Android JNI 之 Bitmap 操作
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2021-10-15 16:32
在 Android 中通过 JNI 去操作 Bitmap。
在 Android 通过 JNI 去调用 Bitmap，通过 CMake 去编 so 动态链接库的话，需要添加 jnigraphics 图像库。
1target_link_libraries( # Specifies the target library.
2 native-operation
3 jnigraphics
4 ${log-lib} )
在 Android 中关于 JNI Bitmap 的操作，都定义在 bitmap.h 的头文件里面了，主要就三个函数，明白它们的含义之后就可以去实践体会了。
检索 Bitmap 对象信息
AndroidBitmap_getInfo 函数允许原生代码检索 Bitmap 对象信息，如它的大小、像素格式等，函数签名如下：
1/**
2 * Given a java bitmap object, fill out the AndroidBitmapInfo struct for it.
3 * If the call fails, the info parameter will be ignored.
4 */
5int AndroidBitmap_getInfo(JNIEnv* env, jobject jbitmap,
6 AndroidBitmapInfo* info);
其中，第一个参数就是 JNI 接口指针，第二个参数就是 Bitmap 对象的引用，第三个参数是指向 AndroidBitmapInfo 结构体的指针。
AndroidBitmapInfo 结构体如下：
1/** Bitmap info, see AndroidBitmap_getInfo(). */
2typedef struct {
3 /** The bitmap width in pixels. */
4 uint32_t width;
5 /** The bitmap height in pixels. */
6 uint32_t height;
7 /** The number of byte per row. */
8 uint32_t stride;
9 /** The bitmap pixel format. See {@link AndroidBitmapFormat} */
10 int32_t format;
11 /** Unused. */
12 uint32_t flags; // 0 for now
13} AndroidBitmapInfo;
其中，width 就是 Bitmap 的宽，height 就是高，format 就是图像的格式，而 stride 就是每一行的字节数。
图像的格式有如下支持：
1/** Bitmap pixel format. */
2enum AndroidBitmapFormat {
3 /** No format. */
4 ANDROID_BITMAP_FORMAT_NONE = 0,
5 /** Red: 8 bits, Green: 8 bits, Blue: 8 bits, Alpha: 8 bits. **/
6 ANDROID_BITMAP_FORMAT_RGBA_8888 = 1,
7 /** Red: 5 bits, Green: 6 bits, Blue: 5 bits. **/
8 ANDROID_BITMAP_FORMAT_RGB_565 = 4,
9 /** Deprecated in API level 13. Because of the poor quality of this configuration, it is advised to use ARGB_8888 instead. **/
10 ANDROID_BITMAP_FORMAT_RGBA_4444 = 7,
11 /** Alpha: 8 bits. */
12 ANDROID_BITMAP_FORMAT_A_8 = 8,
13};
如果 AndroidBitmap_getInfo 执行成功的话，会返回 0 ，否则返回一个负数，代表执行的错误码列表如下：
1/** AndroidBitmap functions result code. */
2enum {
3 /** Operation was successful. */
4 ANDROID_BITMAP_RESULT_SUCCESS = 0,
5 /** Bad parameter. */
6 ANDROID_BITMAP_RESULT_BAD_PARAMETER = -1,
7 /** JNI exception occured. */
8 ANDROID_BITMAP_RESULT_JNI_EXCEPTION = -2,
9 /** Allocation failed. */
10 ANDROID_BITMAP_RESULT_ALLOCATION_FAILED = -3,
11};
访问原生像素缓存
AndroidBitmap_lockPixels 函数锁定了像素缓存以确保像素的内存不会被移动。
如果 Native 层想要访问像素数据并操作它，该方法返回了像素缓存的一个原生指针，
1/**
2 * Given a java bitmap object, attempt to lock the pixel address.
3 * Locking will ensure that the memory for the pixels will not move
4 * until the unlockPixels call, and ensure that, if the pixels had been
5 * previously purged, they will have been restored.
6 *
7 * If this call succeeds, it must be balanced by a call to
8 * AndroidBitmap_unlockPixels, after which time the address of the pixels should
9 * no longer be used.
10 *
11 * If this succeeds, *addrPtr will be set to the pixel address. If the call
12 * fails, addrPtr will be ignored.
13 */
14int AndroidBitmap_lockPixels(JNIEnv* env, jobject jbitmap, void** addrPtr);
其中，第一个参数就是 JNI 接口指针，第二个参数就是 Bitmap 对象的引用，第三个参数是指向像素缓存地址的指针。
AndroidBitmap_lockPixels 执行成功的话返回 0 ，否则返回一个负数，错误码列表就是上面提到的。
释放原生像素缓存
对 Bitmap 调用完 AndroidBitmap_lockPixels 之后都应该对应调用一次 AndroidBitmap_unlockPixels 用来释放原生像素缓存。
当完成对原生像素缓存的读写之后，就应该释放它，一旦释放后，Bitmap Java 对象又可以在 Java 层使用了，函数签名如下：
1/**
2 * Call this to balance a successful call to AndroidBitmap_lockPixels.
3 */
4int AndroidBitmap_unlockPixels(JNIEnv* env, jobject jbitmap);
其中，第一个参数就是 JNI 接口指针，第二个参数就是 Bitmap 对象的引用，如果执行成功返回 0，否则返回 1。
对 Bitmap 的操作，最重要的就是 AndroidBitmap_lockPixels 函数拿到所有像素的缓存地址，然后对每个像素值进行操作，从而更改 Bitmap 。
实践
通过对 Bitmap 进行旋转，上下翻转，左右镜像来体验 JNI 的开发。
效果如下：
具体代码可以参考我的 Github 项目，欢迎 Star。
https://github.com/glumes/AndroidDevWithCpp
通过 JNI 将 Bitmap 旋转
首先定义一个这样的 native 函数：
1 // 顺时针旋转 90° 的操作
2 public native Bitmap rotateBitmap(Bitmap bitmap);
传入一个 Bitmap 对象，然后返回一个 Bitmap 对象。
然后在 C++ 代码中，首先检索 Bitmap 的信息，看看是否成功。
1 AndroidBitmapInfo bitmapInfo;
2 int ret;
3 if ((ret = AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &bitmapInfo)) < 0) {
4 LOGE("AndroidBitmap_getInfo() failed ! error=%d", ret);
5 return NULL;
6 }
接下来就是获得 Bitmap 的像素缓存指针：
1 // 读取 bitmap 的像素内容到 native 内存
2 void *bitmapPixels;
3 if ((ret = AndroidBitmap_lockPixels(env, bitmap, &bitmapPixels)) < 0) {
4 LOGE("AndroidBitmap_lockPixels() failed ! error=%d", ret);
5 return NULL;
6 }
这个指针指向的就是 Bitmap 像素内容，它是一个以一维数组的形式保存所有的像素点的值，但是我们在定义 Bitmap 图像时，都会定义宽和高，这就相对于是一个二维的了，那么就存在 Bitmap 的像素内容如何转成指针指向的一维内容，是按照行排列还是按照列排列呢？
在这里是按照行进行排列的，而且行的排列是从左往右，列的排列是从上往下，起始点就和屏幕坐标原点一样，位于左上角。
通过 AndroidBitmap_lockPixels 方法，bitmapPixels 指针就指向了 Bitmap 的像素内容，它的长度就是 Bitmap 的宽和高的乘积。
要将 Bitmap 进行旋转，可以通过直接更改 bitmapPixels 指针指向的像素点的值，也可以通过创建一个新的 Bitmap 对象，然后将像素值填充到 Bitmap 对象中，这里选择后者的实现方式。
首先创建一个新的 Bitmap 对象，参考之前文章中提到的方式：Android 通过 JNI 访问 Java 字段和方法调用。
在 Java 代码中，通过 createBitmap 方法可以创建一个 Bitmap，如下所示：
1 Bitmap.createBitmap(int width, int height, @NonNull Config config)`
所以在 JNI 中就需要调用 Bitmap 的静态方法来创建一个 Bitmap 对象。
1jobject generateBitmap(JNIEnv *env, uint32_t width, uint32_t height) {
2
3 jclass bitmapCls = env->FindClass("android/graphics/Bitmap");
4 jmethodID createBitmapFunction = env->GetStaticMethodID(bitmapCls,
5 "createBitmap",
6 "(IILandroid/graphics/Bitmap$Config;)Landroid/graphics/Bitmap;");
7 jstring configName = env->NewStringUTF("ARGB_8888");
8 jclass bitmapConfigClass = env->FindClass("android/graphics/Bitmap$Config");
9 jmethodID valueOfBitmapConfigFunction = env->GetStaticMethodID(
10 bitmapConfigClass, "valueOf",
11 "(Ljava/lang/String;)Landroid/graphics/Bitmap$Config;");
12
13 jobject bitmapConfig = env->CallStaticObjectMethod(bitmapConfigClass,
14 valueOfBitmapConfigFunction, configName);
15
16 jobject newBitmap = env->CallStaticObjectMethod(bitmapCls,
17 createBitmapFunction,
18 width,
19 height, bitmapConfig);
20 return newBitmap;
21}
首先通过 FindClass 方法找到 Config 类，得到一个 ARGB_8888 的配置，然后得到 Bitmap 类，调用它的静态方法 createBitmap 创建一个新的 Bitmap 对象，具体可以参考之前的文章。
在这里要传入新 Bitmap 的宽高，这个宽高也是通过 AndroidBitmap_getInfo 方法得到原来的宽高之后，根据不同的操作计算后得到的。
1 // 旋转操作，新 Bitmap 的宽等于原来的高，新 Bitmap 的高等于原来的宽
2 uint32_t newWidth = bitmapInfo.height;
3 uint32_t newHeight = bitmapInfo.width;
有了新的 Bitmap 对象，又有了原有的 Bitmap 像素指针，接下来就是创建新的像素指针，并填充像素内容，然后把这个像素内容再填充到 Bitmap 上。
1 // 创建一个新的数组指针，把这个新的数组指针填充像素值
2 uint32_t *newBitmapPixels = new uint32_t[newWidth * newHeight];
3 int whereToGet = 0;
4 for (int y = 0; y < newHeight; ++y) {
5 for (int x = newWidth - 1; x >= 0; x--) {
6 uint32_t pixel = ((uint32_t *) bitmapPixels)[whereToGet++];
7 newBitmapPixels[newWidth * y + x] = pixel;
8 }
9 }
在这两个 for循环里面就是从原来的像素指针中取出像素值，然后把它按照特定的排列顺序填充到新的像素指针中对应位置的值，这里也就是前面强调的像素指针是按照行进行排列的，起点是 Bitmap 的左上角。
1 void *resultBitmapPixels;
2 if ((ret = AndroidBitmap_lockPixels(env, newBitmap, &resultBitmapPixels)) < 0) {
3 LOGE("AndroidBitmap_lockPixels() failed ! error=%d", ret);
4 return NULL;
5 }
6 int pixelsCount = newWidth * newHeight;
7 memcpy((uint32_t *) resultBitmapPixels, newBitmapPixels, sizeof(uint32_t) * pixelsCount);
8 AndroidBitmap_unlockPixels(env, newBitmap);
再次创建一个 resultBitmapPixels 指针，并调用 AndroidBitmap_lockPixels 方法获取新的 Bitmap 的像素指针缓存，然后调用 memcpy 方法，将待填充的像素指针填充到 resultBitmapPixels 上，这样就完成了像素的赋值，最后调用 AndroidBitmap_unlockPixels 方法释放像素指针缓存，完成整个赋值过程。
就这样通过读取原有 Bitmap 的像素内容然后进行操作后再赋值给新的 Bitmap 对象就完成了 JNI 操作 Bitmap 。
通过 JNI 将 Bitmap 上下翻转和左右镜像
将 Bitmap 进行上下翻转以及左右镜像和旋转操作类似了，只是针对像素指针的操作方式不同。
上下翻转的操作：
1 int whereToGet = 0;
2 for (int y = 0; y < newHeight; ++y) {
3 for (int x = 0; x < newWidth; x++) {
4 uint32_t pixel = ((uint32_t *) bitmapPixels)[whereToGet++];
5 newBitmapPixels[newWidth * (newHeight - 1 - y) + x] = pixel;
6 }
7 }
左右镜像的操作：
1 int whereToGet = 0;
2 for (int y = 0; y < newHeight; ++y) {
3 for (int x = newWidth - 1; x >= 0; x--) {
4 uint32_t pixel = ((uint32_t *) bitmapPixels)[whereToGet++];
5 newBitmapPixels[newWidth * y + x] = pixel;
6 }
7 }
其他的操作都相同了，具体还是看项目代码吧。
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