Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库
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2022-04-10 12:46:46
Note：这篇文章是基于Android Studio 3.01版本的，NDK是R16。step1:创建一个包含C++的项目其他默认就可以了。C++ Standard指定编译库的环境，其中Toolchain Default使用的是默认的CMake环境；C++ 11也就是C++环境。两种环境都可以编库，... ......
Note：这篇文章是基于Android Studio 3.01版本的，NDK是R16。
step1:创建一个包含C++的项目
其他默认就可以了。
C++ Standard
指定编译库的环境，其中Toolchain Default使用的是默认的CMake环境；C++ 11也就是C++环境。两种环境都可以编库，至于区别，后续会跟进，当前博文使用的是CMake环境。
Exceptions Support
如果选中复选框，则表示当前项目支持C++异常处理，如果支持，在项目Module级别的build.gradle文件中会增加一个标识 -fexceptions到cppFlags属性中，并且在so库构建时，gradle会把该属性值传递给CMake进行构建。
Runtime Type Information Support
同理，选中复选框，项目支持RTTI，属性cppFlags增加标识-frtti
切换到project 模式，生成的目录的结构如下：
CMakeLists.txt文件用于配置JNI项目属性，主要用于声明CMake使用版本、so库名称、C/CPP文件路径等信息，下面是该文件内容：
# For more information about using CMake with Android Studio, read the
# documentation: https://d.android.com/studio/projects/add-native-code.html
# Sets the minimum version of CMake required to build the native library.
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
# Creates and names a library, sets it as either STATIC
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
# You can define multiple libraries, and CMake builds them for you.
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.
add_library( # Sets the name of the library.
native-lib
# Sets the library as a shared library.
SHARED
# Provides a relative path to your source file(s).
src/main/cpp/native-lib.cpp )
# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.
find_library( # Sets the name of the path variable.
log-lib
# Specifies the name of the NDK library that
# you want CMake to locate.
log )
# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.
target_link_libraries( # Specifies the target library.
native-lib
# Links the target library to the log library
# included in the NDK.
${log-lib} )
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
CMake最小版本使用的是3.4.1。add_library()
native-lib
配置so库信息（为当前当前脚本文件添加库）
这个是声明引用so库的名称，在项目中，如果需要使用这个so文件，引用的名称就是这个。值得注意的是，实际上生成的so文件名称是libnative-lib。当Run项目或者build项目是，在Module级别的build文件下的intermediates\transforms\mergeJniLibs\debug\folders\2000\1f\main下会生成相应的so库文件。SHARED
这个参数表示共享so库文件，也就是在Run项目或者build项目时会在目录intermediates\transforms\mergeJniLibs\debug\folders\2000\1f\main下生成so库文。此外，so库文件都会在打包到.apk里面，可以通过选择菜单栏的Build->Analyze Apk...*查看apk中是否存在so库文件，一般它会存放在lib目录下。src/main/cpp/native-lib.cpp
构建so库的源文件。STATIC：静态库，是目标文件的归档文件，在链接其它目标的时候使用。
SHARED：动态库，会被动态链接，在运行时被加载。
MODULE：模块库，是不会被链接到其它目标中的插件，但是可能会在运行时使用dlopen-系列的函数动态链接。
更详细的解释请参考这篇文章：C++静态库与动态库
头文件
也可以配置头文件路径，方法是（注意这里指定的是目录而非文件）：
include_directories([AFTER|BEFORE] [SYSTEM] dir1 [dir2 ...])下面的配置实际上与自定义的JNI项目（自定义的so库）没有太大关系。
find_library()
这个方法与我们要创建的so库无关而是使用NDK的Apis或者库，默认情况下Android平台集成了很多NDK库文件，所以这些文件是没有必要打包到apk里面去的。直接声明想要使用的库名称即可（猜测：貌似是在Sytem/libs目录下）。在这里不需要指定库的路径，因为这个路径已经是CMake路径搜索的一部分。如示例中使用的是log相关的so库。log-lib
这个指定的是在NDK库中每个类型的库会存放一个特定的位置，而log库存放在log-lib中log
指定使用log库target_link_libraries()
如果你本地的库（native-lib）想要调用log库的方法，那么就需要配置这个属性，意思是把NDK库关联到本地库。native-lib
要被关联的库名称${log-lib}
要关联的库名称，要用大括号包裹，前面还要有$符号去引用。实际上，我们可以自己创建CMakeLists.txt文件，而且路径不受限制，只要在build.gradle中配置externalNativeBuild.cmake.path来指定该文件路径即可。
add_subdirectory 可以执行子路径的CMakeLists.txt
添加自定义的C++库mathlib创建源文件 我的项目名称为OpenCVTest，所以右键这个项目点击New->Module，然后选Android Library，输入库的名称MathLib，然后Finish，系统就会生成对应的模块，并构建好初始的目录树。系统将库命名为MathLib，但是目录树中还是小写的mathlib。这个时候系统会自动在*settings.gradle添加对于这个新模块的include语句。并且在模块目录下构建好了初始的build.gradle。 现在我们开始创建自己的C++库，首先右键mathlib目录下的src/main，然后选择New->Directory，输入cpp并确定。这个目录就是我们要创建的库的源文件的位置。 右键add，点击New->C/C++ Source File，输入add.cpp，并选中Create an associated header。 在.cpp文件中定义好一个简单的加法函数，并在.h文件中添加好对应声明。
add.cpp
#include "add.h"
int add(int a,int b) {
return a + b;
}add.h
#ifndef OPENCVTEST_ADD_H #define OPENCVTEST_ADD_H int add(int a,int b); #endif //OPENCVTEST_ADD_H
将源文件关联到构建系统中
我们用CMake来构建C++库，然后CMake又要和gradle结合，在Android Studio里面协作管理C++和Java的代码。
我们在模块mathlib的根目录下创建一个名为CMakeLists.txt的文件，写入
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
add_library(add SHARED
src/main/cpp/add.cpp)
set(distribution_DIR ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../distribution)
set_target_properties(add PROPERTIES
LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY
${distribution_DIR}/libs/${ANDROID_ABI})
target_include_directories(add
PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/main/cpp)
add_custom_command(TARGET add POST_BUILD
COMMAND "${CMAKE_COMMAND}" -E
copy "${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/main/cpp/add.h"
"${distribution_DIR}/include/mathlib/add.h"
# **** the following 2 lines are for potential future debug purpose ****
# COMMAND "${CMAKE_COMMAND}" -E
# remove_directory "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}"
COMMENT "Copying gmath to output directory")set可以自定义变量。这里定义生成so文件的目录
set_target_properties 命令的意思是设置目标的一些属性来改变它们构建的方式。这个命令中设置了 add的ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY 属性。也就是改变了输出路径。
add_custom_command 命令是自定义命令。命令中把头文件也复制到了 distribution_DIR 中。
target_include_directories，它对创建的库设置include路径，针对目标来设置，可以避免与其他库的冲突，并且此时对自定义的库设置好了此路径后，后续导入这个库就不需要再次设置了。但对于预构建的库，就需要设置，稍后会有详细讲解。
接下来我们在模块mathlib的build.gradle中的defaultConfig{}中添加如下语句：
externalNativeBuild {
cmake {
arguments '-DANDROID_PLATFORM=android-19',
'-DANDROID_TOOLCHAIN=clang', '-DANDROID_STL=gnustl_static'
targets 'add'
}
}这里arguments是编译参数，而targets则是相比于add_subdirectory更高权限的方法。一般来说可以把它删去，即默认构建所有目标。
然后在android{}最后添加如下语句，将CMakeLists.txt关联起来。
externalNativeBuild {
cmake {
path 'CMakeLists.txt'
}
}C++库已经创建好了，接下来就要在主模块中使用它了。
为了使用自定义C++库，我们需要一个中间人，它从Android本身的Java程序中获取请求，然后使用我们的C++库中的函数计算得到结果，并将数据传回Android本身的Java程序中。
创建一个中间文件native-math.cpp
#include <jni.h>
#include <string>
#include "mathlib/add.h"
extern "C"
JNIEXPORT jstring
JNICALL
Java_com_example_bill_opencvtest_MainActivity_stringFromJNI(
JNIEnv *env,
jobject /* this */) {
std::string hello = "Hello from C++ From Android openCVTest";
return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_bill_opencvtest_MainActivity_addFromCpp(JNIEnv *env, jobject instance, jint a,
jint b) {
// TODO
return add(a,b);
}
在app/CMakeLists.txt 加上这个自定义库的引用
set(distribution_DIR ${CMAKE_SOURCE_DIR}/../distribution)
include_directories(${distribution_DIR}/include)
add_library(lib_add SHARED IMPORTED)
set_target_properties(lib_add PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
${distribution_DIR}/libs/${ANDROID_ABI}/libadd.so)
add_library( # Sets the name of the library.
native-math
# Sets the library as a shared library.
SHARED
# Provides a relative path to your source file(s).
src/main/cpp/native-math.cpp )
find_library( # Sets the name of the path variable.
log-lib
# Specifies the name of the NDK library that
# you want CMake to locate.
log )
set_target_properties(native-math PROPERTIES
LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY
${distribution_DIR}/libs/${ANDROID_ABI})
target_link_libraries( # Specifies the target library.
native-math
android
log
lib_add
# Links the target library to the log library
# included in the NDK.
${log-lib} )在模块app的局部build.gradle中，像之前一样添加好对应的语句：
defaultConfig{}中：
externalNativeBuild {
cmake {
arguments '-DANDROID_PLATFORM=android-19',
'-DANDROID_TOOLCHAIN=clang', '-DANDROID_STL=gnustl_static'
}
}
ndk {
//abiFilters 'armeabi-v7a','x86_64'
}
其中ndk指定abi平台
ABI（Application binary interface）应用程序二进制接口。不同的CPU 与指令集的每种组合都有定义的 ABI (应用程序二进制接口)，一段程序只有遵循这个接口规范才能在该 CPU 上运行，所以同样的程序代码为了兼容多个不同的CPU，需要为不同的 ABI 构建不同的库文件。当然对于CPU来说，不同的架构并不意味着一定互不兼容。
armeabi设备只兼容armeabi； armeabi-v7a设备兼容armeabi-v7a、armeabi； arm64-v8a设备兼容arm64-v8a、armeabi-v7a、armeabi； X86设备兼容X86、armeabi； X86_64设备兼容X86_64、X86、armeabi； mips64设备兼容mips64、mips； mips只兼容mips；接着在src/main/java/*/MainActivity.java中的MainActivity类下面，加载库，以及设置好对应的方法声明：
static {
System.loadLibrary("native-math");
}
/**
* A native method that is implemented by the 'native-lib' native library,
* which is packaged with this application.
*/
public native String stringFromJNI();
public native int addFromCpp(int a, int b);
然后就可以在onCreate方法中使用这个C++库定义的函数，在Java中对应的函数了
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
// Example of a call to a native method
TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);
tv.setText(stringFromJNI() + "____" + addFromCpp(2,88));最后别忘了在项目中添加模块的依赖关系才可以正常运行这个Android App。右键项目OpenCVTest，选择Open Module Settings。选择app->Dependencies，添加Module dependency，选择mathlib，确定即可
添加OpenCV库的支持 导入OpenCV进项目 从OpenCV的官网将OpenCV4Android 3.4下载下来，解压到某个目录。 点击Android Studio的File->New->Import Module，然后选择路径为OpenCV-android-sdk/sdk/java，确定。并在导入之后，修改build.gradle中的SDK版本。 在Open Module Settings中添加模块的依赖关系，使app依赖openCVLibrary340。
现在已经可以在.java文件中看得到OpenCV的自动补全了。
配置OpenCV的C++预构建库
把包含文件夹OpenCV-android-sdk/sdk/native/jni/include和预构建库文件夹OpenCV-android-sdk/sdk/native/libs也复制到项目的distribution中。
由于之前已经在添加C++库时修改了app的build.gradle，所以这个步骤现在不需要再执行了。
由于OpenCV是预构建库，所以没有编译的过程，因此模块openCVLibrary320中不需要添加CMakeLists.txt等。我们直接在app模块中根目录下的CMakeLists.txt导入OpenCV的库即可。
set(libs "${CMAKE_SOURCE_DIR}/src/main/jniLibs") include_directories(${distribution_DIR}/include) # set add lib add_library(libopencv_java3 SHARED IMPORTED ) set_target_properties(libopencv_java3 PROPERTIES IMPORTED_LOCATION "${libs}/${ANDROID_ABI}/libopencv_java3.so") add_library( # Sets the name of the library. native-opencv # Sets the library as a shared library. SHARED # Provides a relative path to your source file(s). src/main/cpp/native-opencv.cpp ) set_target_properties(native-opencv PROPERTIES LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY ${distribution_DIR}/libs/${ANDROID_ABI}) target_link_libraries( # Specifies the target library. native-opencv android log libopencv_java3 # Links the target library to the log library # included in the NDK. ${log-lib} )需要注意的是.so使用SHARED，.a使用STATIC。
注意：预构建库：so文件和.a文件必须copy在src/main/jniLibs这个目录，才可以自动被打包。其他路径都不可以，连source这个命令也不起作用
现在可以使用openCV库了，新建一个文件native-opencv.cpp
// // Created by bill on 2018/1/13. // #include <jni.h> #include <opencv2/opencv.hpp> #include <vector> using namespace cv; using namespace std; extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_bill_opencvtest_MainActivity_nativeProcessFrame(JNIEnv *env, jobject instance, jlong addrGray, jlong addrRGBA) { // TODO Mat& gray = *(Mat *) addrGray; Mat& rgba = *(Mat *) addrRGBA; vector<KeyPoint> v; Ptr<ORB> orb = ORB::create(); orb->detect(gray, v, cv::Mat()); for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { const KeyPoint& kp = v[i]; circle(rgba, Point(kp.pt.x, kp.pt.y), 10, Scalar(255,0,0,255)); } }现在就可以在src/main/java/*/MainActivity.java中按照同样的方法，载入库，写上方法声明。最后，如下所示。
static { System.loadLibrary("native-opencv"); System.loadLibrary("native-math"); } /** * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library, * which is packaged with this application. */ public native String stringFromJNI(); public native int addFromCpp(int a, int b); private native void nativeProcessFrame(long addrGray, long addrRGBA);完整的MainActivity
package com.example.bill.opencvtest; import android.app.Activity; import android.os.Bundle; import android.util.Log; import android.view.WindowManager; import android.widget.TextView; import org.opencv.android.CameraBridgeViewBase; import org.opencv.android.OpenCVLoader; import org.opencv.core.CvType; import org.opencv.core.Mat; public class MainActivity extends Activity implements CameraBridgeViewBase.CvCameraViewListener2{ static { System.loadLibrary("native-opencv"); System.loadLibrary("native-math"); } /** * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library, * which is packaged with this application. */ public native String stringFromJNI(); public native int addFromCpp(int a, int b); private native void nativeProcessFrame(long addrGray, long addrRGBA); private static final String TAG = "MainActivity"; private Mat rgba; private Mat gray; private CameraBridgeViewBase mOpenCvCameraView; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); // Example of a call to a native method TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text); tv.setText(stringFromJNI() + "____" + addFromCpp(2,88)); getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON); mOpenCvCameraView = (CameraBridgeViewBase) findViewById(R.id.activity_camera_view); mOpenCvCameraView.setVisibility(CameraBridgeViewBase.VISIBLE); mOpenCvCameraView.setCvCameraViewListener(this); } @Override public void onPause() { super.onPause(); if (mOpenCvCameraView != null){ mOpenCvCameraView.disableView(); } } @Override public void onResume() { super.onResume(); if (!OpenCVLoader.initDebug()) { Log.d(TAG, "Internal OpenCV library not found. Using OpenCV Manager for initialization"); } else { Log.d(TAG, "OpenCV library found inside package. Using it!"); mOpenCvCameraView.enableView(); } } public void onDestroy() { super.onDestroy(); if (mOpenCvCameraView != null){ mOpenCvCameraView.disableView(); } } public void onCameraViewStarted(int width, int height){ rgba = new Mat(height, width, CvType.CV_8UC4); gray = new Mat(height, width, CvType.CV_8UC1); } public void onCameraViewStopped() { rgba.release(); gray.release(); } public Mat onCameraFrame(CameraBridgeViewBase.CvCameraViewFrame inputFrame){ rgba = inputFrame.rgba(); gray = inputFrame.gray(); nativeProcessFrame(gray.getNativeObjAddr(), rgba.getNativeObjAddr()); return rgba; } }activity_main.xml
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