Android NDK编译选项设置

在Android NDK开发中，有两个重要的文件：Android.mk和Application.mk，各尽其责，指导编译器如何编译程序，并决定编译结果是什么。本文将详细说明几个常见的NDK选项的配置，帮助大家理解相应的配置选项。

     一、Application.mk

       Application.mk实际上是轻量级Makefile，通常在$PROJECT/jni目录下，用于配置所有modules的编译变量，例子如下：

APP_ABI := armeabi arm64-v8a x86_64 x86 armeabi-v7a
NDK_TOOLCHAIN_VERSION := clang3.5
APP_STL := stlport_static
APP_OPTIM：= debuge

      1、APP_ABI（目标平台ABI类型）

       NDK编译中，APP_ABI默认选择armeabi ABI，可通过设置APP_ABI设置一个或者多个ABI，表一为不同的APP_ABI所对应的指令集。  

Instrunction set	Value
ARMv5TE based CPU	APP_ABI := armeabi
ARMv7 based CPU	APP_ABI := armeabi-v7a
ARMv8 AArch64	APP_ABI := arm64-v8a
IA-32	APP_ABI := x86
Intel64	APP_ABI := x86_64
MIPS32	APP_ABI := mips
MIPS64(r6)	APP_ABI := mips64
All supported instruction sets	APP_ABI := all

表一：ABI类型

       在开发时可根据需求选择APP_ABI，对于ABI的选择需要考虑到效率和APK大小。由于armeabi-v7a指令集兼容armeabi；市面上的x86手机为了兼容性，基本都使用libhoudini模块，兼容arm指令集；64位机型默认支持32位abi的so，因此在对大小要求比较高的情况下，可以只选择市面上设备基本兼容的armeabi ABI，如果对性能有些许要求，可以再添加x86 ABI。

      2、 NDK_TOOLCHAIN_VERSION（编译器类型、版本）

       默认采用的是GCC编译器，对于GCC版本的选择与NDK版本有关系，本人使用的是NDK R12，在64位ABI默认是GCC 4.9，32位ABI默认是GCC 4.8，当然也可以像上面例子中给出的设置一样，设置clang编译器。

      3、 APP_STL（运行库类型）

       Android NDK 默认使用的是最小支持的C++运行库，如果你需要你的NDK程序中使用STL，则可以设置APP_STL := stlport_static，APP_STL有表二中的几种取值。

Name	Explanation
system(default)	系统默认的C++运行库
stlport_static	以静态链接方式使用的sttport版本的STL
stlport_shared	以动态链接方式使用的sttport版本的STL
gnustl_static	以静态链接方式使用的gnustl版本的STL
gnustl_shared	以动态链接方式使用的gnustl版本的STL
gabi++_static	以静态链接方式使用的gabi++
gabi++_shared	以动态链接方式使用的gabi++
c++_static	以静态链接方式使用的LLVM libc++
c++_shared	以动态链接方式使用的LLVM libc++

表二：NDK运行库

       若APK中有多个SO文件用到STL，建议都使用动态方式链接STL，这样可以减小整个APK文件大小。
另外需要注意的是官方提供的NDK运行库除了默认的以外都支持RTTI和异常，然而默认是禁用的，将在下面的Android.mk中说明如何开启。

      4、APP_OPTIM（编译模式）

       “release”模式为默认的，生成的是优化后的二进制；也可以设置为“debug”模式，“debug”模式生成的是未优化二进制，提供很多BUG信息，便于调试和分析。
还有其他配置选项，有兴趣可以查看Application.mk官方文档。
 

     二、Android.mk

       Android.mk也是一个轻量级的Makefile，其将C/C++源码组织到一个个module中，module可以是静态库、共享库或者独立的可执行文件， 一个Android.mk文件可以有一个，也可以是多个module，modules之间也可以有依赖关系。

      1、基本概念

       Android.mk中包括NDK提供的宏、变量以及模块描述变量，这些宏、变量以及变量的赋值共同组成了Android.mk文件，其在NDK编译中各尽其责，指导着NDK的编译。
      宏：包括my-dir、all-subdir-makefiles等，通过‘$(call )’来调用，返回文本信息。
      变量：包括CLEAR_VARS、BUILD_SHARED_LIBRARY、TARGET_ARCH等，由NDK编译系统提供，并且在Android.mk文件被解析前就已经存在。Android.mk文件有可能被多次解析，因此每次解析时这些变量的值都有可能不同。
      模块描述变量：Module-description，包括LOCAL_PATH、LOCAL_MODULE、LOCAL_SRC_FILES等LOCAL_前缀变量，这些变量除LOCAL_PATH外，均填写在语句include $(CLEAR_VARS)和include $(BUILD_XXX)之间。
其他Android.mk配置可以查看Android.mk官方文档。

      2、基础

      在Android.mk中包括一些很基础的变量，下面的栗子包括了基础的变量，本人将详细说明。

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := hello-jni
LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

       LOCAL_PATH（当前目录） 
       LOCAL_PATH为模块描述变量，一个Android.mk必须定义LOCAL_PATH，用于定位源文件，在本例中，使用的是编译系统提供的宏“my-dir”（“my-dir”返回最近一次包括Makefile文件路径，通常为当前Android.mk所在目录），用于返回当前目录。
此变量不会被CLEAR_VARS清除，所以每个Android.mk文件只需要定义一次就可以了。

       CLEAR_VARS（变量清除）
       CLEAR_VARS变量由编译系统提供，顾名思义，作用是清除模块变量（在include $(CLEAR_VARS)和include $(BUILD_XXX)之间的LOCAL_XXX模块变量），当然LOCAL_PATH除外。由于所有的编译控制文件都是单一的GNU Make可执行上下文环境中解析，而这个上下文环境中所有的变量都是全局的，所以编译module前需要清理相应变量。

       LOCAL_MODULE（module名称）
       LOCAL_MODULE是Android.mk文件中module的唯一标识，这个名字必须是唯一的，且中间不能有空格。在默认情况下，它决定了生成的文件名，如“hello-jni”对应的动态库名称为libhello-jni.so，然而要索引它时，需要“hello-jni”即可，也可以通过变量LOCAL_MODULE_FILENAME来覆盖这个默认名称。

       LOCAL_SRC_FILES （源码文件）
       LOCAL_SRC_FILES 变量包括C/C++源文件列表，这些源文件会被编译到一个module中，不过也不必列出头文件和包括文件，编译系统会自动为你找打所有需要的依赖关系。值得注意的是linux下路径使用顺斜杠（/）。

       BUILD_SHARED_LIBRARY（动态库编译）
       BUILD_SHARED_LIBRARY是编译器提供的变量，表示编译成动态库，它指向一个GNU Makefile脚本，这个脚本收集从include $(CLEAR_VARS)后所有的LOCAL_XXX变量中定义的所有信息，决定编译什么以及怎么编译。
还有BUILD_STATIC_LIBRARY，和BUILD_SHARED_LIBRARY类似，表示编译成静态库，静态库不会被拷贝到APK中。

       PREBUILT_SHARED_LIBRARY（预编译）
       指向一个编译脚本，用来指定一个预编译动态库.使用此变量时，不像BUILD_SHARED_LIBRARY和BUILD_STATIC_LIBRARY那样，LOCAL_SRC_FILES的值必须是只能有一个指向预编译动态库的路径，如foo/libfoo.so，而不是源文件。如下栗子。

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := test
LOCAL_SRC_FILES := lib/$(TARGET_ARCH_ABI)/libtest.so
include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY)

PREBUILD_STATIC_LIBRARY和PREBUILD_SHARED_LIBRARY一样，只不过是用于引用静态库。

      TARGET_ARCH_ABI（目标ABI名称）
      如表一所示，目标ABI名称。若定义了多个ABI，则每次解析Android.mk时,值都不一样，主要使用场景为根本不同的ABI定义不同的文件等。

      3、其他模块变量LOCAL_LDLIBS（链接库）

      用于额外链接选项，所有的库都有“-l”前缀。可同时列出多个库，用空格隔开，例如：

LOCAL_LDLIBS := -llog -ldl

       
      Android NDK默认链接了多个库，不需要显示的添加到LOCAL_LDLIBS中，包括 the standard C libraries，the standard C++ libraries，real-time extensions和 pthread库。同时也提供了一些需要显示添加的库，这些库版本有关系，如表三所示。

Android level	Lib	Explanation
Android-3	-llog	Android Log
	-lz	Zlib Compression Library
	-ldl	Dynamic Linker Library
Android-4	-lGLESv1_CM	OpenGL ES 1.x Library
Android-5	-lGLESv2	OpenGL ES 2.0 Library
Android-8	-ljnigraphics	The jnigraphics Library
Android-9	-lEGL	The EGL graphics library
	-lOpenSLES	Open ES native audio Library
	-landroid	Natice Android API
Android-14	-lOpenMAXAL	OpenMAX AL natice multimedia Library
Android-18	-lGLESv3	OpenGL ES 3.0 Library
Android-21	-lGLESv3	OpenGL ES 3.1 Library

表三：链接库

        LOCAL_CFLAGS、LOCAL_CPPFLAGS和LOCAL_LDFLAGS（编译、链接标志）

        LOCAL_CFLAGS定义的是在编译C/C++时，传递给编译器的标志集合，LOCAL_CPPFLAGS只支持C++，作用也是传递给编译器一些信息，LOCAL_LDFLAGS是指传递给连接器一些额外的参数。

在NDK开发中难免会用到这些标志位，特别是在优化编译时，下面的是本人在开发中遇到的编译选项。

       ① LOCAL_CPPFLAGS += -fexceptions
       由于NDK编译从R5开始才支持C++异常控制，为了通用性，异常处理默认是禁用的（-fno-exceptions），因此需要在指定module中添加LOCAL_CPPFLAGS += -fexceptions编译选项方可编译带异常处理的C++代码。也可以直接在Application.mk中配置APP_CPPFLAGS += -fexceptions。

       ② LOCAL_CPPFLAGS += -frtti
       从NDK R5开始，NDK也开始支持C++ RTTI了，但为了通用性，所有的C++源文件被构建的时候默认是不支持RTTI的（-fno-rtti），可以通过在Android.mk中添加：LOCAL_CPPFLAGS += -frtti或者在Application.mk添加APP_CPPFLAGS += -frtti来开启RTTI。

       ③ LOCAL_CFLAGS += -fvisibility=hidden
       在NDK开发中，源文件的函数都有一个默认的visibility属性为public，编译生成的so文件中几乎所有的函数名、全局变量名均被导出，其实只需要导出java_com开头的jni函数即可，其他函数不需要暴露出来，在Android.mk中设置LOCAL_CFLAGS += -fvisibility=hidden，就可以隐藏不需要导出的函数，若某个函数需要导出，则添加JNIEXPORT或者__attribute__ ((visibility ("default")))即可。
除了安全，不导出不必要的函数外，还能减小so体积。

       ④ LOCAL_CFLAGS += -ffunction-sections
       不添加此参数时，编译文件.o中代码部分只有.text段，使用此参数，会使每个函数单独有一个段，举个栗子，函数func1()会编译成.text.func1段，虽然段多了，但对链接后代码大小并没有影响。

       ⑤ LOCAL_CFLAGS += -fdata-sections
       同上，每个data都有一个单独的段。

       ⑥ LOCAL_LDFLAGS += -Wl --gc-sections
       -Wl,选项是告诉编译器，将后面选项传递给连接器，-Wl,--gc-sections的意思是使用连接器ld链接时删除不用的段。若使用LOCAL_CFLAGS += -ffunction-sections -fdata-sections，则代码和数据均被分割成不同的段，若某个函数或数据未被任何函数调用，则ld不会链接未被调用的函数，从而减小so文件体积，达到优化so的目的。

       ⑦ LOCAL_LDFLAGS += -fPIC
       PIC(position independent code)用于编译位置无关代码，生成可用于共享库的位置独立代码。若不添加-fPIC，则加载.so文件的代码段时，代码段引用的数据对象需要重定位，重定位会修改代码段内容，这样就导致没使用这个.so，代码段的进程在内核中就会生成这个文件的拷贝。

       ⑧ LOCAL_LDFLAGS += -Wall 
       这个的意思是wring all 意思在编译和链接过程中显示所有警告信息。

       ⑨其他
       若需要了解其他编译标志，可以查看GCC Command Options 文档。