吃得饱系列-Android 使用 Rust 生成的动态库-六虎

Android NDK 能够运用一些第三方的动态库, 如何用 Rust 写个东西生成动态库, 给 Cpp 这边调用, 这边记录一下过程.

装备 Rust 工程

首要写个 Rust 工程, 搞出个动态库出来, 先是创建个项目, 这儿取名叫 ffi-example

cargo new ffi-example --lib

打开 Cargo.toml 文件, 里边的内容长这样

[package]
name = "ffi-example"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
[lib]
name = "ffi_example"
crate-type = ["staticlib", "cdylib"]
[dependencies]
md5 = "0.7"

咱们的初衷是为了把 Rust 生成的动态库给 Android 端运用, 这儿就不增加 jni 相关的 crate 了, 假如要写很多 native 的代码, 主张补上这个 crate. 这个工程主要是运用到了一个 md5 的 crate, 顺便把后续要生成的 crate 类型标注成 staticlib 跟 cdylib.

然后跳到工程中的 lib.rs 文件, 把里边的内容改成下面这些

use md5::compute;
use std::ffi::{CStr, CString};
use std::os::raw::{c_char, c_uchar};
#[no_mangle]
extern "C" fn ll_md5(buf: *const c_char) -> *const c_uchar {
  let buf = unsafe { CStr::from_ptr(buf) }.to_str().unwrap().as_bytes();
  let digest = format!("{:x}", compute(buf));
  CString::new(digest).unwrap().into_raw() as *const c_uchar
}

代码能够加点自己的 lint, 能够补充个 rustfmt.toml 文件, 比如我这儿用得是两个空格的代码风格

tab_spaces = 2

现在把咱们的代码构建成动态库, 能够把对应 x86 的 target 装置上, 装置对应的 target, 需要用 rustup 装置, 能够先查找一下有哪些 target

rustup target list

假如你用得是水果 M1 芯片的设备, 能够直接运用 ARM64 的 Android 仿真器, 下面这条指令就能够统筹 Android 真机跟 M1 上的 Android 仿真器 (只需你 Android Studio 设置的仿真器是 ARM64 的)

rustup target add aarch64-linux-android

假定你现已装好了必要的 target, 能够履行下面的指令打包

cargo build --target aarch64-linux-android --release

然后咱们看到工程的 target 文件夹下生成了一个 aarch64-linux-android 文件夹, 里边的 release 文件夹下就有咱们想要的 libffi_example.so 文件

假如编译犯错

其实还有一个事情没讲, 那便是 Rust 编译 Android 可用的动态库, 需要装备 NDK standalone.
先把 ndk 装好, 直接在 Android Studio SDK Tools 的 NDK (Side by side) 选一个版别装置.

然后履行下面的指令, 详细目录依据自己的状况而定

export ANDROID_HOME=$HOME/Library/Android/sdk
export ANDROID_NDK_HOME=$ANDROID_HOME/ndk/21.4.7075529
cd ~/Library/Android/sdk/ndk
python3 $ANDROID_NDK_HOME/build/tools/make_standalone_toolchain.py --api 28 --arch arm64 --install-dir ./arm64

上面只处理 arm64 的状况, 详细 ABI 依据自己的需要而定, 然后设置一下 .cargo/config 里边的内容

[target.aarch64-linux-android]
ar = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/arm64/bin/aarch64-linux-android-ar"
linker = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/arm64/bin/aarch64-linux-android-clang"
[target.armv7-linux-androideabi]
ar = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/arm/bin/arm-linux-androideabi-ar"
linker = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/arm/bin/arm-linux-androideabi-clang"
[target.i686-linux-android]
ar = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/x86/bin/i686-linux-android-ar"
linker = "/Users/your name/Library/Android/sdk/ndk/x86/bin/i686-linux-android-clang"

其实便是依据你指定的 target 运用用对应平台的链接器, 这儿主张运用 NDK 的版别是 21, 更高版别的我还没测试过能不能编译经过.

装备 Android 工程

现在用 Android Studio 来创建个 Android 的项目, 模板挑选 Cpp 的那个, 言语不管 Kotlin 仍是 Java 都能够, Minimum SDK 随便选一个, 我这儿选得是 API 26 以上的.

接着要来改改装备, 找到项目中的 CMakeLists.txt 文件, 在 find_library 上面增加一些内容, 这儿的 CMAKE_ANDROID_ARCH_ABI 对依据环境自动指定对应的文件夹(target_link_libraries 也要参加相应的动态库姓名)

add_library(ffi_example SHARED IMPORTED)
set_target_properties(ffi_example PROPERTIES IMPORTED_LOCATION ${CMAKE_SOURCE_DIR}/lib/${CMAKE_ANDROID_ARCH_ABI}/libffi_example.so)
# ...
target_link_libraries( # Specifies the target library.
        ffidemo
        # 你导入的动态库
        ffi_example
        # Links the target library to the log library
        # included in the NDK.
        ${log-lib})

然后把之前生成的动态库拷贝到 Android 项目中来, 直接放到 src/main/cpp/lib/arm64-v8a 目录下(假如你有其他的 ABI 的动态库, 你也能够加上对应的文件夹, 放入相应的动态库), 网上很多文章说要放到 libs 或者 jniLibs 之类的文件夹, 现在新版别不需要这样做了, 咱们以官方的文档为准. 此外, build.gradle (:app) 能够把对应的 ndkVersion 加上

android {
    compileSdk 32
    defaultConfig {
        applicationId "wiki.mdzz.ffidemo"
        minSdk 26
        targetSdk 32
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ''
            }
        }
    }
    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled false
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
    compileOptions {
        sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
        targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
    }
    kotlinOptions {
        jvmTarget = '1.8'
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            version '3.18.1'
        }
    }
    buildFeatures {
        viewBinding true
    }
    ndkVersion '21.4.7075529'
}

然后咱们履行一下, 就会发现, 你的 Logcat 告诉你说

java.lang.UnsatisfiedLinkError: dlopen failed: library "~/FFIDemo/app/src/main/cpp/lib/arm64-v8a/libffi_example.so" not found

咱们把 app-debug.apk 的文件拿出来, 副档名改成 zip, 然后解压, 找到里边的 libffi_example.so 文件, 用 readelf 指令读取一下文件看看, 再把另一个 so 文件用 readelf 读取一下看看内容

readelf -d libffi_example.so
Dynamic section at offset 0x3fc70 contains 25 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libdl.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libm.so]
 0x000000000000001a (FINI_ARRAY)         0x3eb90
 0x000000000000001c (FINI_ARRAYSZ)       16 (bytes)
 0x0000000000000004 (HASH)               0x1c8
 0x000000006ffffef5 (GNU_HASH)           0x3a0
 0x0000000000000005 (STRTAB)             0x7a0
 0x0000000000000006 (SYMTAB)             0x3c8
 0x000000000000000a (STRSZ)              412 (bytes)
 0x000000000000000b (SYMENT)             24 (bytes)
 0x0000000000000003 (PLTGOT)             0x40e40
 0x0000000000000002 (PLTRELSZ)           864 (bytes)
 0x0000000000000014 (PLTREL)             RELA
 0x0000000000000017 (JMPREL)             0x3688
 0x0000000000000007 (RELA)               0x9d0
 0x0000000000000008 (RELASZ)             11448 (bytes)
 0x0000000000000009 (RELAENT)            24 (bytes)
 0x000000000000001e (FLAGS)              BIND_NOW
 0x000000006ffffffb (FLAGS_1)            Flags: NOW
 0x000000006ffffffe (VERNEED)            0x990
 0x000000006fffffff (VERNEEDNUM)         2
 0x000000006ffffff0 (VERSYM)             0x93c
 0x000000006ffffff9 (RELACOUNT)          476
 0x0000000000000000 (NULL)               0x0

readelf -d libffidemo.so
Dynamic section at offset 0x32aa8 contains 27 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [~/FFIDemo/app/src/main/cpp/lib/arm64-v8a/libffi_example.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [liblog.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libm.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libdl.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so]
 0x000000000000000e (SONAME)             Library soname: [libffidemo.so]
 0x000000000000001a (FINI_ARRAY)         0x30d50
 0x000000000000001c (FINI_ARRAYSZ)       16 (bytes)
 0x000000006ffffef5 (GNU_HASH)           0x228
 0x0000000000000005 (STRTAB)             0x36a0
 0x0000000000000006 (SYMTAB)             0xe68
 0x000000000000000a (STRSZ)              8493 (bytes)
 0x000000000000000b (SYMENT)             24 (bytes)
 0x0000000000000003 (PLTGOT)             0x33c98
 0x0000000000000002 (PLTRELSZ)           1848 (bytes)
 0x0000000000000014 (PLTREL)             RELA
 0x0000000000000017 (JMPREL)             0xd8d8
 0x0000000000000007 (RELA)               0x5b68
 0x0000000000000008 (RELASZ)             32112 (bytes)
 0x0000000000000009 (RELAENT)            24 (bytes)
 0x000000000000001e (FLAGS)              BIND_NOW
 0x000000006ffffffb (FLAGS_1)            Flags: NOW
 0x000000006ffffffe (VERNEED)            0x5b28
 0x000000006fffffff (VERNEEDNUM)         2
 0x000000006ffffff0 (VERSYM)             0x57ce
 0x000000006ffffff9 (RELACOUNT)          886
 0x0000000000000000 (NULL)               0x0

然后你会发觉, Rust 生成的动态库, 没有 Library soname, 所以咱们得再生成一个带 soname 的动态库. 回到 Rust 项目, 经过下面的指令构建一下, 能够先 cargo clean 整理一下 target 目录

cargo clean
RUSTFLAGS="-Clink-arg=-Wl,-soname=libffi_example.so" cargo build --target aarch64-linux-android --release

这儿咱们手动给动态库加上了 soname, 再把生成的动态库放到 Android 工程中. 在从头履行之前, 能够把项目中 app 目录下的 .cxx 跟 build 文件夹删一下, 避免出现古怪的问题. 再次履行时, 咱们的 App 现已能够跑起来. 接着把 native-lib 的 Cpp 代码 stringFromJNI, 修改一下, 用用看原生库的作用, 由于现在仿真器的屏幕上显现得仍是 Hello from C++.

#include <jni.h>
#include <string>
#include "llmd5.h"
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_wiki_mdzz_ffidemo_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    auto fooMD5 = ll_md5("foo");
    return env->NewStringUTF(fooMD5);
}

咱们还忘了把头文件加上, 头文件内容长这样

#ifndef FFIDEMO_LLMD5_H
#define FFIDEMO_LLMD5_H
#if __cplusplus
extern "C" {
#endif
const char *ll_md5(const char *buf);
#if __cplusplus
}
#endif
#endif //FFIDEMO_LLMD5_H

由于咱们原生言语用得是 Cpp, 所以需要加上 extern "C".

然后再编译履行 App, 应该能看到仿真器的屏幕上显现一串字符串. 为了让这个函数更通用, 能够接纳 Java/Kotlin 那边传过来的字符串, 再生成对应的 md5 字符串.

#include <jni.h>
#include <string>
#include "llmd5.h"
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_wiki_mdzz_ffidemo_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */, jstring buf) {
    auto data = env->GetStringUTFChars(buf, nullptr);
    auto result = ll_md5(data);
    env->ReleaseStringUTFChars(buf, data);
    return env->NewStringUTF(result);
}

Kotlin/Java 的代码也能够改一下

private external fun stringFromJNI(buf: String): String

public native String stringFromJNI(String buf);

吃得饱系列-Android 使用 Rust 生成的动态库

装备 Rust 工程

假如编译犯错

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