Ubuntu系统下实现Android工程调用独立编译的C++程序和GMP、PBC库

目的：

　　实现使用C++编写代码供Android工程调用。C++代码中可以使用STL库，也可以使用常用的由源码编译生成的库，如PBC。因为PBC是基于GMP库的，所以这里只记录了GMP和PBC库的编译安装方法，其它库的方法类似。

特点：

　　不使用集成的ndk-build功能，不需要在jni目录下写c文件和mk文件，而是从NDK中提取出交叉编译toolchain，这样可以在CodeBlocks等环境中建立独立工程进行C++代码的开发，然后编译生成动态库交给Android工程来加载。

准备工作：
　　一个搭建好的Android开发环境(SDK)，以及：
　　android-ndk-r9d-linux-x86_64.tar.bz2
　　gmp-6.0.0a.tar.bz2
　　pbc-0.5.14.tar.gz
　　这些都可以去各自的官网下载到。

一、搭建Android交叉编译环境

　　解压ndk开发包，并提取其中的toolchain到指定目录：

$ cd android-ndk-r9d/
$ build/tools/make-standalone-toolchain.sh --toolchain=arm-linux-androideabi-4.8 --platform=android-19 --system=linux-x86_64 --install-dir=$HOME/android-19-arm

　　参数说明：这里的toolchain参数指定的目标是基于ARM的Android设备，也可以根据需要改成基于x86或MIPS的Android设备，具体的参数名可以参见android-ndk-r9d/toolchains目录。参数platform设置为android-19，指生成的工具链是针对Android 4.4版本的，具体对应关系可以查看android-ndk-r9d/docs/STABLE-APIS.html文件。参数system指的是本机系统，即运行toolchain的环境。这里将提取出来的toolchain安装到了用户主目录下的android-19-arm文件夹，以后的工作都是在这个文件夹下进行，不再需要android-ndk-r9d目录了。

　　为toolchain添加环境变量，在文件/etc/profile的最后加上：

# android toolchain
export TOOLCHAIN_HOME=$HOME/android-19-arm
export PATH=$TOOLCHAIN_HOME/bin:$PATH

　　然后最好注销一次，使环境变量生效（也可以用source /etc/profile，但好像只对本终端有效「注：elementary OS Luna」）

　　测试：

$ arm-linux-androideabi-gcc --version

二、配置Codeblocks开发环境

　　打开Codeblocks，选择Settings--Compiler，选择GNU GCC Compiler，然后点Copy，这时会让填写新的编译器的名字，填写GCC Toolchain For Android。在Toolchain executables页中，编译器的安装目录选择在第一步中创建的目录（也就是$TOOLCHAIN_HOME所指向的目录，这里不能使用环境变量），然后将下面的gcc、g++、ar分别改成arm-linux-androideabi-gcc、arm-linux-androideabi-g++和arm-linux-androideabi-ar，Debugger和Make不用改动，保存。

　　现在已经配置好了codeblocks环境，创建工程时，需要选择刚才创建的编译器，编译出来的程序才能在Android中运行。

　　可以新建一个名为testToolchain的控制台程序来测试一下，选择GCC Toolchain For Android编译器，然后编译出来的可执行程序是Android系统上的原生C++程序，在x86平台上是不能运行的，可以传到手机上之后，使用adb shell或在手机上安装诸如BTEP终端来运行。在Ubuntu上用file命令也可以查看文件的信息：

$ file testToolchain
testToolchain: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), stripped

　　可以看出，的确是生成了arm平台的目标程序。

三、使用Codeblocks来开发动态库并交给Android工程调用

Android工程：
　　在Android工程中（假设工程名为TestAndroidApp），在需要调用C函数的地方声明native函数，例如在MainActivity.java中声明：

public native String function_in_c_code();

　　运行一下后生成对应的class文件，然后打开终端，切换到工程文件夹下的bin/classes目录，创建头文件：

$ javah com.example.testandroidapp.MainActivity

　　然后会在当前目录下生成com_example_testapp_MainActivity.h头文件，里面有经过java改造的C++函数的声明方法。

Codeblocks中：
　　创建一个动态库工程（Shared library），假设工程名为cMainProc，编译器选择GCC Toolchain For Android，完成。这时应该先把刚才在Android中声明的接口函数实现，然后在接口函数中就可以随意调用自己写的其它函数或者库了。在CPP文件中，首先包含刚才使用javah命令生成的头文件。可以用相对路径引用它，也可以把头文件复制到当前工程中。然后按照头文件中的声明来创建接口函数，在刚才的例子中，应该创建这样一个函数：

jstring JNICALL Java_com_example_testandroidapp_MainActivity_function_1in_1c_1code
  (JNIEnv *env, jobject)
{
    // todo: your code here.
    return env->NewStringUTF("Hello world.");
}

　　因为有返回值，所以在上面的代码中加了一个env变量，并调用java中的方法创建了一个jstring类型的字符串返回。

　　可以通过直接包含相应头文件来使用STL库。如果需要使用其他通过源码编译的库，那么需要先对其进行交叉编译，然后将编译后生成的头文件和库文件分别放到$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr下的include和lib目录中，即可使用。头文件直接包含即可，库文件最好使用对应的静态库。例如，使用PBC库的话，首先在代码中#include <pbc/pbc.h>，然后在工程的Link libraries里添加libgmp.a和libpbc.a，注意要带上路径，这样才会链接静态库，否则会使用动态库。

　　编译这个工程，会在bin/Debug或bin/Release下生成对应的libcMainProc.so文件。将这个文件复制到Android工程的libs/armeabi文件夹下（也可以修改Codeblocks工程的输出目录，直接将编译出来的so文件放到Android工程中，这样更方便）。

Android工程：
　　在调用这个函数function_in_c_code()之前，先加载刚才编译的动态库文件：

static
{
        System.loadLibrary("cMainProc");
}

　　注意库名中不带“lib”和扩展名，系统会自动寻找libcMainProc.so。然后就可以在java代码中调用这个函数了：

TextView t = (TextView)findViewById(R.id.textView1);
t.setText("String from c++: " + function_in_c_code());

　　运行效果示例：

四、编译安装GMP和PBC库

　　GMP库的编译稍复杂一些，因为在configure时要加上很多参数。解压gmp-6.0.0a.tar.bz2，并按下面给出的参数执行configure脚本。如果有缺少的依赖项，则用apt-get安装相应的项后，重新执行configure，直到出现下面提示：

$ ./configure --prefix=$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr --enable-cxx --build=x86_64-pc-linux-gnu --host=arm-linux-androideabi MPN_PATH="arm/v6t2 arm/v6 arm/v5 arm generic" CFLAGS="-O2 -g -pedantic -fomit-frame-pointer -Wa,--noexecstack -ffunction-sections -funwind-tables -fstack-protector -fno-strict-aliasing -finline-limit=64 -march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=vfp"
......
......
configure: summary of build options:


  Version:           GNU MP 6.0.0
  Host type:         arm-unknown-linux-androideabi
  ABI:               standard
  Install prefix:    /home/user/android-19-arm/sysroot/usr
  Compiler:          arm-linux-androideabi-gcc -std=gnu99
  Static libraries:  yes
  Shared libraries:  yes

　　然后再编译和安装：

$ make -j8
$ make install

　　PBC库相对比较简单，解压pbc-0.5.14.tar.gz，执行configure后编译并安装（在./configure阶段同样需要安装依赖项并重新./configure，直到显示成功）：

$ cd pbc-0.5.14
$ ./configure --prefix=$TOOLCHAIN_HOME/sysroot/usr --host=arm-linux-androideabi
......
......
global build variables
-----------------------------------------
Mon May 12 14:00:00 CST 2014
host info:        arm-unknown-linux-androideabi
optimized build:  no
compiler (CC):    arm-linux-androideabi-gcc
LDFLAGS:
CPPFLAGS:
CFLAGS:            -Wall -W -Wfloat-equal -Wpointer-arith -Wcast-align -Wstrict-prototypes -Wredundant-decls -Wendif-labels -Wshadow -pipe -ffast-math -U__STRICT_ANSI__ -std=gnu99 -fomit-frame-pointer -O3
LEX:              flex
AM_LFLAGS:
LFLAGS:
YACC:             bison -y
AM_YFLAGS:
YFLAGS:
-----------------------------------------
$ make -j8
$ make install

　　在使用PBC库时，为了简洁，建议链接PBC的静态库，即libpbc.a，同时要注意以下事项：

　　1. 使用静态库时一定要链接所有用到的静态库。PBC库用到了GMP库，因此除了libpbc.a外，还应引用GMP的静态库，即libgmp.a

　　2. 链接多个静态库时，一定要注意顺序，即最底层的库排在最后面。在这里是PBC里用到了GMP的函数，因此需要先链接PBC，再链接GMP，否则会出错。

　　运行效果示例：