音视频学习之NDK交叉编译基础

作者: SegmentFault博客  更新时间:2020-07-17 18:07:32  原文链接


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交叉编译

交叉编译就是程序的编译环境和实际运行环境不一致,即在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。

比如NDK,你在Mac、Win或者Linux上生成的C/C++的代码要在Android平台上运行,就需要使用到交叉编译了。

通俗点说就是你的电脑和手机使用的CPU不同,所以CPU的指令集就不同,比如arm的指令集在X86上就不能运行。

常用的编译工具链

gcc

GNU C编译器。原本只能处理C语言,很快扩展,变得可处理C++。(GNU计划,又称革奴计划。目标是创建一套完全自由的操作系统)

Android在之后彻底移除了gcc,默认使用clang编译,所以使用不同版本的ndk对ffmpeg进行交叉编译时会出现同样的脚本在旧版的ndk能编译通过,但是旧版的就不编译不通过的问题。

笔者会在后面的学习过程中使用最新的ndk对最新版的ffmpeg进行交叉编译,并且会通过文章记录学习过程,感兴趣的同学可以持续关注。

g++

GNU c++编译器

gcc和g++都能够编译c/c++,但是编译时候行为不同。

对于gcc与g++会有以下区别:

后缀为.c的源文件,gcc把它当作是C程序,而g++当作是C++程序;后缀为.cpp的,两者都会认为是c++程序

g++会自动链接c++标准库stl,gcc不会

gcc不会定义__cplusplus宏,而g++会

clang

clang 是一个C、C++、Object-C的轻量级编译器。基于LLVM (LLVM是以C++编写而成的构架编译器的框架系统,可以说是一个用于开发编译器相关的库)

对比gcc,clang具有编译速度更快、编译产出更小等优点,但是某些软件在使用clang编译时候因为源码中内容的问题会出现错误。

另外clang++也是一个编译器,clang++与clang就相当于gcc与g++的区别。

静态库和动态库

静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。Linux中后缀名为”.a”。

动态库则与静态库相反,在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库。Linux中后缀名为”.so”。gcc在编译时默认使用动态库。

总结起来就是静态库节省运行时间,动态库节省运行空间,典型的时间换空间,在开发过程中可根据情况自行选择。

Java中在不经过封装的情况下只能直接使用动态库。

编译器过程

一个C/C++文件要经过预处理(preprocessing)、编译(compilation)、汇编(assembly)、和连接(linking)才能变成可执行文件。

我们以最简单的一个c语言程序来做一个例子:

预处理

gcc -E main.c -o main.i

-E的作用是让gcc在预处理结束后停止编译。

预处理阶段主要处理include和define等。它把#include包含进来的.h 文件插入到#include所在的位置,把源程序中使用到的用#define定义的宏用实际的字符串代替。

编译阶段

gcc -S main.i -o main.s

-S的作用是编译后结束,编译生成了汇编文件。

在这个阶段中,gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,gcc把代码翻译成汇编语言。

汇编阶段

gcc -c main.s -o main.o

汇编阶段把 .s文件翻译成二进制机器指令文件.o,这个阶段接收.c, .i, .s的文件都没有问题。

链接阶段

gcc -o main main.s

链接阶段,链接的是函数库。在main.c中并没有定义”printf”的函数实现,且在预编译中包含进的”stdio.h”中也只有该函数的声明。系统把这些函数实现都被做到名为libc.so的动态库。

一步到位:

gcc main.c -o main

到这里我们成功的在 mac 平台生成了可执行文件,运行即可看到输出。试想一下我们可以将这个可执行文件拷贝到安卓手机上执行吗?

肯定是不行的,主要原因是两个平台的 CPU 指令集不一样,根本就无法识别指令,这时候交叉编译就排上用场了。

如果你不信可以把 main 可执行文件 push 到手机 /data/local/tmp 里面执行验证一下能否正确输出。

也不一定必须要是/data/local/tmp这个路径,push到任意一个有可读可写可执行的权限的目录下测试均可。

交叉编译实验

下面我们使用ndk来对main.c进行交叉编译,看看编译后的可执行文件是不是真的能在Android上运行。

笔者这里以armeabi为例,在mac平台上进行交叉编译。

既然是gcc被移除了,那我们使用clang来进行交叉编译。

首先找到clang工具链

执行命令

在mac平台能能正常生成可执行文件,我们将可执行文件用push到这个目录下,然后使用adb执行即可看到输出。说明我们的交叉编译成功了。

如果不使用clang,如何gcc进行交叉编译呢?

首先也是先找到gcc的工具链

然后执行gcc编译命令

我们发现报错了

找不到stdio.h头文件

这种错误是说在我们编的时候编译器找不到我们引入的 stdio.h 头文件,那怎么告诉编译器 stdio.h 头文件在哪里呢? 下面知识点说明怎么指定这些报错的头文件

我们通过参数告诉gcc工具链到那个目录下去寻找头文件,传递参数进去再次试一下

还是报错

找不到types.h头文件

因为找不到头文件,我们进去-isystem配置的头文件查找目录中发现aarch64-linux-android和arm-linux-androideabi都存在asm的子目录,所以编译器就不知道用那个了,我们再指定一下即可。

终于成功了,我们将可执行文件push到手机的这个目录下,然后使用adb执行即可看到输出。

在这里我们使用了clang和gcc进行了交叉编译发现clang更加的简单,直接找到工具链的路径即可进行编译了,但是gcc就比较复杂了,需要指定多个参数。

这里需要需要我们明白每个参数的意思是什么:

例如 gcc --sysroot=目录1 -isysroot 目录2 -isystem 目录3 -I目录4 main.c

的意思就是 查找 目录1/usr/lib 的库文件、

查找目录2 /usr/include 的头文件、

查找 目录3 下的头文件、

查找 目录4 下的头文件。

例如:

gcc -L目录1 -l库名

链接ndk的日志库:

gcc -LC:NDK路径\platforms\android-21\arch-arm\usr\lib

-llog -lGLESv2

或者是

gcc --sysroot=NDK路径\platforms\android-21\arch-arm

-llog -lGLESv2

生成动态库

gcc -fPIC -shared main.c -olibTest.so

或者

clang -fPIC -shared main.c -olibTest.so

即使不加-fPIC也可以生成.so文件,但是对于源文件有要求,

因为不加fPIC编译的so必须要在加载到用户程序的地址空间时重定向所有目标地址,所以在它里面不能引用其它地方的代码。

要想验证编译出来的so动态库能不能正常使用,通过JNI调用测试即可。

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