NDK

编译链接与CMake & NDK中的静态库和动态库

​ C/C++是编译链接型语言，程序（源码）写完后，需要将源码编译，然后链接，最终生成可执行文件。而脚本语言则在源码完成后直接交给解释器执行即可。因此我们说，C/C++是在工程实践中需要投入「额外」时间成本的，并且成本不低。并且要命的是很多时候这些因为编译链接所花去的时间是沉默成本，也就是说你昨天将源码编译链接生成可执行文件所耗费的时间，到了今天你修改源码后仍旧需要再次编译链接，显然，这对于大型工程（有众多源码文件）是不可接受的。

​ 因此远古大神们想到的解决方案就是，「将工程拆件成小工程」，具体而言就是将1个c/c++源码文件拆分成n个c/c++源码文件，这样的好处就是修改的粒度更小了，以前是哪怕只修改一行源码，整个项目都需要重新「生成」过，而现在可以针对性的修改那些被拆分的源文件，剩下的问题是怎么将n个源文件「组合」起来生成一个可执行文件，远古大神们给出的方案是「编译然后链接」，将n个源码文件每一个都单独「编译」，针对性的生成n个中间文件（linux中被称为.o文件，windows中被称为.obj文件），然后将这n个中间文件「链接」起来生成一个文件（可执行），显然这两步尤其各自的意义。将源码编译后生成中间文件，只要源码没有再次修改，那么这个中间文件就可以不用修改一直用，昨天编译出的中间文件可以给今天用，昨天花的时间今天就不用额外再浪费了，编译能让源码「复用」的意义可见一斑。而链接的意义就在于将各种中间文件「粘合」起来生成一个新的最终文件（通常这就是我们的可执行文件）

「复用」是减少时间成本的秘诀所在，那么，具体怎么复用的呢？

//my_project.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
int my_add(int a,int b){
  return a + b;
}

int my_sub(int a,int b){
  return a - b;
}

int main(int argc,char*[]argvs){
  int ret = my_add(11,22);
  int ret2 = my_sub(22,11);
  cout<<ret<<endl;
  return 0;
}

通常，my_add、my_sub这类功能成熟的源码不会反复修改，因此我们认为这部分源码是稳定的，可以单独成为一个源码文件

//my_math.cpp
int my_add(int a,int b){
  return a + b;
}

int my_sub(int a,int b){
  return a - b;
}

//my_project.cpp
#include<iostream>
#include "my_math.h"
using namespace std;
int main(int argc,char*[]argvs){
  int ret = my_add(11,22);
  int ret2 = my_sub(22,11);
  cout<<ret<<endl;
  return 0;
}

这样，1份源码文件就被我们拆分成了2份，通过分别对这2个源码文件进行编译，我们会得到2个中间文件，my_math.o和my_project.o ，最终通过链接可得到可执行文件。

其中我们认为my_project是用来执行业务逻辑的工程，而my_math是单纯提供功能，这种单纯提供功能的被我们称之为「库」，不过实践中库通常是更多的.o集合被打包成一个归档文件。在从编译到库的过程中，实际可以有2种类型

• 静态库
• 动态库

这两种库的本质区别在于「库代码是何时加载到进程中的」。

静态库是当程序位于磁盘上没运行起来还是一个静态文件时，就已经与「程序代码」混合到一起了；而动态库则是直到程序运行起来，才被加载到进程中，甚至直到程序代码显式调用dlopen函数，才被加载到进程中。

对于静态库，其实以上的源码文件划分方式并不合理，两个函数my_add、my_sub被放到同一个源码文件my_math中，编译后生成一个.o文件，这样的坏处在于有可能my_project程序只调用了my_add这1个函数，但链接时.o文件的所有内容都要参与链接，最终生成的可执行文件臃肿而无必要。因此合理的做法是每个函数都拆分为一个单独的.cpp文件，这样就会生成2个.o文件，这2个文件打包成为.a库文件后，就能做到「按需加载」，避免无意义的可执行文件增大。而动态库是无法做到这一点的。

到现在我们面临的唯一问题是，怎么将数量众多的源码文件编译为中间文件，并且生成可执行文件或者制作成库文件？手工执行编译链接器命令是不可能的（实在太麻烦了），此时，「构建工具」诞生了。

构建工具是用来帮助我们将源码构建成库或者可执行文件的，背后是一系列工具链的支持。

本章我们学习CMake这个构建工具的使用。

Demo文件夹下：
main.cpp
util.cpp
parse.cpp
math/
	my_add.h 
	my_add.cpp
	my_sub.h
	my_sub.cpp
	CMakeLists.txt
CMakeLists.txt

工程结构如上图所示，Demo为项目根目录文件夹

其中有2个CMakeLists.txt文件，一个用来构建main可执行文件，另一个用来构建my_math静态库

根目录下的CMakeLists.txt内容如下

# CMake 最低版本号要求
cmake_minimum_required (VERSION 2.8)
# 项目信息
project (Demo)
# 查找当前目录下的所有源文件
# 并将名称保存到 DIR_SRCS 变量
aux_source_directory(. DIR_SRCS)#这个的意义是 aux_source_directory（file_dir VAR）给定一个文件路径（该路径是源文件的所在处），然后给定一个变量，这个变量用来表示这些源文件的位置，后续可用；在本例中，「.」表示当前目录下的所有源文件，同时将该值赋予DIR_SRCS变量
# 添加 math 子目录
add_subdirectory(math)
# 指定生成目标 
add_executable(Demo ${DIR_SRCS})#将DIR_SRCS所表示的路径下的所有源文件参与编译，生成可执行文件Demo，使用变量的好处在于不用一个个的添加源文件add_executable（Demo main.cpp util.cpp parse.cpp），这样的方式如果源文件太多就跪了...
# 添加链接库
target_link_libraries(Demo MathFunctions)#这个用来添加构建Demo项目时所依赖的其他二进制库，第11行用来生成Demo可执行文件，而生成可执行文件Demo的源码中使用了math目录下的函数，而math/目录下的源文件被用来生成了一个静态库，这个库就是MathFunctions

math/目录下的CMakeLists.txt用来构建MathFunctions静态库，内容如下

# 查找当前目录下的所有源文件
# 并将名称保存到 DIR_LIB_SRCS 变量
aux_source_directory(. DIR_LIB_SRCS)
# 生成链接(静态)库(将STATIC换成SHARED，则编译为动态库)
add_library (MathFunctions STATIC ${DIR_LIB_SRCS})

---

当项目使用开源第三方库时，项目结构如下

Demo文件夹下
src/main.cc tool.cc parse.cc ...
ext/jsoncpp/
	include/
	lib/
CMakeLists.txt

Demo作为根文件夹，下有一个源码文件夹src有一个第三方库文件夹ext，里面放了一个第三方源码jsoncpp文件夹，jsoncpp的源码文件放在lib目录下，头文件放在include目录下

#指明CMake的版本
cmake_minimum_required (VERSION 2.8)
project(Demo)

#指明编译构建时使用的c++版本
add_definitions(-std=gnu++11)

#EXECUTABLE_OUTPUT_PATH和PROJECT_BINARY_DIR都是CMake的环境变量，EXECUTABLE_OUTPUT_PATH表示可执行文件最终的输出目录，而PROJECT_BINARY_DIR则表示构建过程中中间文件所在的路径，在当前的结构中，这个路径就是指Demo根目录

#set用来设置变量值（或者利用环境变量来指定值
set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_BINARY_DIR}/bin)#这个的意思就是指将最终可执行文件输出到Demo/bin文件夹下

#CMAKE_SOURCE_DIR环境变量，指当前源码的顶层目录，这条用来指明第三方源码的头文件路径
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/ext/jsoncpp/include)

#指明去哪个(哪些)目录下寻找要链接的库
link_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/ext/jsoncpp/lib)

#查找当前目录下的所有源文件
#并将名称保存到 DIR_SRCS 变量
aux_source_directory(src SRC)

#编译src目录下的源码文件，用以生成可执行文件demo
add_executable(demon ${SRC})

#将demo kmsjsoncpp这些中间文件链接起来，生成demo
target_link_libraries(demon kmsjsoncpp)

---

说明:生成动态库后，当在Android开发中我们ndk需要使用这个动态库时，是很难使用静态加载的。也就是说，如果我们通过CMake在编译时就链接动态库，最终生成可执行文件，那么在Android中这个程序是无法执行的（除非这个动态库是预置的，而非我们自制的），因为Android只会去加载libs/armeabi目录下的动态库，而这个目录是禁止写操作的（root也没用），这时候我们通常两种选择是：

• 做静态库链接（直接自制静态库）
• 动态加载来使用动态库(dlopen)

这两种方式都是比较快捷方便的