Android NDK 入门 - 初探 CMake | 这是个标题

概念

NDK

Native Development Kit（NDK）是一系列工具的集合。它提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发 C/C++ 的动态库，并能自动将 so 和 Java 一起打包成 apk
JNI

Java Native Interface（JNI）标准是 Java 平台的一部分，JNI 是 Java 语言提供的 Java 和 C/C++ 相互沟通的机制，Java可以通过 JNI 调用 C/C++ 代码，C/C++ 的代码也可以调用 Java 代码，JNI 是属于 Java 的，与 Android 无直接关系
JNI 与 NDK 的关系

NDK 可以为我们生成了 C/C++ 的动态链接库，JNI 是 Java 和 C/C++ 沟通的接口，两者与 Android 没有半毛钱关系，只因为安卓是 Java 程序语言开发，然后通过 JNI 又能与 C/C++ 沟通，所以我们可以使用 NDK+JNI 来实现 Java+C 的开发方式
为什么要NDK开发

NDK开发具有以下优点：
1. 项目需要调用底层的一些 C/C++ 的一些东西（Java无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等）），或者已经在 C/C++ 环境下实现了功能代码（大部分现存的开源库都是用 C/C++ 代码编写的。），直接使用即可。NDK开发常用于驱动开发、无线热点共享、数学运算、实时渲染的游戏、音视频处理、文件压缩、人脸识别、图片处理等。
2. 为了效率更加高效些。将要求高性能的应用逻辑使用 C/C++ 开发，从而提高应用程序的执行效率。但是 C/C++ 代码虽然是高效的，在 Java 与 C/C++ 相互调用时却增大了开销；
3. 基于安全性的考虑。防止代码被反编译，为了安全起见，使用 C/C++ 语言来编写重要的部分以增大系统的安全性，最后生成 so 库（用过第三方库的应该都不陌生）便于给人提供方便。（任何有效的代码混淆对于会 smail 语法反编译你 apk 是分分钟的事，即使你加壳也不能幸免高手的攻击）
4. 便于移植。用 C/C++ 写得库可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。

开发方式

在Eclipse的时代，我们进行NDK的开发一般需要通过手动执行NDK脚本生成*.so文件，再将.so文件放到对应的目录之后，之后再进行打包。

而如果使用的是Android Studio进行NDK开发，在2.2的版本以后，我们可以不需要手动地运行NDK脚本来生成*.so文件，而是将这一过程作为Gradle构建过程的依赖项，事先编写好编译的脚本文件，然后在build.gradle中指定编译脚本文件的路径就可以一次性完成生成原生库并打包成APK的过程。

目前这种AS + Gradle的NDK开发方式又可以分为三种：ndk-build、CMake和Experimental Gradle：

ndk-build：和上面谈到的传统方式相比，它们两个的目录结构相同，Gradle脚本其实最终还是依赖于Android.mk文件，对于使用传统方式的项目来说，比较容易过度。
CMake：Gradle脚本依赖的是CMakeLists.txt文件。
Experimental Gradle：需要引入实验性的gradle插件，全部的配置都可以通过build.gradle来完成，不再需要编写Android.mk或者CMakeLists.txt，可能坑比较多，对于旧的项目来说过度困难。

目前，Android Studio已经将CMake作为默认的NDK实现方式，并且官网上对于NDK的介绍也是基于CMake，声称要永久支持。按照官方的教程使用下来，感觉这种方式有几点好处：

不需要再去通过javah根据java文件生成头文件，并根据头文件生成的函数声明编写cpp文件
当在Java文件中定义完native接口，可以在cpp文件中自动生成对应的native函数，所需要做的只是补全函数体中的内容
不需要手动执行ndk-build命令得到so，再将so拷贝到对应的目录
在编写cpp文件的过程中，可以有提示了
CMakeLists.txt要比Android.mk更加容易理解

搭建 NDK 环境

在新建项目之前，我们需要通过SDK Manager安装一些必要的组件：

NDK
CMake
LLDB

创建支持 C/C++ 的新项目

在安装完必要的组件之后，我们创建一个全新的工程，这里需要记得勾选include C++ Support选项：

接下来一路Next，在最后一步我们会看见如下的几个选项，它们的含义为：

C++ Standard：选择C++的标准，Toolchain Default表示使用默认的CMake配置，这里我们选择默认。
Excptions Support：如果您希望启用对C++异常处理的支持，请选中此复选框。如果启用此复选框，Android Studio会将-fexceptions标志添加到模块级 build.gradle文件的cppFlags中，Gradle会将其传递到CMake。
Runtime Type information Support：如果您希望支持RTTI，请选中此复选框。如果启用此复选框，Android Studio会将-frtti标志添加到模块级 build.gradle文件的cppFlags中，Gradle会将其传递到CMake

在新建工程完毕之后，我们得到的工程的结构如下图所示：

与传统的工程相比，它有如下几点区别：

(1) cpp 文件夹

用于存放C/C++的源文件，在磁盘上对应于app/src/main/cpp文件夹，当新建工程时，它会生成一个native-lib.cpp的事例文件，其内容如下：

(2) 增加 CMakeList.txt 脚本

构建脚本，在磁盘上对应于app/目录下的txt文件，其内容为如下图所示，这里面涉及到的CMake语法包括下面四种，关于CMake的语法，可以查看官方的 API 说明

cmake_minimum_required
add_library
find_library
target_link_libraries

# 设置最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# 添加库
add_library( # 库名
             native-lib

             # 设置 SHARED or STATIC
             SHARED

             # 库文件
             src/main/cpp/native-lib.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 )

target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       native-lib

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

(3) build.gradle 脚本

与传统的项目相比，该模块所对应的build.gradle需要在里面指定CMakeList.txt所在的路径，也就是下面externalNativeBuild对应的选项。

(4) 打印字符串

在MainActivity中，我们加载原生库，并调用原生库中的方法获取了一个字符串展示在界面上：

(5) 运行结果

最后，我们运行一下这个工程，会得到下面的结果：

通过查看 app/build/cmake/debug 路径和 APK Analyzer 工具，我们可以看到在APK当中，增加了libnative-lib.so文件：

原理

下面，我们来解释一下这一过程：

首先，在构建时，通过build.gradle中path所指定的路径，找到CMakeList.txt，解析其中的内容。
按照脚本中的命令，将src/main/cpp/native-lib.cpp编译到共享的对象库中，并将其命名为libnative-lib.so，随后打包到APK中。
当应用运行时，首先会执行MainActivity的static代码块的内容，使用System.loadLibrary()加载原生库。
在onCreate()函数中，调用原生库的函数得到字符串并展示。

小结

当通过CMake来对应用程序增加C/C++的支持时，对于应用程序的开发者，只需要关注以下三个方面：

C/C++源文件
CMakeLists.txt脚本
在模块级别的build.gradle中通过externalNativeBuild/cmake进行配置

向现有项目添加 C/C++ 代码

如果您希望向现有项目添加原生代码，请执行以下步骤：

创建新的原生源文件

在 app/src/ 目录下新建个文件夹，为目录输入一个名称（例如 cpp）并点击 OK，

右键点击您刚刚创建的目录，然后选择 New > C/C++ Source File，为您的源文件输入一个名称，例如 calc-lib，从 Type 下拉菜单中，为您的源文件选择文件扩展名，例如 .cpp，点击 OK 完成。

创建 CMake 构建脚本

在app根目录下新建一个CMakeLists.txt文件

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
# 库名 库类型 源文件
add_library(calc-lib SHARED src/main/cpp/calc-lib.cpp)

# 为了确保 CMake 可以在编译时定位您的标头文件
include_directories(src/main/cpp/)

将 Gradle 关联到您的原生库

之后，我们需要让Gradle脚本确定CMakeLists.txt所在的位置，我们可以在CMakeLists.txt上点击右键，之后选择Link C++ Project with Gradle：

那么在该模块下的 build.gradle 就会新增下面这句，在这步完成之后，我们选择 Build -> Clean Project
android {
...
externalNativeBuild {
cmake {
path 'CMakeLists.txt'
}
}
}
等 Gradle 刷新完毕，cpp 文件夹会变蓝色

编写代码

MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        ···
        Log.d(TAG, "onCreate: " + sum(1, 2));
    }

    static {
        System.loadLibrary("calc-lib");
    }

    public native int sum(int x, int y);
}

我们定义 native 接口的地方，多出了一个选项，它可以帮助我们直接在对应的 C++ 文件中生成函数的定义：

点击 Create function 之后，AS 帮我们的生成大部分代码，我们只需要实现函数即可：

如果 AS 帮我们生成的代码不是在你的 cpp 文件夹内（在 /src/main/jni），我们只需要把代码复制到 calc-lib.cpp ，下次再定义 native 接口，点击 Create function 之后，位置就无误了。

控制生成平台 so 库

默认情况下，Gradle 会针对 NDK 支持的 ABI 将您的原生库构建到单独的 .so 文件中，并将其全部打包到您的 APK 中。如果您希望 Gradle 仅构建和打包原生库的特定 ABI 配置，您可以在模块级 build.gradle 文件中使用 ndk.abiFilters 标志指定这些配置，如下所示：

android {
  ...
  defaultConfig {
    ...
    externalNativeBuild {
      cmake {...}
      // or ndkBuild {...}
    }

    ndk {
      // Specifies the ABI configurations of your native
      // libraries Gradle should build and package with your APK.
      abiFilters 'x86', 'x86_64', 'armeabi', 'armeabi-v7a',
                   'arm64-v8a'
    }
  }
  buildTypes {...}
  externalNativeBuild {...}
}

小结

以上就是使用Android Studio 3.0版本，通过CMake来进行NDK开发的一个简单例子，主要是学习一下开发的流程，下一篇文章，要学习一下CMakeLists.txt中的语法。

参考：

https://www.jianshu.com/p/716641d15ee8

https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code.html

Android NDK 入门 - 初探 CMake

概念

开发方式

搭建 NDK 环境

创建支持 C/C++ 的新项目

原理

小结

向现有项目添加 C/C++ 代码

控制生成平台 so 库

小结

谢谢大爷~