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

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 -fexceptionscppFlags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


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

  1. 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
  2. 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。
  3. 右键add,点击New->C/C++ Source File,输入add.cpp,并选中Create an associated header
  4. .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mathlibbuild.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
    1. 从OpenCV的官网将OpenCV4Android 3.4下载下来,解压到某个目录。
    2. 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。
    3. 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
    1. 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。
    2. 由于之前已经在添加C++库时修改了appbuild.gradle,所以这个步骤现在不需要再执行了。
    3. 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>

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