使用Android Studio和CMake進行NDK開發(fā) - 基礎

1. 概述

在Android Studio 2.2之后，可以使用CMake來進行NDK開發(fā)，C/C++開發(fā)的便利性又提升了不少。這個是個好事，比較CMake使用起來還是比make要簡單，并且抽象、跨平臺。例如在linux可以生產linux下的makefile，在windows下可以生產Visual Studio的工程文件。

這里需要解析幾個名詞：

  • NDK

Android Native Development Kit，里面包含各個平臺上的C/C++編譯器、相關頭文件和庫（相當于Java的庫）。

  • CMake

一套構建系統(tǒng)，類似Gradle，但是CMake不直接參與編譯，而是產生其他構建系統(tǒng)的工程文件，再進行編譯，在Android Studio當中，Gradle插件會驅動CMake產生各個平臺（armeabi、armeabi-v7a、x86等）的ninja的構建文件，再驅動編譯器進行編譯。

  • LLDB

調試器，可以用來調試原生代碼，之前版本使用的是GDB。

2. 準備

本文是基于Android Studio 2.3來講解的，因此需要升級到2.3。安裝好2.3之后，打開【SDK Manager】

image.png

勾選：【CMake】和【NDK】兩個選項，然后點擊【Apply】進行安裝

因為google在國內假設了鏡像站點，現(xiàn)在不需要使用[可不描述]來更新SDK了

3. 實踐

3.1 創(chuàng)建項目

創(chuàng)建項目的流程，官方文檔也有： https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html
因此，我這里會在流程上補充一些說明。

新建項目，在第一頁中勾選：

image.png

【include c++ support】來支持C++開發(fā)，如果已有項目沒有勾選也沒關系，可以在菜單中【link 】

一路next來到最后一頁，定制你的C++項目支持

image.png

主要有三個參數(shù)組成：

  • C++標準

現(xiàn)在基本都是C++ 11開發(fā)了，如果不是要維護非常老的代碼，建議選擇C++11。
C++11相對于之前的版本（C++03）增加的功能非常豐富，具體可以參考這篇文章： http://blog.csdn.net/zhuxianjianqi/article/details/8658169

  • Exception Support

異常支持，如果取消掉的話，那么就不能使用 try-catch 進行異常處理了，建議選擇。

  • Runtime Type Information Support

運行時類型信息支持，在C++運行的時候，不像Java、C#等一樣，可以動態(tài)獲取對象的類信息，開啟這個選項來支持這個功能，建議選擇。

到這里，項目就創(chuàng)建完畢了，點擊 run 按鈕，APP就可以在模擬器或者android設備上運行。

3.2 工程結構

打開代碼所在的目錄，進入APP子模塊，可以看到相比傳統(tǒng)的APP項目，會多出以下文件或者目錄：

  • CMakeList.txt

CMake的工程文件，相當于 build.gradle 用于說明編譯那些C/C++源碼，以及相關的編譯參數(shù)

  • src/main/cpp

C/C++源碼目錄

  • .externalNativeBuild

該文件夾是臨時文件夾，gradle插件會調用cmake產生各個平臺的臨時構建文件，都存放在該目錄

3.3 編譯流程

需要注意的是，cmake并不能直接編譯 c/c++ 源碼，需要產生 ninja 的項目文件，才會編譯，其流程大體是這樣的。

生成ninja工程 ---> 編譯/鏈接 ---> APP打包

對于 產生ninja工程，可以通過下述三種方式：

  • 修改CMakeLists.txt，然后執(zhí)行 Build菜單的 Make Project 或者 Make module 或者直接 Run
  • 執(zhí)行 Gradle Sync
  • 執(zhí)行 Build菜單的 Refresh Linked C++ Projects

在實際使用中，有時候修改CMakeLists.txt不會重新產生ninja工程文件，導致編譯會出現(xiàn)問題，所以官方可能也留了 Refresh Linked C++ Projects 給到大家手動刷新。另外，手動添加 C/C++源碼的時候，也可以通過這種方式刷新工程。

4. 編譯參數(shù)解析

4.1 build.gradle

該文件可以指定工具鏈的大部分核心參數(shù)，里面的源碼大致如下：

apply plugin: 'com.android.application'

android {
    compileSdkVersion 24
    buildToolsVersion "25.0.3"
    defaultConfig {
        applicationId "com.test.ndkhelloworld"

        ...

        // 該代碼塊用于配置相關的參數(shù)
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags "-std=c++11 -frtti -fexceptions"
            }
        }
    }
    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled false
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }

    // 該代碼塊用于鏈接到指定的CMakeLists.txt，路徑是相對路徑
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"
        }
    }
}

...

這里有兩個 externalNativeBuild 代碼塊

  • android.externalNativeBuild

ExternalNativeBuild 對象：http://google.github.io/android-gradle-dsl/current/com.android.build.gradle.internal.dsl.ExternalNativeBuild.html
主要配置 cmake 或者 ndk-build 的工程文件路徑

  • `android.defaultConfig.externalNativeBuild

ExternalNativeBuildOptions 對象: http://google.github.io/android-gradle-dsl/current/com.android.build.gradle.internal.dsl.ExternalNativeBuild.html
具體的參數(shù)配置。后面都是以這個配置參數(shù)來講解。

4.2 CMake變量解析

可以通過 arguments 命令來傳遞CMake構建參數(shù)（這些參數(shù)，實際會傳遞到NDK的構建工具鏈），形式為： -D參數(shù)名=參數(shù)值1 參數(shù)值2，需要注意的是，如果有多個參數(shù)，那么必須換行來傳遞，例如：

externalNativeBuild {
            cmake {
                arguments "-DANDROID_TOOLCHAIN=gcc"
                            "-DANDROID_STL=stlport_static"
            }
        }

以下是常用的變量：

  • ANDROID_TOOLCHAIN

編譯工具鏈，可選：clang（默認）和gcc（已經過期）。

  • ANDROID_PLATFORM

android平臺，例如：android-18 注意，該取值會影響到原生API的時候，有些原生API在低版本的android是沒有的，詳見： https://developer.android.com/ndk/guides/stable_apis.html

  • ANDROID_STL

STL（標準模板庫）的選擇，NDK自帶了很多個版本的STL，功能大體上是一樣的，但是授權會不一樣。詳細請閱讀： https://developer.android.com/ndk/guides/cpp-support.html#hr
（stlport已經實現(xiàn)異常處理了，在低版本的NDK是不支持的）

  • ANDROID_PIE

啟用PIE（position-independent executables），如果是 ANDROID_PLATFORM = android-16，該選項默認開啟（取值為 ON），否則為 OFF

  • ANDROID_CPP_FEATURES

C++的功能，取值為： rtti 和 exceptions，也可以使用 cppFlags 指定

  • ANDROID_ALLOW_UNDEFINED_SYMBOLS

允許未定義的符號，默認為 FALSE，可以取值為：TRUE。

  • ANDROID_ARM_MODE

指令集模式，默認為： thumb ，可以取值為： arm

  • ANDROID_ARM_NEON

是否啟用NEON，默認為FALSE，啟用為：TRUE

  • ANDROID_DISABLE_FORMAT_STRING_CHECKS

是否禁用字符串格式化檢查，默認為：FALSE，可以取值為：TRUE，建議默認值，不要禁用，因為很多漏洞或者BUG都出現(xiàn)在字符串格式化上面。

4.3 abi過濾器

通過 abiFilters 可以編譯出指定ABI的二進制文件，可選值為：armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a、mips、mips64、x86以及x86_64

默認情況下，編譯出來的都包含上述的ABI的二進制文件，如下圖：

APK信息，build菜單->Analyze APK->選擇產生的APK

可以清楚的看到，編譯出來的二進制文件（庫）可以在ARM、X86和MIPS所有平臺上運行。實際上，我們想給APK瘦身的，不需要在那么多平臺上運行，可以取消掉一些平臺的支持，例如我們只支持armeabi和armeabi-v7a，X86和MIPS都不需要

externalNativeBuild {
            cmake {
                abiFilters "armeabi", "armeabi-v7a"
                cppFlags "-std=c++11 -frtti -fexceptions"
                arguments "-DANDROID_TOOLCHAIN=gcc",
                            "-DANDROID_STL=stlport_static"
            }
        }

執(zhí)行clean之后再產生APK，可以看到，只有兩個ABI的二進制產生

APK信息，build菜單->Analyze APK->選擇產生的APK

我發(fā)現(xiàn)一個問題，即使sync、clean等一系列的操作后，不會刪除原有產生的ninja工程文件，可以先手動刪除掉 .externalNativeBuild 目錄再重試一下。

4.4 傳遞C/C++參數(shù)

cFlags和cppFlags可以傳遞C/C++編譯參數(shù)，這里不詳細討論。

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