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woshidan's blog

そんなことよりコードにダイブ。

AndroidのNDKやABIについてのメモ

はじめに

C系の言語で動いているクロスプラットフォームのブリッジを作成するには、そのコンパイルなどの過程でNDKに関する知識があるとトラブルシューティングやテストケースの設計に役立つことがあります。

なので、ここではその概要をまとめておきます。はじめに用語からまとめようと思ったのですが、

https://developer.android.com/ndk/guides/index.html?hl=ja

Native Development Kit(NDK)は、Android アプリで C および C++ コードを使用できるようにするツールのセットのことです。NDK を使用して独自のソースコードをビルドしたり、事前にビルドされた既存のライブラリを活用したりできます。

https://developer.android.com/ndk/guides/concepts.html?hl=ja

アプリケーション バイナリ インターフェース(ABI)はアプリのマシンコードが実行時にどのようにシステムと連携するかを正確に定義したものです。 NDK はこれらの定義に対して .so ファイルをビルドします。

と言われてもよくわからなかったので、NDKがABIを使ってC, C++ソースコードから.soファイルをビルドする周辺で何をしているかを説明します。

.soファイルとは

と書いたものの、書いた本人は.soファイルについての事前知識が調査開始時点でなかったため、簡単に説明します。

soshared object fileの略です。

.soファイルは、UNIX系の環境下での共通ライブラリファイルのことで、Windowsでいうdllにあたります。具体的には、複数の実行ファイル間で共有して利用される処理の定義がまとめられています。

中身は実行形式ファイルですが、あくまで処理を含んでいるだけでエントリポイントがなく単体で起動することはできません。

各々の実行ファイルに含まれず、実行ファイルを起動した時に動的にロードとリンクが行われるため、動的(ダイナミック)リンクライブラリと呼ばれることがあり、Android Developers GuideのNDKについての記述では主に動的リンクライブラリ、と呼称されています。

Androidでは、アプリのコンパイル時にリンクされている方が.a(静的リンクライブラリ), アプリの起動時にロードされてリンクされる方が.soで、NDKを使ってABIに従って作成される方が基本的に.soという感じです。

自分が作成したライブラリが.so か、.aになるかはコンパイルの設定によりますが、Androidアプリのビルドの文脈だと、.soファイルの方しか、公式のドキュメントに記載がなかったので、こちらが多いかもしれません。

NDKを利用してビルドする際の流れ

https://developer.android.com/ndk/guides/concepts.html のフローをもとに適宜用語の説明を入れながら説明します。

  1. Androidプロジェクトを作成します
  2. Androidプロジェクト直下にjniディレクトリを作成し、ネイティブライブラリ(.aファイル, .soファイルなど.アーキテクチャごとにフォルダを用意したり…)とコンパイル対象のソースコード(CやC言語で書かれたソースコード)とそれらをコンパイルするモジュールにどう含むか記述していくAndroid.mkを配置
  3. 2のディレクトリに任意でターゲットABI, ツールチェーン, リリース/デバッグモード, STLを設定するApplication.mkファイルを作成(任意)
  4. デフォルト設定
  5. ABI: armeabi
    • ABIというのは、ネイティブライブラリをコンパイルする際、コンパイルした.so.aファイルがインストール対象の端末で動くことを保証するための規約みたいなものです。
  6. ツールチェーン: GCC 4.8(4.8 32bit / 4.9 64bit端末対応らしい)
  7. モード: リリース
    • リリースモードだと変数宣言が最適化されていたりして、C言語側のステップ実行が困難になったりします
  8. STL: system
  9. NDKツールを適切に利用するために作成されたシェルのラッパーであるndk-buildを使用して、Cのソースコードをネイティブ(.so, .a. 主に.so?)ライブラリへコンパイルしたり、静的ライブラリをリンクしたり
  10. Javaソースコードをビルドして、DVMで実行可能な.dexファイルを生成
  11. アプリの実行に必要な .so, .dex、その他ファイルをすべてapkファイルにパッケージ化

ところで

.soファイルやネイティブライブラリと.dexを一緒に処理していませんが、JNI用のヘッダとそれに対応した規則のメソッド名で作成していけば、JVM(DVM)上でメソッドテーブルが作成されると理解していて、それにしたがってJava<=>C,C++間でメソッドを利用し合うことが可能みたいです。

この辺を調べていると、CMakeといった言葉もでてきますが、ひとまずこの記事を書くにあたっての状況に限っては(Andorid Studioでビルドをしない場合は)関係なかったので省きます。

CMakeについては、また今度機会あればまとめます。

参考

https://developer.android.com/ndk/guides/concepts.html http://blog.katty.in/4347 http://www.peliphilo.net/archives/681 http://qiita.com/m1takahashi/items/3a3c9d2845e9b57aeda3 http://morado106.blog106.fc2.com/blog-entry-80.html