Android編譯環境(1) - 編譯Native C的helloworld模塊
Android編譯環境本身比較復雜，且不像普通的編譯環境：只有頂層目錄下才有Makefile文件，而其他的每個component都使用統一標準的Android.mk. Android.mk文件本身是比較簡單的，不過它并不是我們熟悉的Makefile，而是經過了Android自身編譯系統的很多處理，因此要真正理清楚其中的聯系還比較復雜，不過這種方式的好處在于，編寫一個新的Android.mk來給Android增加一個新的Component會比較簡單。
編譯Java程序可以直接采用Eclipse的集成環境來完成，這里就不重復了。我們主要針對C/C++來說明，下面通過一個小例子來說明，如何在Android 中增加一個C程序的Hello World：
1. 在$(YOUR_ANDROID)/development 目錄下創建hello目錄，其中$(YOUR_ANDROID)指Android源代碼所在的目錄。
- # mkdir $(YOUR_ANDROID)/development/hello
2. 在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目錄編寫hello.c文件，hello.c的內容當然就是經典的HelloWorld程序：
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#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
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3. 在$(YOUR_ANDROID)/development/hello/目錄編寫Android.mk文件。這是Android Makefile的標準命名，不要更改。Android.mk文件的格式和內容可以參考其他已有的Android.mk文件的寫法，針對helloworld程序的Android.mk文件內容如下：
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LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:= \
hello.c
LOCAL_MODULE := helloworld
include $(BUILD_EXECUTABLE)
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注意上面LOCAL_SRC_FILES用來指定源文件；，LOCAL_MODULE指定要編譯的模塊的名字，下一步驟編譯時就要用到；include $(BUILD_EXECUTABLE)表示要編譯成一個可執行文件，如果想編譯成動態庫則可用BUILD_SHARED_LIBRARY，這些可以在$(YOUR_ANDROID)/build/core/config.mk查到。
4. 回到Android源代碼頂層目錄進行編譯：
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# cd $(YOUR_ANDROID) && make helloworld
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注意make helloworld中的目標名helloworld就是上面Android.mk文件中由LOCAL_MODULE指定的模塊名。編譯結果如下：
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target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c
target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)
target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)
target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)
Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld
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5．如上面的編譯結果所示，編譯后的可執行文件存放在out/target/product/generic/system/bin/helloworld，通過”adb push”將它傳送到模擬器上，再通過”adb shell”登錄到模擬器終端，就可以執行了
Android編譯環境(2) - 手工編譯C模塊
我們來試試如何直接運用gcc命令行來編譯，從而了解Android編譯環境的細節。
Android編譯環境提供了”showcommands”選項來顯示編譯命令行，我們可以通過打開這個選項來查看一些編譯時的細節。當然，在這之前要把上一篇中的helloworld模塊clean:
上面的“make clean-$(LOCAL_MODULE)”是Android編譯環境提供的make clean的方式。
接下來使用showcommands選項重新編譯helloworld:
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# make helloworld showcommands
build/core/product_config.mk:229: WARNING: adding test OTA key
target thumb C: helloworld <= development/hello/hello.c
prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I system/core/include -I hardware/libhardware/include -I hardware/ril/include -I dalvik/libnativehelper/include -I frameworks/base/include -I external/skia/include -I out/target/product/generic/obj/include -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libstdc++/include -I bionic/libc/kernel/common -I bionic/libc/kernel/arch-arm -I bionic/libm/include -I bionic/libm/include/arch/arm -I bionic/libthread_db/include -I development/hello -I out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates -c -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c
target Executable: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld)
prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-g++ -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lstdc++ -lm out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o -Wl,--no-undefined prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o
target Non-prelinked: helloworld (out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld)
out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld
target Strip: helloworld (out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld)
out/host/linux-x86/bin/soslim --strip --shady --quiet out/target/product/generic/symbols/system/bin/helloworld --outfile out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld
Install: out/target/product/generic/system/bin/helloworld
out/host/linux-x86/bin/acp -fpt out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/helloworld out/target/product/generic/system/bin/helloworld
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從上面的命令行可以看到，Android編譯環境所用的交叉編譯工具鏈是prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc，-I和-L參數指定了所用的C庫頭文件和動態庫文件路徑分別是bionic/libc/include 和out/target/product/generic/obj/lib，其他還包括很多編譯選項以及-D所定義的預編譯宏。
我們可以利用上面的編譯命令，稍加簡化來手工編譯helloworld程序。先手工刪除上次編譯得到的helloworld程序：
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# rm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o
# rm out/target/product/generic/system/bin/helloworld
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再用gcc編譯，生成目標文件：
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# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -I bionic/libc/arch-arm/include -I bionic/libc/include -I bionic/libc/kernel/common -I bionic/libc/kernel/arch-arm -c -fno-exceptions -Wno-multichar -march=armv5te -mtune=xscale -msoft-float -fpic -mthumb-interwork -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -D__ARM_ARCH_5__ -D__ARM_ARCH_5T__ -D__ARM_ARCH_5E__ -D__ARM_ARCH_5TE__ -include system/core/include/arch/linux-arm/AndroidConfig.h -DANDROID -fmessage-length=0 -W -Wall -Wno-unused -DSK_RELEASE -DNDEBUG -O2 -g -Wstrict-aliasing=2 -finline-functions -fno-inline-functions-called-once -fgcse-after-reload -frerun-cse-after-loop -frename-registers -DNDEBUG -UDEBUG -mthumb -Os -fomit-frame-pointer -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -MD -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o development/hello/hello.c
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與Android.mk編譯參數比較，上面主要減少了不必要的-I參數。
接下來生成可執行文件：
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# prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/arm-eabi-gcc -nostdlib -Bdynamic -Wl,-T,build/core/armelf.x -Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker -Wl,--gc-sections -Wl,-z,nocopyreloc -o out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld -Lout/target/product/generic/obj/lib -Wl,-rpath-link=out/target/product/generic/obj/lib -lc -lm out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/hello.o out/target/product/generic/obj/lib/crtbegin_dynamic.o -Wl,--no-undefined ./prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/bin/../lib/gcc/arm-eabi/4.2.1/interwork/libgcc.a out/target/product/generic/obj/lib/crtend_android.o
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這里值得留意的是參數“-Wl,-dynamic-linker,/system/bin/linker”，它指定了Android專用的動態鏈接器/system/bin/linker，而不是通常所用的ld.so。
生成的可執行程序可用file和readelf命令來查看一下：
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# file out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld
out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), not stripped
# readelf -d out/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/helloworld_intermediates/LINKED/helloworld |grep NEEDED
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libm.so]
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這是ARM格式的動態鏈接可執行文件，運行時需要libc.so和libm.so。“not stripped”表示它還沒被STRIP。嵌入式系統中為節省空間通常將編譯完成的可執行文件或動態庫進行STRIP，即去掉其中多余的符號表信息。在前面“make helloworld showcommands”命令的最后我們也可以看到，Android編譯環境中使用了out/host/linux-x86/bin/soslim工具進行STRIP。
有關Android Toolchain的其他一些內容可參考：Android Toolchain與Bionic Libc
Android上JNI的調試
Android的SDK中沒有包括JNI的支持，而且對如何支持JNI也沒有任何文檔說明。不過既然整個Android平臺是開源的，我們可以通過Google發布的源代碼來找到一些線索（比如frameworks/base/media/jni/目錄），依葫蘆畫瓢的實現上層JAVA程序通過JNI來調用Native C程序中的函數。
依照下面的步驟可以實現一個非常簡單的JNI的實例程序：
1． 首先編寫C模塊，實現動態庫。（關于如何在Android中編譯C模塊的更多細節，請參考《Android編譯環境(1) - 編譯Native C的helloworld模塊》。）
在development目錄下添加新目錄hellolib，并添加hellolib.c和Android.mk文件。hellolib.c的內容如下：
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#include <jni.h>
#define LOG_TAG "TestLib"
#undef LOG
#include <utils/Log.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_TestHelloLib_printHello(JNIEnv * env, jobject jobj)
{
LOGD("Hello LIB!\n");
}
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注意這里的函數名需要按照JNI的規范（因此也可以用javah -jni工具來生成頭文件，來保證函數名的正確性），Java_com_test_TestHelloLib_printHello的命名對應后面在java代碼中，package名字是com.test，類名是TestHelloLib，native函數名是printHello。
另外，LOGD及#define LOG_TAG "TestLib"等打印log的方式是采用了Android所提供的LOG機制，這樣才能通過Android的logcat工具看到log。
用于編譯C模塊的Android.mk文件內容如下：
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LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:= \
hellolib.c
LOCAL_C_INCLUDES := \
$(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \
libutils
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
LOCAL_MODULE := libhello
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
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該文件中的一些變量分別對應的含義如下：
LOCAL_SRC_FILES － 編譯的源文件
LOCAL_C_INCLUDES － 需要包含的頭文件目錄
LOCAL_SHARED_LIBRARIES － 鏈接時需要的外部庫
LOCAL_PRELINK_MODULE － 是否需要prelink處理（參考prelink的詳細介紹：《動態庫優化——Prelink（預連接）技術》，Android的Toolchain, prelink工具：《Android Toolchain與Bionic Libc》）
LOCAL_MODULE － 編譯的目標對象
BUILD_SHARED_LIBRARY － 指明要編譯成動態庫。
接下來回到Android頂層目錄，并執行make libhello來編譯：
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# cd $(YOUR_ANDROID) && make libhello
target thumb C: libhello <= development/hellolib/hellolib.c
target SharedLib: libhello (out/target/product/generic/obj/SHARED_LIBRARIES/libhello_intermediates/LINKED/libhello.so)
target Non-prelinked: libhello (out/target/product/generic/symbols/system/lib/libhello.so)
target Strip: libhello (out/target/product/generic/obj/lib/libhello.so)
Install: out/target/product/generic/system/lib/libhello.so
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編譯結果可得到位于out/target/product/generic/system/lib/目錄的動態共享庫libhello.so
2．編寫Java模塊，來通過JNI方式調用C接口。具體Eclipse環境的搭建請參考Android SDK文檔中的詳細說明，及Hello Android程序的創建過程，這里僅給出我們需要修改的TestHelloLib.java文件：
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package com.test;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
public class TestHelloLib extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
printHello();
}
static {
System.loadLibrary("hello");
}
private native void printHello();
}
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注意上面代碼中粗體字部分：private native void printHello()用來聲明一個native接口，static { System.loadLibrary("hello"); } 用來加載上面步驟中生成libhello.so（注意loadLibrary方法的參數不是”libhello.so”，而是去掉前綴和后綴之后的”hello”），onCreate()方法中則調用了printHello()接口。
通過這一步驟可生成Android開發者所熟悉的apk文件：TestHelloLib.apk。
3．集成測試TestHelloLib.apk和libhello.so。先運行emulator并將TestHelloLib.apk和libhello.so上傳至emulator中。注意要將libhello.so上傳到emulator的/system/lib目錄，由于該目錄是只讀的，上傳之前先要執行adb remount：
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# adb remount
# adb push out/target/product/generic/system/lib/libhello.so /system/lib
# adb install TestHelloLib.apk
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接下來在模擬器菜單中可以看到已經安裝的TestHelloLib程序，運行即可。
由于JNI接口printHello()并沒有作界面上的改動，要驗證其效果需要用Android的logcat工具來查看。運行”adb logcat”可以找到下面的log片斷：
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I/ActivityManager( 48): Starting activity: Intent { action=android.intent.action.MAIN categories={android.intent.category.LAUNCHER} flags=0x10200000 comp={com.test/com.test.TestHelloLib} }
I/ActivityManager( 48): Start proc com.test for activity com.test/.TestHelloLib: pid=174 uid=10024 gids={}
D/dalvikvm( 174): Trying to load lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58
D/dalvikvm( 174): Added shared lib /system/lib/libhello.so 0x43481c58
D/dalvikvm( 174): No JNI_OnLoad found in /system/lib/libhello.so 0x43481c58
D/dalvikvm( 174): +++ not scanning '/system/lib/libwebcore.so' for 'printHello' (wrong CL)
D/dalvikvm( 174): +++ not scanning '/system/lib/libmedia_jni.so' for 'printHello' (wrong CL)
D/TestLib ( 174): Hello LIB!
I/ActivityManager( 48): Displayed activity com.test/.TestHelloLib: 806 ms
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這里包含了調用printHello()接口的log信息，其中”D/TestLib ( 174): Hello LIB!”就是printHello()所打印的信息。至此成功完成Android JNI的實例驗證。
