欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  移动技术

Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库

程序员文章站 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

Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库

Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库

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:

Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库

Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库

3、认识CMakeLists.txt构建脚本文件

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()
配置so库信息(为当前当前脚本文件添加库)

native-lib
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

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<android.support.constraint.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    xmlns:opencv="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context="com.example.bill.opencvtest.MainActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/sample_text"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="Hello World!"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />
    <org.opencv.android.JavaCameraView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:id="@+id/activity_camera_view"
        opencv:show_fps="true"
        opencv:camera_id="any"/>
</android.support.constraint.ConstraintLayout>
为了愉快的使用OpenCV Library,可以直接在AndroidManifest.xml里面加入如下权限

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.bill.opencvtest">

    <uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE" />
    <uses-permission android:name="android.permission.CAMERA"/>
    <uses-feature android:name="android.hardware.camera"/>
    <uses-feature android:name="android.hardware.camera.autofocus"/>
    <uses-feature android:name="android.hardware.camera.front"/>
    <uses-feature android:name="android.hardware.camera.front.autofocus"/>

    <application
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/AppTheme">
        <activity android:name=".MainActivity"
            android:screenOrientation="landscape"
            android:configChanges="keyboardHidden|orientation">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

</manifest>