系统中，当构建Android/IOS平台时，就会自动执行我们在脚本中的逻辑了。

Java函数签名

JNI是什么？JNI全称Java Native Interface，即Java原生接口。主要用来从Java调用其他语言代码、其他语言来调用Java的代码。

在上一节中，我们通过UPL往GameActivity中添加了Java的代码，在UE中如何通过C++去调用这些Java的函数，需要使用JNI调用来实现。

通过C++去调用Java，首先需要知道，所要调用的Java函数的签名。签名是描述一个函数的参数和返回值类型的信息。
以该函数为例：

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public String AndroidThunkJava_GetPackageName(){ return ""; }

以这个函数为例，它不接受参数，返回一个Java的String值，那么它的签名是什么呢？

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()Ljava/lang/String;

签名的计算是有一个规则的，暂时先按下不表，后面会详细介绍。

JDK提供的javac具有一个参数可以给Java代码生成C++的头文件，用来方便JNI调用，其中就包含了签名。

写一个测试的Java代码，用来生成JNI调用的.h：

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public class GameActivity {
    public static native String SingnatureTester();
}

生成命令：

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javac -h . GameActivity.java

会在当前目录下生成.class和.h文件，.h中的内容如下：

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/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class GameActivity */

#ifndef _Included_GameActivity
#define _Included_GameActivity
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     GameActivity
 * Method:    SingnatureTester
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_GameActivity_SingnatureTester
  (JNIEnv *, jclass);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

里面导出了GameActivity类成员SingnatureTesterJNI调用的符号信息，在注释中包含了它的签名()Ljava/lang/String;。

Java_ue4game_GameActivity_SingnatureTester是当前函数可以在C/C++中实现的函数名，当我们在C++中实现了这个名字的函数，在Java中调用到GameActivity的SingnatureTester时，就会调用到我们C++中的实现。

把函数声明改为：

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public class GameActivity {
    public static native String SingnatureTester(int ival,double dval,String str);
}

它的签名则是：

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/*
 * Class:     GameActivity
 * Method:    SingnatureTester
 * Signature: (IDLjava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */

经过上面的两个例子，其实就可以看出来Java函数的签名规则：签名包含两部分——参数、返回值。

其中，()中的是参数的类型签名，按照参数顺序排列，()后面的是返回值的类型签名。

那么Java中的类型签名规则是怎么样的呢？可以依据下面的Java签名对照表：JNI 调用签名对照表。

Java中的基础类型和签名对照表：

Java Native Signature
byte jbyte B
char jchar C
double jdouble D
float jfloat F
int jint I
short jshort S
long jlong J
boolean jboolean Z
void void V

根据上面的规则，void EmptyFunc(int)的签名为(I)V。

非内置基础类型的签名规则为：

  1. 以L开头
  2. 以;结尾
  3. 中间用/隔开包和类名

如Java中类类型：

  • String：Ljava/lang/String;
  • Object：Ljava/lang/Object;

给上面的例子加上package时候再测试下：

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package ue4game;
public class GameActivity {
    public static native String SingnatureTester(GameActivity activity);
}

则得到的签名为：

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/*
 * Class:     ue4game_GameActivity
 * Method:    SingnatureTester
 * Signature: (Lue4game/GameActivity;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_ue4game_GameActivity_SingnatureTester
  (JNIEnv *, jclass, jobject);

JNI:Java to C++

UE给我们的游戏生成的GameActivity中也声明了很多的native函数，这些函数是在C++实现的，在Java中执行到这些函数会自动调用到引擎的C++代码中：

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public native int nativeGetCPUFamily();
public native boolean nativeSupportsNEON();
public native void nativeSetAffinityInfo(boolean bEnableAffinity, int bigCoreMask, int littleCoreMask);
public native void nativeSetConfigRulesVariables(String[] KeyValuePairs);
public native boolean nativeIsShippingBuild();
public native void nativeSetAndroidStartupState(boolean bDebuggerAttached);
public native void nativeSetGlobalActivity(boolean bUseExternalFilesDir, boolean bPublicLogFiles, String internalFilePath, String externalFilePath, boolean bOBBInAPK, String APKPath);
public native void nativeSetObbFilePaths(String OBBMainFilePath, String OBBPatchFilePath);
public native void nativeSetWindowInfo(boolean bIsPortrait, int DepthBufferPreference);
public native void nativeSetObbInfo(String ProjectName, String PackageName, int Version, int PatchVersion, String AppType);
public native void nativeSetAndroidVersionInformation( String AndroidVersion, String PhoneMake, String PhoneModel, String PhoneBuildNumber, String OSLanguage );
public native void nativeSetSurfaceViewInfo(int width, int height);
public native void nativeSetSafezoneInfo(boolean bIsPortrait, float left, float top, float right, float bottom);
public native void nativeConsoleCommand(String commandString);
public native void nativeVirtualKeyboardChanged(String contents);
public native void nativeVirtualKeyboardResult(boolean update, String contents);
public native void nativeVirtualKeyboardSendKey(int keyCode);
public native void nativeVirtualKeyboardSendTextSelection(String contents, int selStart, int selEnd);
public native void nativeVirtualKeyboardSendSelection(int selStart, int selEnd);
public native void nativeInitHMDs();
public native void nativeResumeMainInit();
public native void nativeOnActivityResult(GameActivity activity, int requestCode, int resultCode, Intent data);
public native void nativeGoogleClientConnectCompleted(boolean bSuccess, String accessToken);
public native void nativeVirtualKeyboardShown(int left, int top, int right, int bottom);
public native void nativeVirtualKeyboardVisible(boolean bShown);
public native void nativeOnConfigurationChanged(boolean bPortrait);
public native void nativeOnInitialDownloadStarted();
public native void nativeOnInitialDownloadCompleted();
public native void nativeHandleSensorEvents(float[] tilt, float[] rotation_rate, float[] gravity, float[] acceleration);

在上一节Java签名中已经提到过，native的方法是Java调用其他语言实现，上面这些函数在UE中均有实现，用于在引擎中接收Android设备的不同逻辑，定义分布在下列文件中：

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Runtime\Android\AndroidLocalNotification\Private\AndroidLocalNotification.cpp
Runtime\ApplicationCore\Private\Android\AndroidWindow.cpp
Runtime\Core\Private\Android\AndroidPlatformFile.cpp
Runtime\Core\Private\Android\AndroidPlatformMisc.cpp
Runtime\Core\Private\Android\AndroidPlatformProcess.cpp
Runtime\Launch\Private\Android\AndroidEventManager.cpp
Runtime\Launch\Private\Android\AndroidJNI.cpp
Runtime\Launch\Private\Android\LaunchAndroid.cpp

我们也可以自己在GameActivity添加native的函数，如果有一些SDK中提供了native这样的函数，也可以用以下方式来实现，我这里写一个简单的例子，使用UPL往GameActivity添加一个native函数，并在C++端实现。

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<gameActivityClassAdditions>
  <insert>
    public native void nativeDoTester(String Msg);
  </insert>
</gameActivityClassAdditions>

在C++中实现一个这样的函数即可：

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#if PLATFORM_ANDROID
JNI_METHOD void Java_com_epicgames_ue4_GameActivity_nativeDoTester
  (JNIEnv jenv*, jobject thiz, jstring msg);
{
  
}
#endif

com.epicgames.ue4是UE生成的GameActivity.java的包名(package com.epicgames.ue4;)。

可以看到，在C++中实现JNIMETHOD的函数名是以下规则：

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RType Java_PACKAGENAME_CLASSNAME_FUNCNAME(JNIEnv*,jobject thiz,Oher...)

注意：这个函数必须是个C函数，不能参与C++的name mangling，不然签名就不对了。

在UE中可以使用JNI_METHOD宏，它定义在AndroidPlatform.h中。

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// Runtime/Core/Public/Android/AndroidPlatform.h
#define JNI_METHOD			__attribute__ ((visibility ("default"))) extern "C"

也可以使用extern "C"。在C++中定义之后，如果Java端调用了该函数，就可以执行到我们在C++里写的逻辑了。

JNI:C++ to Java

通过上一节的内容，可以知道了Java中函数的签名信息，如何在UE中通过函数名和签名信息来在C++中调用到游戏中的Java代码呢。

UE在C++端封装了大量的JNI的辅助函数，可以很方便地进行JNI操作。这些函数大多定义在下面三个头文件中：

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// Runtime/Launch/Public/Android
#include "Android/AndroidJNI.h"
// Runtime/Core/Public/Android
#include "Android/AndroidJavaEnv.h"
// Runtime/Core/Public/Android
#include "Android/AndroidJava.h"

因为AndroidJNI.h位于Launch模块中，所以在需要在Build.cs中为Android平台添加该模块。

以第一节我们使用UPL往GameActivity类中添加的下面这个函数为例：

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public String AndroidThunkJava_GetPackageName()
{
	Context context = getApplicationContext();
	return context.getPackageName();
}

想要在UE中调用到它，首先要获取它的jmethodID，需要通过函数所属的类、函数名字，签名三种信息来获取：

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if (JNIEnv* Env = FAndroidApplication::GetJavaEnv())
{
	jmethodID GetPackageNameMethodID = FJavaWrapper::FindMethod(Env, FJavaWrapper::GameActivityClassID, "AndroidThunkJava_GetPackageName", "()Ljava/lang/String;", false);
}

因为我们的代码是插入到GameActivity类中的，而UE对GameActivity做了封装，所以可以通过FJavaWrapper来获取，FJavaWrapper定义位于Runtime/Launch/Public/Android。

得到的这个methodID，有点类似于C++的成员函数指针，想要调用到它，需要通过某个对象来执行调用，UE也做了封装：

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jstring JstringResult = (jstring)FJavaWrapper::CallObjectMethod(Env, FJavaWrapper::GameActivityThis,GetPackageNameMethodID);

通过CallObjectMethod来在GameActivity的实例上调用GetPackageNameMethodID，得到的值是java中的对象，这个值还不能直接转换为UE中的字符串使用，需要进行转换的流程：

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namespace FJavaHelperEx
{
	FString FStringFromParam(JNIEnv* Env, jstring JavaString)
	{
		if (!Env || !JavaString || Env->IsSameObject(JavaString, NULL))
		{
			return {};
		}

		const auto chars = Env->GetStringUTFChars(JavaString, 0);
		FString ReturnString(UTF8_TO_TCHAR(chars));
		Env->ReleaseStringUTFChars(JavaString, chars);
		return ReturnString;
	}
	
	FString FStringFromLocalRef(JNIEnv* Env, jstring JavaString)
	{
		FString ReturnString = FStringFromParam(Env, JavaString);

		if (Env && JavaString)
		{
			Env->DeleteLocalRef(JavaString);
		}

		return ReturnString;
    
	}
}

通过上面定义的FJavaHelperEx::FStringFromLocalRef可以把jstring转换为UE的FString：

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FString FinalResult = FJavaHelperEx::FStringFromLocalRef(Env,JstringResult);

到这里，整个JNI调用的流程就结束了，能够通过C++去调用Java并获取返回值了。

结语

参考资料：

全文完，若有不足之处请评论指正。

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本文标题:UE4：UPL与JNI调用的最佳实践
文章作者:查利鹏
发布时间:2020年11月15日 10时45分
本文字数:本文一共有3.7k字
原始链接:https://imzlp.com/posts/27289/
专栏链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/294966901
许可协议: CC BY-NC-SA 4.0
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