Android NDK編譯選項設置

在Android NDK開發中，有兩個重要的文件：Android.mk和Application.mk，各盡其責，指導編譯器如何編譯程序，并決定編譯結果是什么。本文將詳細說明幾個常見的NDK選項的配置，幫助大家理解相應的配置選項。

     一、Application.mk

       Application.mk實際上是輕量級Makefile，通常在$PROJECT/jni目錄下，用于配置所有modules的編譯變量，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（目標平臺ABI類型）

       NDK編譯中，APP_ABI默認選擇armeabi ABI，可通過設置APP_ABI設置一個或者多個ABI，表一為不同的APP_ABI所對應的指令集。  

表一：ABI類型

       在開發時可根據需求選擇APP_ABI，對于ABI的選擇需要考慮到效率和APK大小。由于armeabi-v7a指令集兼容armeabi；市面上的x86手機為了兼容性，基本都使用libhoudini模塊，兼容arm指令集；64位機型默認支持32位abi的so，因此在對大小要求比較高的情況下，可以只選擇市面上設備基本兼容的armeabi ABI，如果對性能有些許要求，可以再添加x86 ABI。

      2、 NDK_TOOLCHAIN_VERSION（編譯器類型、版本）

       默認采用的是GCC編譯器，對于GCC版本的選擇與NDK版本有關系，本人使用的是NDK R12，在64位ABI默認是GCC 4.9，32位ABI默認是GCC 4.8，當然也可以像上面例子中給出的設置一樣，設置clang編譯器。

      3、 APP_STL（運行庫類型）

       Android NDK 默認使用的是最小支持的C++運行庫，如果你需要你的NDK程序中使用STL，則可以設置APP_STL := stlport_static，APP_STL有表二中的幾種取值。

表二：NDK運行庫

       若APK中有多個SO文件用到STL，建議都使用動態方式鏈接STL，這樣可以減小整個APK文件大小。
另外需要注意的是官方提供的NDK運行庫除了默認的以外都支持RTTI和異常，然而默認是禁用的，將在下面的Android.mk中說明如何開啟。

      4、APP_OPTIM（編譯模式）

       “release”模式為默認的，生成的是優化后的二進制；也可以設置為“debug”模式，“debug”模式生成的是未優化二進制，提供很多BUG信息，便于調試和分析。
還有其他配置選項，有興趣可以查看Application.mk官方文檔。
 

     二、Android.mk

       Android.mk也是一個輕量級的Makefile，其將C/C++源碼組織到一個個module中，module可以是靜態庫、共享庫或者獨立的可執行文件， 一個Android.mk文件可以有一個，也可以是多個module，modules之間也可以有依賴關系。

      1、基本概念

       Android.mk中包括NDK提供的宏、變量以及模塊描述變量，這些宏、變量以及變量的賦值共同組成了Android.mk文件，其在NDK編譯中各盡其責，指導著NDK的編譯。
      宏：包括my-dir、all-subdir-makefiles等，通過‘$(call <function>)’來調用，返回文本信息。
      變量：包括CLEAR_VARS、BUILD_SHARED_LIBRARY、TARGET_ARCH等，由NDK編譯系統提供，并且在Android.mk文件被解析前就已經存在。Android.mk文件有可能被多次解析，因此每次解析時這些變量的值都有可能不同。
      模塊描述變量：Module-description，包括LOCAL_PATH、LOCAL_MODULE、LOCAL_SRC_FILES等LOCAL_前綴變量，這些變量除LOCAL_PATH外，均填寫在語句include $(CLEAR_VARS)和include $(BUILD_XXX)之間。
其他Android.mk配置可以查看Android.mk官方文檔。

      2、基礎

      在Android.mk中包括一些很基礎的變量，下面的栗子包括了基礎的變量，本人將詳細說明。

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

       LOCAL_PATH（當前目錄） 
       LOCAL_PATH為模塊描述變量，一個Android.mk必須定義LOCAL_PATH，用于定位源文件，在本例中，使用的是編譯系統提供的宏“my-dir”（“my-dir”返回最近一次包括Makefile文件路徑，通常為當前Android.mk所在目錄），用于返回當前目錄。
此變量不會被CLEAR_VARS清除，所以每個Android.mk文件只需要定義一次就可以了。

       CLEAR_VARS（變量清除）
       CLEAR_VARS變量由編譯系統提供，顧名思義，作用是清除模塊變量（在include $(CLEAR_VARS)和include $(BUILD_XXX)之間的LOCAL_XXX模塊變量），當然LOCAL_PATH除外。由于所有的編譯控制文件都是單一的GNU Make可執行上下文環境中解析，而這個上下文環境中所有的變量都是全局的，所以編譯module前需要清理相應變量。

       LOCAL_MODULE（module名稱）
       LOCAL_MODULE是Android.mk文件中module的唯一標識，這個名字必須是唯一的，且中間不能有空格。在默認情況下，它決定了生成的文件名，如“hello-jni”對應的動態庫名稱為libhello-jni.so，然而要索引它時，需要“hello-jni”即可，也可以通過變量LOCAL_MODULE_FILENAME來覆蓋這個默認名稱。

       LOCAL_SRC_FILES （源碼文件）
       LOCAL_SRC_FILES 變量包括C/C++源文件列表，這些源文件會被編譯到一個module中，不過也不必列出頭文件和包括文件，編譯系統會自動為你找打所有需要的依賴關系。值得注意的是linux下路徑使用順斜杠（/）。

       BUILD_SHARED_LIBRARY（動態庫編譯）
       BUILD_SHARED_LIBRARY是編譯器提供的變量，表示編譯成動態庫，它指向一個GNU Makefile腳本，這個腳本收集從include $(CLEAR_VARS)后所有的LOCAL_XXX變量中定義的所有信息，決定編譯什么以及怎么編譯。
還有BUILD_STATIC_LIBRARY，和BUILD_SHARED_LIBRARY類似，表示編譯成靜態庫，靜態庫不會被拷貝到APK中。

       PREBUILT_SHARED_LIBRARY（預編譯）
       指向一個編譯腳本，用來指定一個預編譯動態庫.使用此變量時，不像BUILD_SHARED_LIBRARY和BUILD_STATIC_LIBRARY那樣，LOCAL_SRC_FILES的值必須是只能有一個指向預編譯動態庫的路徑，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一樣，只不過是用于引用靜態庫。

      TARGET_ARCH_ABI（目標ABI名稱）
      如表一所示，目標ABI名稱。若定義了多個ABI，則每次解析Android.mk時,值都不一樣，主要使用場景為根本不同的ABI定義不同的文件等。

      3、其他模塊變量LOCAL_LDLIBS（鏈接庫）

      用于額外鏈接選項，所有的庫都有“-l”前綴。可同時列出多個庫，用空格隔開，例如：

LOCAL_LDLIBS := -llog -ldl

       
      Android NDK默認鏈接了多個庫，不需要顯示的添加到LOCAL_LDLIBS中，包括 the standard C libraries，the standard C++ libraries，real-time extensions和 pthread庫。同時也提供了一些需要顯示添加的庫，這些庫版本有關系，如表三所示。

表三：鏈接庫

        LOCAL_CFLAGS、LOCAL_CPPFLAGS和LOCAL_LDFLAGS（編譯、鏈接標志）

        LOCAL_CFLAGS定義的是在編譯C/C++時，傳遞給編譯器的標志集合，LOCAL_CPPFLAGS只支持C++，作用也是傳遞給編譯器一些信息，LOCAL_LDFLAGS是指傳遞給連接器一些額外的參數。

在NDK開發中難免會用到這些標志位，特別是在優化編譯時，下面的是本人在開發中遇到的編譯選項。

       ① LOCAL_CPPFLAGS += -fexceptions
       由于NDK編譯從R5開始才支持C++異常控制，為了通用性，異常處理默認是禁用的（-fno-exceptions），因此需要在指定module中添加LOCAL_CPPFLAGS += -fexceptions編譯選項方可編譯帶異常處理的C++代碼。也可以直接在Application.mk中配置APP_CPPFLAGS += -fexceptions。

       ② LOCAL_CPPFLAGS += -frtti
       從NDK R5開始，NDK也開始支持C++ RTTI了，但為了通用性，所有的C++源文件被構建的時候默認是不支持RTTI的（-fno-rtti），可以通過在Android.mk中添加：LOCAL_CPPFLAGS += -frtti或者在Application.mk添加APP_CPPFLAGS += -frtti來開啟RTTI。

       ③ LOCAL_CFLAGS += -fvisibility=hidden
       在NDK開發中，源文件的函數都有一個默認的visibility屬性為public，編譯生成的so文件中幾乎所有的函數名、全局變量名均被導出，其實只需要導出java_com開頭的jni函數即可，其他函數不需要暴露出來，在Android.mk中設置LOCAL_CFLAGS += -fvisibility=hidden，就可以隱藏不需要導出的函數，若某個函數需要導出，則添加JNIEXPORT或者__attribute__ ((visibility ("default")))即可。
除了安全，不導出不必要的函數外，還能減小so體積。

       ④ LOCAL_CFLAGS += -ffunction-sections
       不添加此參數時，編譯文件.o中代碼部分只有.text段，使用此參數，會使每個函數單獨有一個段，舉個栗子，函數func1()會編譯成.text.func1段，雖然段多了，但對鏈接后代碼大小并沒有影響。

       ⑤ LOCAL_CFLAGS += -fdata-sections
       同上，每個data都有一個單獨的段。

       ⑥ LOCAL_LDFLAGS += -Wl --gc-sections
       -Wl,<option>選項是告訴編譯器，將后面選項<option>傳遞給連接器，-Wl,--gc-sections的意思是使用連接器ld鏈接時刪除不用的段。若使用LOCAL_CFLAGS += -ffunction-sections -fdata-sections，則代碼和數據均被分割成不同的段，若某個函數或數據未被任何函數調用，則ld不會鏈接未被調用的函數，從而減小so文件體積，達到優化so的目的。

       ⑦ LOCAL_LDFLAGS += -fPIC
       PIC(position independent code)用于編譯位置無關代碼，生成可用于共享庫的位置獨立代碼。若不添加-fPIC，則加載.so文件的代碼段時，代碼段引用的數據對象需要重定位，重定位會修改代碼段內容，這樣就導致沒使用這個.so，代碼段的進程在內核中就會生成這個文件的拷貝。

       ⑧ LOCAL_LDFLAGS += -Wall 
       這個的意思是wring all 意思在編譯和鏈接過程中顯示所有警告信息。

       ⑨其他
       若需要了解其他編譯標志，可以查看GCC Command Options 文檔。