Android NDK 开发之 CMake 必知必会

Android Studio 从 2.2 版本起开始支持 CMake ,能够经过 CMake 和 NDK 将 C/C++ 代码编译成底层的库，而后再配合 Gradle 的编译将库打包到 APK 中。html

这意味就不须要再编写 .mk 文件来编译 so 动态库了。android

CMake 是一个跨平台构建系统，在 Android Studio 引入 CMake 以前，它就已经被普遍运用了。ios

Google 官方网站上有对 CMake 的使用示范，能够参考官方指南。git

总结官网对 CMake 的使用，其实也就以下的步骤：github

add_library 指定要编译的库，并将全部的 .c 或 .cpp 文件包含指定。
include_directories 将头文件添加到搜索路径中
set_target_properties 设置库的一些属性
target_link_libraries 将库与其余库相关联

若是你对上面的步骤仍是不了解，那么接下来就更深刻了解 CMake 相关内容吧~~~express

CMake 的基本操做

以 Clion 做为工具来说解 CMake 的基本使用。bash

CMake 编译可执行文件

一个打印 hello world 的 cpp 文件，经过 CMake 将它编译成可执行文件。微信

在 cpp 的同一目录下建立 CMakeLists.txt 文件，内容以下：markdown

# 指定 CMake 使用版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.9)
# 工程名
project(HelloCMake)
# 编译可执行文件
add_executable(HelloCMake main.cpp )
复制代码

其中，经过 cmake_minimum_required 方法指定 CMake 使用版本，经过 project 指定工程名。ide

而 add_executable 就是指定最后编译的可执行文件名称和须要编译的 cpp 文件，若是工程很大，有多个 cpp 文件，那么都要把它们添加进来。

定义了 CMake 文件以后，就能够开始编译构建了。

CMake 在构建工程时会生成许多临时文件，避免让这些临时文件污染代码，通常会把它们放到一个单独的目录中。

操做步骤以下：

# 在 cpp 目录下建立 build 目录
mkdir build
# 调用 cmake 命令生成 makefile 文件
cmake ..
# 编译
make
复制代码

在 build 目录中能够找到最终生成的可执行文件。

这就是 CMake 的一个简单操做，将 cpp 编译成可执行文件，但在 Android 中，大多数场景都是把 cpp 编译成库文件。

CMake 编译静态库和动态库

一样仍是一个 cpp 文件和一个 CMake 文件，cpp 文件内容为打印字符串的函数：

#include <iostream>
void print() {
    std::cout << "hello lib" << std::endl;
}
复制代码

同时，CMake 文件也要作相应更改：

cmake_minimum_required(VERSION 3.12)
# 指定编译的库和文件，SHARED 编译动态库
add_library(share_lib SHARED lib.cpp)
# STATIC 编译静态库
# add_library(share_lib STATIC lib.cpp)
复制代码

经过 add_library 指定要编译的库的名称，以及动态库仍是静态库，还有要编译的文件。

最后一样地执行构建，在 build 目录下能够看到生成的库文件。

到这里，就基本可使用 CMake 来构建 C/C++ 工程了。

CMake 基本语法

熟悉了上面的基本操做以后，就必然会遇到如下的问题了：

若是要参与编译的 C/C++ 文件不少，难道每一个都要手动添加嘛？
能够把编译好的可执行文件或者库自动放到指定位置嘛?
能够把编译好的库指定版本号嘛？

带着这些问题，仍是要继续深刻学习 CMake 的相关语法，最好的学习材料就是官网文档了。

为了不直接看官方文档时一头雾水，这里列举一些经常使用的语法命令。

注释与大小写

在前面就已经用到了 CMake 注释了，每一行的开头 # 表明注释。

另外，CMake 的全部语法指令是不区分大小写的。

变量定义与消息打印

经过 set 来定义变量：

# 变量名为 var，值为 hello
set(var hello) 
复制代码

当须要引用变量时，在变量名外面加上 ${} 符合来引用变量。

# 引用 var 变量
${var}
复制代码

还能够经过 message 在命令行中输出打印内容。

set(var hello) 
message(${var})
复制代码

数学和字符串操做

数学操做

CMake 中经过 math 来实现数学操做。

# math 使用，EXPR 为大小
math(EXPR <output-variable> <math-expression>)
复制代码

math(EXPR var "1+1")
# 输出结果为 2
message(${var})
复制代码

math 支持 +, -, *, /, %, |, &, ^, ~, <<, >> 等操做，和 C 语言中大体相同。

字符串操做

CMake 经过 string 来实现字符串的操做，这波操做有不少，包括将字符串所有大写、所有小写、求字符串长度、查找与替换等操做。

具体查看官方文档。

set(var "this is string")
set(sub "this")
set(sub1 "that")
# 字符串的查找，结果保存在 result 变量中
string(FIND ${var} ${sub1} result )
# 找到了输出 0 ，不然为 -1
message(${result})

# 将字符串所有大写
string(TOUPPER ${var} result)
message(${result})

# 求字符串的长度
string(LENGTH ${var} num)
message(${num})
复制代码

另外，经过空白或者分隔符号能够表示字符串序列。

set(foo this is a list) // 实际内容为字符串序列
message(${foo})
复制代码

当字符串中须要用到空白或者分隔符时，再用双括号""表示为同一个字符串内容。

set(foo "this is a list") // 实际内容为一个字符串
message(${foo})
复制代码

文件操做

CMake 中经过 file 来实现文件操做，包括文件读写、下载文件、文件重命名等。

具体查看官方文档

# 文件重命名
file(RENAME "test.txt" "new.txt")

# 文件下载
# 把文件 URL 设定为变量
set(var "http://img.zcool.cn/community/0117e2571b8b246ac72538120dd8a4.jpg")

# 使用 DOWNLOAD 下载
file(DOWNLOAD ${var} "/Users/glumes/CLionProjects/HelloCMake/image.jpg")
复制代码

在文件的操做中，还有两个很重要的指令 GLOB 和 GLOB_RECURSE 。

# GLOB 的使用
file(GLOB ROOT_SOURCE *.cpp)
# GLOB_RECURSE 的使用
file(GLOB_RECURSE CORE_SOURCE ./detail/*.cpp)
复制代码

其中，GLOB 指令会将全部匹配 *.cpp 表达式的文件组成一个列表，并保存在 ROOT_SOURCE 变量中。

而 GLOB_RECURSE 指令和 GLOB 相似，可是它会遍历匹配目录的全部文件以及子目录下面的文件。

使用 GLOB 和 GLOB_RECURSE 有好处，就是当添加须要编译的文件时，不用再一个一个手动添加了，同一目录下的内容都被包含在对应变量中了，但也有弊端，就是新建了文件，可是 CMake 并无改变，致使在编译时也会从新产生构建文件，要解决这个问题，就是动一动 CMake，让编译器检测到它有改变就行了。

预约义的常量

在 CMake 中有许多预约义的常量，使用好这些常量能起到事半功倍的效果。

CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR
- 指当前 CMake 文件所在的文件夹路径
CMAKE_SOURCE_DIR
- 指当前工程的 CMake 文件所在路径
CMAKE_CURRENT_LIST_FILE
- 指当前 CMake 文件的完整路径
PROJECT_SOURCE_DIR
- 指当前工程的路径

好比，在 add_library 中须要指定 cpp 文件的路径，以 CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR 为基准，指定 cpp 相对它的路径就行了。

# 利用预约义的常量来指定文件路径
add_library( # Sets the name of the library.
             openglutil
             # Sets the library as a shared library.
             SHARED
             # Provides a relative path to your source file(s).
             ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/opengl_util.cpp
             )
复制代码

平台相关的常量

CMake 可以用来在 Window、Linux、Mac 平台下进行编译，在它的内部也定义了和这些平台相关的变量。

具体查看官方文档。

列举一些常见的：

WIN32
- 若是编译的目标系统是 Window,那么 WIN32 为 True 。
UNIX
- 若是编译的目标系统是 Unix 或者类 Unix 也就是 Linux ,那么 UNIX 为 True 。
MSVC
- 若是编译器是 Window 上的 Visual C++ 之类的，那么 MSVC 为 True 。
ANDROID
- 若是目标系统是 Android ，那么 ANDROID 为 1 。
APPLE
- 若是目标系统是 APPLE ，那么 APPLE 为 1 。

有了这些常量作区分，就能够在一份 CMake 文件中编写不一样平台的编译选项。

if(WIN32){
    # do something
}elseif(UNIX){
    # do something
}
复制代码

函数、宏、流程控制和选项等命令

具体参考cmake-commands ，这里面包括了不少重要且常见的指令。

简单示例 CMake 中的函数操做：

function(add a b)
    message("this is function call")
    math(EXPR num "${a} + ${b}" )
    message("result is ${aa}")
endfunction()

add(1 2)
复制代码

其中，function 为定义函数，第一个参数为函数名称，后面为函数参数。

在调用函数时，参数之间用空格隔开，不要用逗号。

宏的使用与函数使用有点相似：

macro(del a b)
    message("this is macro call")
    math(EXPR num "${a} - ${b}")
    message("num is ${num}")
endmacro()

del(1 2)
复制代码

在流程控制方面，CMake 也提供了 if、else 这样的操做：

set(num 0)
if (1 AND ${num})
    message("and operation")
elseif (1 OR ${num})
    message("or operation")
else ()
    message("not reach")
endif ()
复制代码

其中，CMake 提供了 AND、OR、NOT、LESS、EQUAL 等等这样的操做来对数据进行判断，好比 AND 就是要求两边同为 True 才行。

另外 CMake 还提供了循环迭代的操做：

set(stringList this is string list)
foreach (str ${stringList})
    message("str is ${str}")
endforeach ()
复制代码

CMake 还提供了一个 option 指令。

能够经过它来给 CMake 定义一些全局选项:

option(ENABLE_SHARED "Build shared libraries" TRUE)

if(ENABLE_SHARED)
    # do something
else()
    # do something 
endif()
复制代码

可能会以为 option 无非就是一个 True or False 的标志位，能够用变量来代替，但使用变量的话，还得添加 ${} 来表示变量，而使用 option 直接引用名称就行了。

CMake 阅读实践

明白了上述的 CMake 语法以及从官网去查找陌生的指令意思，就基本上能够看懂大部分的 CMake 文件了。

这里举两个开源库的例子：

github.com/g-truc/glm
- glm 是一个用来实现矩阵计算的，在 OpenGL 的开发中会用到。
- CMakeLists.txt 地址在这里
github.com/libjpeg-tur…
- libjpeg-turbo 是用来进行图片压缩的，在 Android 底层就是用的它。
- CMakeLists.txt 地址在这里

这两个例子中大量用到了前面所讲的内容，能够试着读一读增长熟练度。

为编译的库设置属性

接下来再回到用 CMake 编译动态库的话题上，毕竟 Android NDK 开发也主要是用来编译库了，当编译完 so 以后，咱们能够对它作一些操做。

经过 set_target_properties 来给编译的库设定相关属性内容，函数原型以下：

set_target_properties(target1 target2 ...
                      PROPERTIES prop1 value1
                      prop2 value2 ...)
复制代码

好比，要将编译的库改个名称：

set_target_properties(native-lib PROPERTIES OUTPUT_NAME "testlib" )
复制代码

更多的属性内容能够参考官方文档。

不过，这里面有一些属性设定无效，在 Android Studio 上试了无效，在 CLion 上反而能够，固然也多是我使用姿式不对。

好比，实现动态库的版本号：

set_target_properties(native-lib PROPERTIES VERSION 1.2 SOVERSION 1 )
复制代码

对于已经编译好的动态库，想要把它导入进来，也须要用到一个属性。

好比编译的 FFmpeg 动态库，

# 使用 IMPORTED 表示导入库
add_library(avcodec-57_lib SHARED IMPORTED)
# 使用 IMPORTED_LOCATION 属性指定库的路径
set_target_properties(avcodec-57_lib PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
                        ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/main/jniLibs/armeabi/libavcodec-57.so )
复制代码

连接到其余的库

若是编译了多个库，而且想库与库之间进行连接，那么就要经过 target_link_libraries 。

target_link_libraries( native-lib
                       glm
                       turbojpeg
                       log )
复制代码

在 Android 底层也提供了一些 so 库供上层连接使用，也要经过上面的方式来连接，好比最多见的就是 log 库打印日志。

若是要连接本身编译的多个库文件，首先要保证每一个库的代码都对应一个 CMakeLists.txt 文件，这个 CMakeLists.txt 文件指定当前要编译的库的信息。

而后在当前库的 CMakeLists.txt 文件中经过 ADD_SUBDIRECTORY 将其余库的目录添加进来，这样才可以连接到。

ADD_SUBDIRECTORY(src/main/cpp/turbojpeg)
ADD_SUBDIRECTORY(src/main/cpp/glm)
复制代码

添加头文件

在使用的时候有一个容易忽略的步骤就是添加头文件，经过 include_directories 指令把头文件目录包含进来。

这样就能够直接使用 #include "header.h" 的方式包含头文件，而不用 #include "path/path/header.h" 这样添加路径的方式来包含。

小结

以上，就是关于 CMake 的部分总结内容。

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