Android NDK 编译原理

末蓝、 2022-11-17 03:38 232阅读 0赞

## 一、gradle ##

gradle是Android Studio指定的自动编译脚本，它有点像 Linux C开发中的 Makefile。下面我来看下 Android Studio 是如何使用 Gradle 的。

在 Android 项目中，包括三个 gradle 文件, 它分分别是：

*  build.gradle是Android 项目的顶级脚本；
 *  setting.gradle里记录了 Android 项目里都包括了哪些子项目；
 *  app/build.gradle里记录了每个子模块应该如何进行编译。

下面我们详细介绍一下每个文件的作用。

### 1、build.gradle ###

// Top-level build file where you can add configuration options common to all sub-projects/modules.
    
    buildscript {
        repositories {
            jcenter()
        }
        dependencies {
            classpath 'com.android.tools.build:gradle:2.3.3'
    
            // NOTE: Do not place your application dependencies here; they belong
            // in the individual module build.gradle files
        }
    }
    
    allprojects {
        repositories {
            jcenter()
        }
    }
    
    task clean(type: Delete) {
        delete rootProject.buildDir
    }

这个文件是整个项目的gradle基础配置文件，默认有三个“节点”，分别是 buildscript、allprojects 和 task clean。

>  *  buildscript下的第一个子节点”repositories”是声明仓库源，默认是jcenter。jcenter可以理解成是一个新的中央远程仓库。第二个子节点是dependencies声明Android gradle plugin的版本。
>  *  allprojects下是声明了所有project默认的仓库源。
>  *  task clean声明了一个叫clean的作务，该任务类型是Delete（也可以是Copy），就是每当修改settings.gradle文件后点击同步，就会删除rootProject.buildDir下的文件。
> 
> **注意** ：我们看到 allprojects 中也同样声明了jcenter，它是不是与buildscript重复了呢？其实allprojects中设置的jcenter作用域与buildscript是完全不一样的，allprojects设置的是project默认的仓库源，buildscript设置的是gradle使用的源。

### 2、setting.gradle ###

include ':app'

如果在project里添加了子项目(Module)，按理需要在settings.gradle里添加相应子项目名称。

## 3、app/build.gradle ##

//声名使用的是 android gradle 插件
    apply plugin: 'com.android.application'
    
    android {
        //编译 SDK 我本号
        compileSdkVersion 24
        //build 工具版本号 
        buildToolsVersion "25.0.0"
        //默认配置参数
        defaultConfig {
            //应用的包名
            applicationId "com.example.garrylea.testjni"
            minSdkVersion 15
            targetSdkVersion 24
            versionCode 1
            versionName "1.0"
            testInstrumentationRunner "android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        }
        buildTypes {
            release {
                //是否进行混淆
                minifyEnabled false
                // 混淆文件的位置
                proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro'
            }
        }
    }
    
    dependencies {
        //编译libs目录下的所有jar包
        compile fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
        androidTestCompile('com.android.support.test.espresso:espresso-core:2.2.2', {
            exclude group: 'com.android.support', module: 'support-annotations'
        })
        compile 'com.android.support:appcompat-v7:24.2.1'
        compile 'com.android.support.constraint:constraint-layout:1.0.2'
        testCompile 'junit:junit:4.12'
    }

这里需要说明几点：

>  *  apply plugin: 指明 gradle wrapper应该使用那个 gradle 插件。一般情况下我们都应该使用 android 插件。
>  *  buildToolsVersion: 指明你本地安装的 build tools 版本。很多人导入新的第三方库，失败的原因之一是build version的版本不对导致的。可以手动更改成你本地已有的版本或者打开 SDK Manager 去下载对应版本。
>  *  applicationId: 代表应用的包名。

## 二、交叉编译 ##

由于目标环境中各种资源都相对有限，所以很难直接进行本地编译，所以需要交叉编译。

交叉工具链是指可以生成目标环境可运行代码的工具集。我们知道，在Linux系统中的编译工具链包括以下一些工具, 编译器gcc, 链接器ld, 归档工具ar等等，如果在 Linux 环境中交叉编译 Android 系统环境可运行的代码，是不能直接使用Linux下的编译工具的，而应该使用 Android NDK 里的工具链，它们对应的名子为 arm-linux-android-gcc, arm-linux-android-ld等等。  
交叉编译工具的命名规则 arch-\[vendor\]-kernel-system-toolname。它由五部分组成，下面分别解释一下每部分的含义：

> arch，指的是CPU架构, 一般包括如下几种架构: arm, mips, powerpc, x86, x86\_64。  
> verdor, 一般指的是生产厂商, 如果没有生产厂商可以为空。  
> kernel, 指的目标环境使用的 kernel，以android为例，它使用的是 linux内核，所以在这部分会填写为linux。  
> system, 指的是那个系统, 如androideabi, android  
> toolname: 指的是 gcc, ld, ar等。

所以我们可以看到 android 的编译工具的名子会写成 arm-linux-andirod-gcc。

在做交叉编译时，我们常会在脚本中定义一些环境变量以方便我们命名用，常用的环境变量如下：

> PREFIX: 指明交叉编译后输出的目录。  
> ARCH: 指明交叉编译后输出的CPU架构。  
> CROSS-PREFIX：指明交叉编译前辍 arch-vender-kernel-system  
> SYSROOT: 指明交叉编译目标机器的头文件和库文件目录  
> TOOLCHAIN: 指明交叉编译工具链的位置。  
> PLATFROM： 指明交叉编译时使用的是哪个版本的的头文件和库文件。它是 SYSROOT的一部分。  
> ANDROID\_NDK: 指明 Android NDK 所在目录。

举例，以ffmpeg的交叉编译为例，我们可以来看一下如果生成交叉编译的Makefile。

通过设置configure 参数来生成交叉编译的 Makefile 文件  
**—arch 指定架构**  
**—cross-prefix 交叉编译工具链前辍**  
**—sys root 交叉编译树的根**

./configure –target-os=linux –arch=arm –enable-cross-compile –cross-prefix=arm-linux-androideabi- –sysroot=~Library/Android/sdk/ndk-bundle/platforms/android-9/arch-arm  
执行后的结果如下：

> install prefix /usr/local  
> source path .  
> C compiler arm-linux-androideabi-gcc  
> C library bionic  
> host C compiler gcc  
> host C library  
> ARCH arm (armv5te)

## 三、NDK编译环境 ##

上面的方式比较原始，技术门槛稍高，对之前没有做过嵌入式开发的同学来说难度还是蛮大的。

为了解决这个问题，Google 提供了一系列脚本工具，以方便大家做 Android NDK方面的开发，其中最重要的是 ndk-build 脚本。有了这些脚本，开发者就不必再定义各种环境变量，只需要提供两个 Makefile 片段指明要编译哪些C/C++文件，生成哪个目标环境的程序就好了。 ndk-build脚本工具会自动检测各种环境变量、目标环境编译器等，最终完成交叉编译。  
先让我们来看一下 ndk-build 吧。通过查看ndk-build源码我们可以看到，它执行的是类似于 $GNUMAKE -f /build/core/build-local.mk 这样的命令，实际就是自动检测并设置环境变量。我执行 ndk-build NDK\_LOG=1 命令，会看到下面的信息：

Android NDK: NDK installation path auto-detected: 
    Android NDK: GNU Make version 3.81 detected
    Android NDK: Host OS was auto-detected: darwin
    Android NDK: Host operating system detected: darwin
    Android NDK: Host CPU was auto-detected: x86
    Android NDK: HOST_TAG set to darwin-x86
    Android NDK: Host tools prebuilt directory: 
    **#这里检测到编译器地址**
    ~/Library/Android/sdk/ndk-bundle/prebuilt/darwin-x86_64/bin 
    Android NDK: Found platform root directory: 
    **#这里检测到 platforms 目录地址** 
    ~/Library/Android/sdk/ndk-bundle/platforms 
    **#下面列出了所有支持的 platform**
    Android NDK: Found supported platforms: android-12 android-13 android-14 android-15 android-16 android-17 android-18 android-19 android-21 android-22 android-23 android-24 android-26 android-9 
    **#列出支持的目标环境** 
    Android NDK: PLATFORM android-12 supports: arm mips x86 
    **#下面是每个目标环境的的环境树**
    Android NDK:   ABI arm sysroot is: /Users/lichao/Library/Android/sdk/ndk-bundle/platforms/android-12/arch-arm
    Android NDK:   ABI mips sysroot is: /Users/lichao/Library/Android/sdk/ndk-bundle/platforms/android-12/arch-mips
    Android NDK:   ABI x86 sysroot is: /Users/lichao/Library/Android/sdk/ndk-bundle/platforms/android-12/arch-x86

通过上面的分析我们应该已经很清楚 ndk-build 主要作什么事情了。既然 Google已经给我们提供了这么方便的交叉编译工具，那作为开发者我们还需要做哪些事情呢？  
作为开发者的我们还需要做下面两件事儿：

>  *  编写 C/C++ 代码。
>  *  编写 Android.mk 和 Application.mk 两个 Makefile 片段。

下面我们就来看一下两个Makefile片段 Android.mk 和 Application.mk 是做什么用的。

>  *  Android.mk： 目的是用于向构建系统描述源文件和共享库，它位于 $PROJECT/ni/目录中。
>  *  Application.mk： 目的是描述在你的应用程序中所需要的模块(即静态库或动态库)，它也位于 $PROJECT/jni/ 目录中。

首先我们先来看一下 Android.mk的例子：

> LOCAL\_PATH := $(call my-dir)  
> include $(CLEAR\_VARS)  
> LOCAL\_MODULE := hello\_jni  
> LOCAL\_SRC\_FILES := hello\_jni.c  
> include $(BUILD\_SHARED\_LIBRARY)

*  在Android.mk中必须首先定义 LOCAL\_PATH 变量，此变量表示源文件在开发树中的位置。构建系统提供的宏函数 my-dir 将返回当前目录（包含 Android.mk 文件本身的目录）的路径。
 *  CLEAR\_VARS 变量指向特殊 GNU Makefile，可为您清除许多 LOCAL\_XXX 变量，例如 LOCAL\_MODULE、LOCAL\_SRC\_FILES 和 LOCAL\_STATIC\_LIBRARIES。 请注意，它不会清除 LOCAL\_PATH。此变量必须保留其值，因为系统在单一 GNU Make 执行环境（其中所有变量都是全局的）中解析所有构建控制文件。 在描述每个模块之前，必须声明（重新声明）此变量。
 *  LOCAL\_MODULE 变量将存储您要构建的模块的名称
 *  LOCAL\_SRC\_FILES 枚举源文件，以空格分隔多个文件。LOCAL\_SRC\_FILES 变量必须包含要构建到模块中的 C 和/或 C++ 源文件列表。
 *  最后一行帮助系统将所有内容连接到一起。

我们再来看一下Application.mk的例子：

> APP\_PLATFORM := android-9  
> APP\_STL := gnustl\_static  
> APP\_CFLAGS := -Wno-error=format-security  
> APP\_ABI := armeabi armeabi-v7a arm64-v8a  
> APP\_OPTION := release

APP\_PLATFORM 变量包含目标 Android 平台的名称。NDK API 级别与 Android 版本对照表如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>NDK 支持的 API 级别</th> 
   <th>Android 版本</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>9</td> 
   <td>2.3 到 3.0.x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>12</td> 
   <td>3.1.x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>13</td> 
   <td>3.2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>14</td> 
   <td>4.0 到 4.0.2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>15</td> 
   <td>4.0.3 和 4.0.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>16</td> 
   <td>4.1 和 4.1.1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>17</td> 
   <td>4.2 和 4.2.2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>18</td> 
   <td>4.3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>19</td> 
   <td>4.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>21</td> 
   <td>4.4W 和 5.0</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

APP\_STL 默认情况下，NDK 构建系统为 Android 系统提供的最小 C++ 运行时库 (system/lib/libstdc++.so) 。 该指令可以让您在自己的应用中使用或链接的替代 C++ 实现。

APP\_CFLAGS构建系统在仅构建 C++ 源文件时传递到编译器的一组 C++ 编译器标志。

您可以使用 APP\_ABI 选择编译出不同的 ABI 目标环境代码。

可定义变量为 release 或 debug。在构建应用的模块时可使用它来更改优化级别。