AndroidStudio用Cmake方式编译NDK代码

基础知识

1.cmake是什么？

CMake是一个跨平台的安装（编译）工具，可以用简单的语句来描述所有平台的安装(编译过程)。他能够输出各种各样的makefile或者project文件，能测试编译器所支持的C++特性,类似UNIX下的automake。

谷歌从AndroidStudio2.2以上就添加了Cmake方式来编译NDK代码，并从NDK例子看出，默认编译的方式就是cmake方式。

创建Android studio ndk工程

傻瓜式操作

1. 新建一个工程点击如下：然后把C/Cpp代码复制到src/main/cpp下，配置 CMakeLists.txt
   

手动配置

1. 在src/main下新建jni或者cpp目录，
2. 新建CMakeLists.txt,推荐目录/src/main/jni/CMakeLists.txt, 如下为默认生成的格式：

# 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} )

3. 并在build.gradle下关联CMakeLists.txt

   externalNativeBuild {
    cmake {
      //默认和build.gradle同一目录： path "CMakeLists.txt"
      path "/src/main/jni/CMakeLists.txt"
    }
   }

4. 配置gradle脚本

   android {
   compileSdkVersion 28
   defaultConfig {
    ...
    externalNativeBuild {
      cmake {
   
         // Passes optional arguments to CMake.
          arguments "-DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE=TRUE"
   
          // Sets optional flags for the C compiler.
          cFlags "-D_EXAMPLE_C_FLAG1", "-D_EXAMPLE_C_FLAG2"
   
          // Sets a flag to enable format macro constants for the C++ compiler.
          // -frtti: Runtime Type Information Support
          // -fexceptions : Exception Support
          //-std=c++14 : C++ Library Support
          cppFlags "-D__STDC_FORMAT_MACROS"
        //更多 arguments https://developer.android.com/ndk/guides/cmake           
      }
    }
    ndk {
      //    'x86', 'x86_64', 'armeabi', 'armeabi-v7a',
      //指定生成的CPU架构 Specifies the ABI configurations of your native
      abiFilters 'armeabi-v7a' 
    }
   }
   
   externalNativeBuild {
    cmake {
      //默认和build.gradle同一目录： path "CMakeLists.txt"
      path "/src/main/jni/CMakeLists.txt"
    }
   }
   buildTypes {
   ...
   }
   }

配置 CMake 构建脚本

如果您的原生源文件还没有 CMake 构建脚本，则您需要自行创建一个并包含适当的 CMake 命令。CMake 构建脚本是一个纯文本文件，您必须将其命名为 CMakeLists.txt。本部分介绍了您应包含到构建脚本中的一些基本命令，用于在创建原生库时指示 CMake 应使用哪些源文件。

注：如果您的项目使用 ndk-build，则不需要创建 CMake 构建脚本。提供一个指向您的 Android.mk 文件的路径，将 Gradle 关联到您的原生库。

要创建一个可以用作 CMake 构建脚本的纯文本文件，请按以下步骤操作：

1. 从 IDE 的左侧打开 Project 窗格并从下拉菜单中选择 Project 视图。

2. 右键点击您的模块的根目录并选择 New > File。

   注：您可以在所需的任意位置创建构建脚本。不过，在配置构建脚本时，原生源文件和库的路径将与构建脚本的位置相关。

3. 输入“CMakeLists.txt”作为文件名并点击 OK。

add_library

现在，您可以添加 CMake 命令，对您的构建脚本进行配置。要指示 CMake 从原生源代码创建一个原生库，请将 cmake_minimum_required() 和 add_library() 命令添加到您的构建脚本中：

# Sets the minimum version of CMake required to build your native library.
# This ensures that a certain set of CMake features is available to
# your build.

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# Specifies a library name, specifies whether the library is STATIC or
# SHARED, and provides relative paths to the source code. You can
# define multiple libraries by adding multiple add.library() commands,
# and CMake builds them for you. When you build your app, Gradle
# automatically packages shared libraries with your APK.

add_library( # Specifies 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 )

使用 add_library() 向您的 CMake 构建脚本添加源文件或库时，Android Studio 还会在您同步项目后在 Project 视图下显示关联的标头文件。不过，为了确保 CMake 可以在编译时定位您的标头文件，您需要将 include_directories() 命令添加到 CMake 构建脚本中并指定标头的路径：

add_library(...)

\# Specifies a path to native header files.
include_directories(src/main/cpp/include/)

CMake 使用以下规范来为库文件命名：

lib库名称.so

例如，如果您在构建脚本中指定“native-lib”作为共享库的名称，CMake 将创建一个名称为 libnative-lib.so 的文件。不过，在 Java 代码中加载此库时，请使用您在 CMake 构建脚本中指定的名称：

static { System.loadLibrary(“native-lib”); }

注：如果您在 CMake 构建脚本中重命名或移除某个库，您需要先清理项目，Gradle 随后才会应用更改或者从 APK 中移除旧版本的库。要清理项目，请从菜单栏中选择 Build > Clean Project。

Android Studio 会自动将源文件和标头添加到 Project 窗格的 cpp 组中。使用多个 add_library() 命令，您可以为 CMake 定义要从其他源文件构建的更多库。

添加 NDK API

Android NDK 提供了一套实用的原生 API 和库。通过将 NDK 库包含到项目的 CMakeLists.txt 脚本文件中，您可以使用这些 API 中的任意一种。

预构建的 NDK 库已经存在于 Android 平台上，因此，您无需再构建或将其封装到 APK 中。由于 NDK 库已经是 CMake 搜索路径的一部分，您甚至不需要在您的本地 NDK 安装中指定库的位置 - 只需要向 CMake 提供您希望使用的库的名称，并将其关联到您自己的原生库。

将 find_library() 命令添加到您的 CMake 构建脚本中以定位 NDK 库，并将其路径存储为一个变量。您可以使用此变量在构建脚本的其他部分引用 NDK 库。以下示例可以定位 Android 特定的日志支持库并将其路径存储在 log-lib 中：

find_library( # Defines the name of the path variable that stores the
              # location of the NDK library.
              log-lib

              # Specifies the name of the NDK library that
              # CMake needs to locate.
              log )

为了确保您的原生库可以在 log 库中调用函数，您需要使用 CMake 构建脚本中的 target_link_libraries() 命令关联库：

find_library(...)

\# Links your native library against one or more other native libraries.
target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       native-lib

                       # Links the log library to the target library.
                       ${log-lib} )

NDK 还以源代码的形式包含一些库，您在构建和关联到您的原生库时需要使用这些代码。您可以使用 CMake 构建脚本中的 add_library() 命令，将源代码编译到原生库中。要提供本地 NDK 库的路径，您可以使用 ANDROID_NDK 路径变量，Android Studio 会自动为您定义此变量。

以下命令可以指示 CMake 构建 android_native_app_glue.c，后者会将 NativeActivity 生命周期事件和触摸输入置于静态库中并将静态库关联到 native-lib：

add_library( app-glue
             STATIC
             ${ANDROID\_NDK}/sources/android/native\_app\_glue/android\_native\_app\_glue.c )

\# You need to link static libraries against your shared native library.
target_link_libraries( native-lib app-glue ${log-lib} )

添加其他预构建库

导入so库

添加预构建库与为 CMake 指定要构建的另一个原生库类似。不过，由于库已经预先构建，您需要使用 IMPORTED 标志告知 CMake 您只希望将库导入到项目中：

add_library( imported-lib
             SHARED
             IMPORTED )

然后，您需要使用 set_target_properties() 命令指定库的路径，如下所示。

某些库为特定的 CPU 架构（或应用二进制接口 (ABI)）提供了单独的软件包，并将其组织到单独的目录中。此方法既有助于库充分利用特定的 CPU 架构，又能让您仅使用所需的库版本。要向 CMake 构建脚本中添加库的多个 ABI 版本，而不必为库的每个版本编写多个命令，您可以使用 ANDROID_ABI 路径变量。此变量使用 NDK 支持的一组默认 ABI，或者您手动配置 Gradle 而让其使用的一组经过筛选的 ABI。例如：

add_library(...)
set_target_properties( # Specifies the target library.
                       imported-lib

                       # Specifies the parameter you want to define.
                       PROPERTIES IMPORTED_LOCATION

                       # Provides the path to the library you want to import.
                       imported-lib/src/${ANDROID_ABI}/libimported-lib.so )

为了确保 CMake 可以在编译时定位您的标头文件，您需要使用 include_directories() 命令，并包含标头文件的路径：

include_directories( imported-lib/include/ )

注：如果您希望封装一个并不是构建时依赖项的预构建库（例如在添加属于 imported-lib 依赖项的预构建库时），则不需要执行以下说明来关联库。

要将预构建库关联到您自己的原生库，请将其添加到 CMake 构建脚本的 target_link_libraries() 命令中：

target_link_libraries( native-lib imported-lib app-glue ${log-lib} )

在您构建应用时，Gradle 会自动将导入的库封装到 APK 中。您可以使用 APK 分析器验证 Gradle 将哪些库封装到您的 APK 中。如需了解有关 CMake 命令的详细信息，请参阅 CMake 文档。

导入.a静态库

android studio cmake 配置.a连接库

实战小案例

指定 C++标准

externalNativeBuild {
  cmake {
    cppFlags "-frtti -fexceptions -std=c++14"
    arguments '-DANDROID_STL=c++_shared'
  }
}

编译一个目录中所有源文件

# aux_source_directory 方法将路径列表全部放到一个变量中
aux_source_directory(${CMAKE_HOME_DIRECTORY}/src/api SRC_LIST)
aux_source_directory(${CMAKE_HOME_DIRECTORY}/src/core CORE_SRC_LIST)
# 拼接到路径列表
list(APPEND SRC_LIST ${CORE_SRC_LIST})
add_library(native-lib SHARED ${SRC_LIST})

调试

• message 方法打印

  cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
  message(STATUS "execute CMakeLists")
  # 日志输出==> .externalNativeBuild/cmake/debug/{abi}/cmake_build_output.txt

  CMakeLists.txt 改动什么时候执行

  sync 其他的时候只是出来缓存

  测试了下，好像在 sync 的时候会执行。执行一次后会生成 makefile 的文件缓存之类的东西放在 externalNativeBuild 中。所以如果 CMakeLists.txt 中没有修改的话再次同步好像是不会重新执行的。（或者删除 .externalNativeBuild 目录）
  真正编译的时候好像只是读取.externalNativeBuild 目录中已经解析好的 makefile 去编译。不会再去执行 CMakeLists.txt

教程

• 官方7step入门教程： cmake-tutorial 【英文】
  翻译： CMAKE官网教程 并有相关方法的详解

进阶
Book: Mastering CMake

资料文献

• CMake 手册详解（一）

• android ndk guides

  • Introduction
  • Building
  • Architectures and CPUs
  • Debugging and Profiling
  • Libraries 安卓各版本提供可调用ndk库
  • High-Performance Audio
  • 一些流行的底层的第三方库Simpleperf/ OpenSL ES/Vulkan/Machine Learning

• googlesamples/android-ndk

• CMake 官方文档

• JNI 框架官方文档

参考

• gcc程序的编译过程和链接原理
• AndroidStudio用Cmake方式编译NDK代码
• Android增量更新与CMake构建工具
• 跟我一起写 Makefile
• Android NDK开发扫盲及最新CMake的编译使用