Ubuntu系统下实现Android工程调用独立编译的C++程序和GMP、PBC库

目的:

  实现使用C++编写代码供Android工程调用。C++代码中可以使用STL库,也可以使用常用的由源码编译生成的库,如PBC。因为PBC是基于GMP库的,所以这里只记录了GMP和PBC库的编译安装方法,其它库的方法类似。

特点:

  不使用集成的ndk-build功能,不需要在jni目录下写c文件和mk文件,而是从NDK中提取出交叉编译toolchain,这样可以在CodeBlocks等环境中建立独立工程进行C++代码的开发,然后编译生成动态库交给Android工程来加载。

准备工作:
  一个搭建好的Android开发环境(SDK),以及:
  android-ndk-r9d-linux-x86_64.tar.bz2
  gmp-6.0.0a.tar.bz2
  pbc-0.5.14.tar.gz
  这些都可以去各自的官网下载到。

一、搭建Android交叉编译环境

  解压ndk开发包,并提取其中的toolchain到指定目录:

  1. $ cd android-ndk-r9d/
  2. $ build/tools/make-standalone-toolchain.sh –toolchain=arm-linux-androideabi-4.8 –platform=android-19 –system=linux-x86_64 –install-dir=$HOME/android-19-arm

  参数说明:这里的toolchain参数指定的目标是基于ARM的Android设备,也可以根据需要改成基于x86或MIPS的Android设备,具体的参数名可以参见android-ndk-r9d/toolchains目录。参数platform设置为android-19,指生成的工具链是针对Android 4.4版本的,具体对应关系可以查看android-ndk-r9d/docs/STABLE-APIS.html文件。参数system指的是本机系统,即运行toolchain的环境。这里将提取出来的toolchain安装到了用户主目录下的android-19-arm文件夹,以后的工作都是在这个文件夹下进行,不再需要android-ndk-r9d目录了。

  为toolchain添加环境变量,在文件/etc/profile的最后加上:

  1. # android toolchain
  2. export TOOLCHAIN_HOME=$HOME/android-19-arm
  3. export PATH=$TOOLCHAIN_HOME/bin:$PATH

  然后最好注销一次,使环境变量生效(也可以用source /etc/profile,但好像只对本终端有效「注:elementary OS Luna」)

  测试:

  1. $ arm-linux-androideabi-gcc –version

二、配置Codeblocks开发环境

  打开Codeblocks,选择Settings–Compiler,选择GNU GCC Compiler,然后点Copy,这时会让填写新的编译器的名字,填写GCC Toolchain For Android。在Toolchain executables页中,编译器的安装目录选择在第一步中创建的目录(也就是$TOOLCHAIN_HOME所指向的目录,这里不能使用环境变量),然后将下面的gcc、g++、ar分别改成arm-linux-androideabi-gcc、arm-linux-androideabi-g++和arm-linux-androideabi-ar,Debugger和Make不用改动,保存。

  现在已经配置好了codeblocks环境,创建工程时,需要选择刚才创建的编译器,编译出来的程序才能在Android中运行。

  可以新建一个名为testToolchain的控制台程序来测试一下,选择GCC Toolchain For Android编译器,然后编译出来的可执行程序是Android系统上的原生C++程序,在x86平台上是不能运行的,可以传到手机上之后,使用adb shell或在手机上安装诸如BTEP终端来运行。在Ubuntu上用file命令也可以查看文件的信息:

  1. $ file testToolchain
  2. testToolchain: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), stripped

  可以看出,的确是生成了arm平台的目标程序。

三、使用Codeblocks来开发动态库并交给Android工程调用

Android工程:
  在Android工程中(假设工程名为TestAndroidApp),在需要调用C函数的地方声明native函数,例如在MainActivity.java中声明:

  1. public native String function_in_c_code();

  运行一下后生成对应的class文件,然后打开终端,切换到工程文件夹下的bin/classes目录,创建头文件:

  1. $ javah com.example.testandroidapp.MainActivity

  然后会在当前目录下生成com_example_testapp_MainActivity.h头文件,里面有经过java改造的C++函数的声明方法。

Codeblocks中:
  创建一个动态库工程(Shared library),假设工程名为cMainProc,编译器选择GCC Toolchain For Android,完成。这时应该先把刚才在Android中声明的接口函数实现,然后在接口函数中就可以随意调用自己写的其它函数或者库了。在CPP文件中,首先包含刚才使用javah命令生成的头文件。可以用相对路径引用它,也可以把头文件复制到当前工程中。然后按照头文件中的声明来创建接口函数,在刚才的例子中,应该创建这样一个函数:

  1. jstring JNICALL Java_com_example_testandroidapp_MainActivity_function_1in_1c_1code
  2. (JNIEnv *env, jobject)
  3. {
  4. // todo: your code here.
  5. return env->NewStringUTF(“Hello world.”);
  6. }

  因为有返回值,所以在上面的代码中加了一个env变量,并调用java中的方法创建了一个jstring类型的字符串返回。

  可以通过直接包含相应头文件来使用STL库。如果需要使用其他通过源码编译的库,那么需要先对其进行交叉编译,然后将编译后生成的头文件和库文件分别放到$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr下的include和lib目录中,即可使用。头文件直接包含即可,库文件最好使用对应的静态库。例如,使用PBC库的话,首先在代码中#include <pbc/pbc.h>,然后在工程的Link libraries里添加libgmp.a和libpbc.a,注意要带上路径,这样才会链接静态库,否则会使用动态库。

  编译这个工程,会在bin/Debug或bin/Release下生成对应的libcMainProc.so文件。将这个文件复制到Android工程的libs/armeabi文件夹下(也可以修改Codeblocks工程的输出目录,直接将编译出来的so文件放到Android工程中,这样更方便)。

Android工程:
  在调用这个函数function_in_c_code()之前,先加载刚才编译的动态库文件:

  1. static
  2. {
  3. System.loadLibrary(“cMainProc”);
  4. }

  注意库名中不带“lib”和扩展名,系统会自动寻找libcMainProc.so。然后就可以在java代码中调用这个函数了:

  1. TextView t = (TextView)findViewById(R.id.textView1);
  2. t.setText(“String from c++: ” + function_in_c_code());

  运行效果示例:

四、编译安装GMP和PBC库

  GMP库的编译稍复杂一些,因为在configure时要加上很多参数。解压gmp-6.0.0a.tar.bz2,并按下面给出的参数执行configure脚本。如果有缺少的依赖项,则用apt-get安装相应的项后,重新执行configure,直到出现下面提示:

  1. $ ./configure –prefix=$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr –enable-cxx –build=x86_64-pc-linux-gnu –host=arm-linux-androideabi MPN_PATH=”arm/v6t2 arm/v6 arm/v5 arm generic” CFLAGS=”-O2 -g -pedantic -fomit-frame-pointer -Wa,–noexecstack -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=vfp”
  2. ……
  3. ……
  4. configure: summary of build options:
  5. Version:           GNU MP 6.0.0
  6. Host type:         arm-unknown-linux-androideabi
  7. ABI:               standard
  8. Install prefix:    /home/user/android-19-arm/sysroot/usr
  9. Compiler:          arm-linux-androideabi-gcc -std=gnu99
  10. Static libraries:  yes
  11. Shared libraries:  yes

  然后再编译和安装:

  1. $ make -j8
  2. $ make install

  PBC库相对比较简单,解压pbc-0.5.14.tar.gz,执行configure后编译并安装(在./configure阶段同样需要安装依赖项并重新./configure,直到显示成功):

  1. $ cd pbc-0.5.14
  2. $ ./configure –prefix=$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr –host=arm-linux-androideabi
  3. ……
  4. ……
  5. global build variables
  6. —————————————–
  7. Mon May 12 14:00:00 CST 2014
  8. host info:        arm-unknown-linux-androideabi
  9. optimized build:  no
  10. compiler (CC):    arm-linux-androideabi-gcc
  11. LDFLAGS:
  12. CPPFLAGS:
  13. CFLAGS:            -Wall -W -Wfloat-equal -Wpointer-arith -Wcast-align -Wstrict-prototypes -Wredundant-decls -Wendif-labels -Wshadow -pipe -ffast-math -U__STRICT_ANSI__ -std=gnu99 -fomit-frame-pointer -O3
  14. LEX:              flex
  15. AM_LFLAGS:
  16. LFLAGS:
  17. YACC:             bison -y
  18. AM_YFLAGS:
  19. YFLAGS:
  20. —————————————–
  21. $ make -j8
  22. $ make install

  在使用PBC库时,为了简洁,建议链接PBC的静态库,即libpbc.a,同时要注意以下事项:

  1. 使用静态库时一定要链接所有用到的静态库。PBC库用到了GMP库,因此除了libpbc.a外,还应引用GMP的静态库,即libgmp.a

  2. 链接多个静态库时,一定要注意顺序,即最底层的库排在最后面。在这里是PBC里用到了GMP的函数,因此需要先链接PBC,再链接GMP,否则会出错。

  运行效果示例: