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tags: [嵌入式系统, 复习, Android开发]
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create time: 2026-06-10 11:11
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# Android应用开发基础
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## 概述
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本文档覆盖Android应用开发的核心知识，包括分层架构、四大组件、Activity生命周期、数据存储、UI布局、权限管理和常用设计模式。这是嵌入式系统课程中移动终端开发部分的复习重点。
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## 正文
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### 1. Android分层架构
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Android系统采用分层架构设计，从底层到顶层分为四层：
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```mermaid
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graph TD
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A["Applications"] --> B["Application Framework"]
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B --> C["Libraries / Android Runtime"]
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C --> D["Linux Kernel"]
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style A fill:#4fc3f7
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style B fill:#81d4fa
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style C fill:#b3e5fc
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style D fill:#ffcc80
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```
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| 层级 | 组成 | 说明 |
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|------|------|------|
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| **Applications** | 短信、电话、浏览器、第三方App | 用户直接使用的应用 |
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| **Application Framework** | Activity Manager, Content Provider, Resource Manager, Notification Manager | 提供构建应用的基础API |
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| **Libraries / Runtime** | SQLite, OpenGL, WebKit, Media Framework, Dalvik/ART | 系统库和运行时环境 |
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| **Linux Kernel** | 驱动、内存管理、进程管理、网络栈 | 底层硬件抽象和系统服务 |
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> [!tip] Dalvik vs ART
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> - **Dalvik**：Android 4.4之前使用，基于JIT（Just-In-Time）编译
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> - **ART**：Android 5.0开始替代Dalvik，使用AOT（Ahead-Of-Time）编译，运行更快但安装更慢
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### 2. 四大组件
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Android应用由四大核心组件构成：
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#### 2.1 Activity（活动）
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Activity代表一个**用户界面屏幕**，是用户与应用交互的主要入口。
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```java
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public class MainActivity extends AppCompatActivity {
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@Override
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protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
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super.onCreate(savedInstanceState);
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setContentView(R.layout.activity_main);
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}
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}
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```
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#### 2.2 Service（服务）
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Service在**后台**运行，没有用户界面。适合执行长时间运行的操作（如音乐播放、文件下载）。
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两种启动方式：
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- **Started Service**：通过startService()启动，独立运行
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- **Bound Service**：通过bindService()绑定，提供客户端-服务器接口
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#### 2.3 ContentProvider（内容提供者）
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ContentProvider用于**跨应用数据共享**。它封装了数据访问接口，其他应用通过ContentResolver来查询和修改数据。
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```java
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// 在AndroidManifest.xml中注册
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<provider
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android:name=".MyContentProvider"
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android:authorities="com.example.myprovider"
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android:exported="true" />
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```
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> [!question] 为什么需要ContentProvider而不是直接共享数据库？
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> ContentProvider提供了统一的数据访问接口和权限控制机制。直接共享数据库会暴露数据结构细节，且难以控制访问权限。
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#### 2.4 BroadcastReceiver（广播接收器）
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BroadcastReceiver用于接收和响应**系统或应用广播**，实现组件间的松耦合通信。
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配置方式有两种：
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**XML静态注册**：
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```xml
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<receiver android:name=".MyReceiver">
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<intent-filter>
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<action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
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</intent-filter>
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</receiver>
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```
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**代码动态注册**：
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```java
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IntentFilter filter = new IntentFilter("com.example.MY_ACTION");
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registerReceiver(new MyReceiver(), filter);
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```
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### 3. Activity生命周期
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Activity的生命周期是Android开发的基础知识点：
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```mermaid
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stateDiagram-v2
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[*] --> Created
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Created --> Started: onCreate -> onStart
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Started --> Running: onResume
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Running --> Paused: onPause
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Paused --> Running: onResume
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Paused --> Stopped: onStop
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Stopped --> Started: onRestart -> onStart
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Stopped --> Created: onDestroy
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Running --> Stopped: onStop
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Paused --> Created: onDestroy
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Created --> [*]: onDestroy
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note right of Created: Activity created
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note right of Started: Visible but not focused
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note right of Running: Foreground, interactive
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note right of Paused: Partially obscured
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note right of Stopped: Fully hidden
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```
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| 生命周期方法 | 调用时机 | 说明 |
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|-------------|----------|------|
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| onCreate() | Activity首次创建 | 初始化界面、绑定数据 |
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| onStart() | Activity变为可见 | 准备显示 |
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| onResume() | Activity获得焦点 | 可与用户交互 |
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| onPause() | Activity失去焦点 | 保存临时数据（秒级） |
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| onStop() | Activity完全不可见 | 释放资源 |
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| onDestroy() | Activity被销毁 | 最终清理 |
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| onRestart() | 从Stopped重新启动 | 不会直接到onCreate |
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> [!warning] onPause()中不要做耗时操作
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> onPause()执行完毕后，新的Activity才会启动。如果在onPause()中做网络请求或大量数据处理，会导致界面切换卡顿。耗时操作应该放到onStop()或异步任务中。
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### 4. Intent数据传递
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Intent是Android中组件间通信的核心机制，用于启动Activity、Service和发送广播。
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**传递数据的两种方式**：
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**Serializable**（Java标准序列化）：
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```java
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// 发送端
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Intent intent = new Intent(this, TargetActivity.class);
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intent.putExtra("user", (Serializable) userObj);
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startActivity(intent);
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// 接收端
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User user = (User) getIntent().getSerializableExtra("user");
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```
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**Parcelable**（Android特有序列化，性能更好）：
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```java
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// 发送端
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intent.putExtra("user", (Parcelable) userObj);
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||
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||
// 接收端
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||
User user = getIntent().getParcelableExtra("user");
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```
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| 比较 | Serializable | Parcelable |
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|------|-------------|------------|
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| 性能 | 慢（使用反射） | 快（手动实现） |
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| 实现 | 简单（实现接口即可） | 复杂（需实现writeToParcel） |
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| 用途 | 临时存储、简单对象 | Activity间频繁传递 |
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| 开销 | 产生大量临时对象 | 内存开销小 |
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### 5. startActivityForResult
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当一个Activity需要从另一个Activity**获取返回数据**时，使用startActivityForResult：
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```java
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// 启动方
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Intent intent = new Intent(this, SecondActivity.class);
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startActivityForResult(intent, REQUEST_CODE);
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// 接收返回数据
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@Override
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protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
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if (requestCode == REQUEST_CODE && resultCode == RESULT_OK) {
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String result = data.getStringExtra("result");
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// 处理返回数据
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}
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}
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// 被启动方设置返回数据
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Intent resultIntent = new Intent();
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resultIntent.putExtra("result", "hello from second");
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setResult(RESULT_OK, resultIntent);
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finish();
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```
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### 6. SQLite数据类型
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Android内置SQLite数据库，支持以下5种数据类型：
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| 数据类型 | 说明 |
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|----------|------|
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| NULL | 空值 |
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| INTEGER | 整数 |
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| REAL | 浮点数 |
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| TEXT | 文本字符串 |
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| BLOB | 二进制大对象 |
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> [!warning] SQLite没有VARCHAR类型
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> SQLite使用动态类型系统，TEXT类型可以存储任意长度的字符串，不需要指定VARCHAR(n)。但创建表时写VARCHAR也是合法的（会被忽略长度约束）。
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### 7. UI布局
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Android支持多种布局方式：
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| 布局类型 | 特点 | 适用场景 |
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|----------|------|----------|
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| **LinearLayout** | 线性排列（水平/垂直） | 简单的行列排列 |
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| **RelativeLayout** | 相对定位 | 复杂的相对位置关系 |
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| **FrameLayout** | 层叠排列，后面的元素覆盖前面 | 重叠界面、帧动画 |
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**SimpleAdapter**用于为ListView等列表控件提供数据：
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```java
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// 数据源：List<Map<String, Object>>
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List<Map<String, Object>> data = new ArrayList<>();
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Map<String, Object> item = new HashMap<>();
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item.put("title", "标题");
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item.put("image", R.drawable.icon);
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data.add(item);
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// 创建适配器
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SimpleAdapter adapter = new SimpleAdapter(
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this,
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data,
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R.layout.list_item,
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new String[]{"title", "image"}, // 数据键
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new int[]{R.id.tvTitle, R.id.ivIcon} // 视图ID
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);
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listView.setAdapter(adapter);
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```
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> [!question] SimpleAdapter的数据映射List<Map>中，Map的key和value分别对应什么？
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> key是字符串类型的字段名（如"title"），value是该字段的值（如"标题"文本）。适配器通过key从Map中取值，然后绑定到对应的视图控件上。
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### 8. 权限管理
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Android 7.0将权限分为四种保护级别：
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| 权限级别 | 说明 | 安装行为 |
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|----------|------|----------|
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| **normal** | 低风险权限（如网络访问） | 自动授予 |
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| **dangerous** | 高风险权限（如摄像头、位置） | 需要用户确认 |
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| **signature** | 只有与应用签名相同的应用才能获得 | 自动授予 |
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| **signatureOrSystem** | 签名相同或系统应用才能获得 | 自动授予 |
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权限声明方式（AndroidManifest.xml）：
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```xml
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<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
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<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
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```
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> [!warning] Android 6.0+运行时权限
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> 从Android 6.0开始，dangerous权限需要在运行时动态申请，而不仅仅在Manifest中声明。但signature和normal权限仍然在安装时自动授予。
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### 9. SharedPreferences
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SharedPreferences是Android提供的轻量级键值对存储机制：
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```java
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// 保存数据
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SharedPreferences prefs = getSharedPreferences("mydata", MODE_PRIVATE);
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SharedPreferences.Editor editor = prefs.edit();
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editor.putString("username", "admin");
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editor.putInt("age", 25);
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editor.apply(); // 异步写入
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// 读取数据
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String name = prefs.getString("username", "default");
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int age = prefs.getInt("age", 0);
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```
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> [!warning] 默认不能跨应用共享
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> MODE_PRIVATE表示该SharedPreferences文件只有当前应用可以访问。如果需要跨应用共享数据，应该使用ContentProvider。
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### 10. res vs assets
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| 比较 | res | assets |
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|------|-----|--------|
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| 引用方式 | 通过R.java自动生成的ID | 通过AssetManager按文件名访问 |
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| 子目录 | 有结构化子目录（drawable, layout等） | 无结构，可自由组织 |
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| 自动优化 | 编译时会被压缩/优化 | 原样保留 |
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| 文件名限制 | 只能用小写字母、数字、下划线 | 无限制 |
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```java
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// res资源引用
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setContentView(R.layout.activity_main);
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||
ImageView iv = findViewById(R.id.imageView);
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iv.setImageResource(R.drawable.icon);
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||
// assets资源访问
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InputStream is = getAssets().open("data/config.json");
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```
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### 11. 单例模式
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单例模式确保一个类只有一个实例：
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```java
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public class DatabaseHelper {
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private static volatile DatabaseHelper instance;
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// 私有构造函数，防止外部实例化
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private DatabaseHelper() {
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// 初始化数据库
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}
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public static DatabaseHelper getInstance() {
|
||
if (instance == null) {
|
||
synchronized (DatabaseHelper.class) {
|
||
if (instance == null) {
|
||
instance = new DatabaseHelper();
|
||
}
|
||
}
|
||
}
|
||
return instance;
|
||
}
|
||
}
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```
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> [!tip] 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
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> 单例模式中使用volatile + synchronized实现线程安全的懒加载。volatile防止指令重排序，synchronized保证只创建一次实例。
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## 关联笔记
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- [[嵌入式系统/试题册/index|试题册索引]]
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