独立工具链

您可以单独使用 Android NDK 附带的工具链,也可以将其作为插件与现有 IDE 结合使用。如果您已拥有自己的编译系统,并且只需要能够调用交叉编译器以便为其增加对 Android 的支持,这种灵活性就会非常有意义。

选择您的工具链

首先,您需要确定自己的独立工具链要处理的目标处理器架构。您可以借助 --arch 标记来完成该步骤。

选择您的 sysroot

接下来,您需要定义自己的 sysroot。sysroot 是包含您的目标系统标头及库的目录。要定义 sysroot,您必须知道原生支持的目标 Android API 级别;而可用的原生 API 会因 Android API 级别而异。

针对相应 Android API 级别的原生 API 库位于 $NDK/platforms/ 下;每个 API 级目录又包含针对各种 CPU 和架构的子目录。标头位于 $NDK/sysroot 中。

要详细了解 Android API 级别及其支持的对应原生 API,请参阅原生 API

创建工具链

NDK 会提供 make_standalone_toolchain.py 脚本以便您通过命令行执行自定义工具链安装。

这是用来替代旧式 make-standalone-toolchain.sh 的新工具。此工具已在 Python 中重新实现,因此 Windows 用户无需安装 CygwinMSYS 便可运行该工具。

脚本位于 $NDK/build/tools/ 目录中,其中 $NDK 是 NDK 的安装根目录。

下面展示了使用此脚本的示例:

$NDK/build/tools/make_standalone_toolchain.py \
        --arch arm --api 21 --install-dir /tmp/my-android-toolchain
    

此命令会创建一个名为 /tmp/my-android-toolchain/ 的目录,其中包含一个 android-21/arch-arm sysroot 的副本,以及适用于 32 位 ARM 目标的工具链二进制文件的副本。

请注意,工具链二进制文件不依赖或包含主机专属路径。换言之,您可以将其安装在任意位置,甚至可以视需要改变其位置。

--arch 参数是必填项,但 API 级别将默认设为指定架构的最低支持级别(目前,级别 16 适用于 32 位架构,级别 21 适用于 64 位架构)。

从 r18 开始,所有独立工具链都使用 Clang 和 libc++。除非编译的是静态可执行文件,否则默认情况下,将使用 libc++ 共享库。要强制使用静态库,请在创建链接时传递 -static-libstdc++。此行为与普通主机工具链的行为相符。

C++ 库支持中所提到的那样,在链接到 libc++ 时常常需要传递 -latomic

请注意,如果您省略 --install-dir 选项,该工具将在名为 $TOOLCHAIN_NAME.tar.bz2 的当前目录中创建一个 tarball。使用 --package-dir 可将此 tarball 放入不同的目录中。

如需了解更多选项和详情,请使用 --help

使用 Clang

Clang 二进制文件会自动包含在独立工具链中。

此外,<install-dir>/bin 下有两个名为 clangclang++ 的封装容器脚本。这些脚本会调用带有正确目标架构标记的 clang 二进制文件。换言之,这些脚本无需进行任何修改即可运行,而且您应该能够在自己的编译系统中使用这些脚本,只需设置指向这些脚本的 CCCXX 环境变量即可。

同时,还有名为 gccg++ 的封装容器脚本也会调用 Clang。尽管 NDK 不再包含 GCC,但这些脚本在一定程度上会兼容明确引用 GCC 的编译文件。很显然,如果编译文件使用 Clang 不支持的命令行选项,您将需要移除或替换这些选项。

Clang 以 ARM 为目标

对 ARM 进行编译时,Clang 会根据是否存在 -march=armv7-a 和/或 -mthumb 编译器标记来更改目标:

表 1. 可指定的 -march 值及其生成的目标。

-march 生成的目标
-march=armv7-a armv7-none-linux-androideabi
-mthumb thumb-none-linux-androideabi
-march=armv7-a-mthumb thumbv7-none-linux-androideabi

此外,您也可以视需要替换成自己的 -target

clangclang++ 应该能够轻松替换 makefile 中的 gccg++。如有疑问,请在调用编译器时使用以下选项来验证其是否运行正常:

  • -v:用于转储与编译器驱动程序问题有关的命令
  • -###:用于转储命令行选项,包括以隐式方式预定义的选项。
  • -x c < /dev/null -dM -E:用于转储预定义的预处理器定义
  • -save-temps:用于比较 *.i*.ii 预处理文件。

ABI 兼容性

默认情况下,ARM Clang 独立工具链将以 armeabi-v7a ABI 为目标。只需传递恰当的 -march-target 选项,便可完成目标的替换。

我们建议使用 -mthumb 编译器标记来强制生成 16 位 Thumb-2 指令。如果已省略此指令,工具链将发出 32 位 ARM 指令。

要使用 NEON 指令,您必须使用 -mfpu 编译器标记:-mfpu=neon

请注意,按照 ARM 规范,此设置会强制使用 VFPv3-D32

另外,请务必向链接器提供以下两个标记:-march=armv7-a -Wl,--fix-cortex-a8

第一个标记可指示链接器选择为 armv7-a 定制的工具链库。在某些 Cortex-A8 实现中,需要使用第二个标记作为 CPU 错误的解决方法。

如果以其他 ABI 为目标,则不必使用任何特定的编译器标记。

要详细了解 ABI 支持,请参阅 ABI

警告和限制

Windows 支持

Windows 二进制文件不依赖于 Cygwin。这种独立性让它们的运行速度更快。不过,代价是它们不能像理解 cygdrive/c/foo/bar 一样理解 Cygwin 路径规范,例如 C:/foo/bar

异常、RTTI 和 STL

默认情况下,工具链二进制文件支持 C++ 异常和 RTTI。要在编译源代码时停用 C++ 异常和 RTTI(例如,为了生成更轻量的机器代码),请使用 -fno-exceptions-fno-rtti

C++ STL 支持

独立工具链包含 C++ 标准模板库 (STL) 实现。

  • 使用 -static-libstdc++ 获取静态库版本的 libc++。这样做可确保将所有必需的 C++ STL 代码添加到您最终的二进制文件。如果您只生成我们建议的单个共享库或可执行文件,那么此方法是理想之选。

  • 默认情况下,系统将使用共享库版本的 libc++。无需额外的标记即可链接到共享库。您必须打包应用中的 libc++_shared.so,否则代码将无法加载。

    表 2 显示了此文件在每个架构中的位置。

    表 2. 可指定的 -march 值及其生成的目标。

    工具链 位置
    arm $TOOLCHAIN/arm-linux-androideabi/lib/
    arm64 $TOOLCHAIN/aarch64-linux-android/lib/
    x86 $TOOLCHAIN/i686-linux-android/lib/
    x86_64 $TOOLCHAIN/x86_64-linux-android/lib/

使用独立工具链编译开放源代码项目

以下面的工具链为例:

# Create an arm64 API 26 libc++ toolchain.
    $NDK/build/tools/make_standalone_toolchain.py \
      --arch arm64 \
      --api 26 \
      --install-dir=my-toolchain
    

以下是您设置环境以将其用于编译传统开放源代码项目的方法:

# Add the standalone toolchain to the search path.
    export PATH=$PATH:`pwd`/my-toolchain/bin

    # Tell configure what tools to use.
    target_host=aarch64-linux-android
    export AR=$target_host-ar
    export AS=$target_host-clang
    export CC=$target_host-clang
    export CXX=$target_host-clang++
    export LD=$target_host-ld
    export STRIP=$target_host-strip

    # Tell configure what flags Android requires.
    export CFLAGS="-fPIE -fPIC"
    export LDFLAGS="-pie"
    

带自定义编译系统的项目

以下示例展示了在执行上述步骤后如何编译 toybox:

git clone https://github.com/landley/toybox.git
    cd toybox
    make defconfig && make
    

使用 autoconf 的项目

此外,如果是基于 autoconf 的项目,代码将更像如下内容:

tar zxvf make-4.2.tar.gz
    cd make-4.2
    ./configure --host=$target_host && make
    

请注意,基于 autoconf 的项目在支持交叉编译方面的差异很大。另请注意,如果您 git clone 基于 autoconf 的项目,则不可能产生已签入的 configure 脚本,因此您必须遵循项目的文档进行引导。