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

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：

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。

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顶级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>

总结

以上所述是小编给大家介绍的Android Studio中通过CMake使用NDK并编译自定义库和添加预编译库，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对我们网站的支持！

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