【安卓随笔】轻度自虐之使用CMake开发NDK(案例：YUV转RGB)

       消失了几个月我又回来了，距离上一次承诺更新NDK的知识依旧过了好久，我想说我真的没有太监。。。最近换了工作，来到了魔都混日子，因为找工作耽误很多写博文的时间。不得不说现在安卓开发的工作真难找啊，找了一个多月才找到一个6,7k的- -希望大家不要裸辞，慎重跳槽。。。不过这家公司的需求都比较复杂，属于之前接触较少的，而且对NDK开发有很大的要求，也可以趁机锻炼一下自己！

        本文的标题中包含自虐的字眼，没错，NDK开发就是个自虐的玩意儿，有时候真的让人抓狂，可能搞一整天也都是徒劳。。。不过今天介绍一种可以把重度自虐变成轻度自虐的简便方法，那么我们现在进入正题！

         Android Studio 2.2后，加入了对CMake的支持，从此AS开发NDK的能力和简便性得到了巨大的飞跃，本文就来介绍一下操作流程。

        首先需要下载NDK的开发环境，打开Default Setting->Android SDK->SDK Tools,选中CMake,LLDB,NDK下载，如图所示：

NDK即Native Development Kit，我们使用C/C++来进行开发的必要环境，LLDB是NDK的调试工具，而CMake则是我们今天的主角。

安装完成后，我们新建一个工程，本文将用JNI实现YUV2RGB这个经典算法，所以将工程命名为YUV2RGB，特别注意的是在此处勾选上include c++ support，这样studio就会给我们生成一个已经搭建好基础的NDK工程。

在一路Next时，不要手快，在这一步一点要勾上Exception Support和Runtime Type Information Support，来支持rtti和exception,否则某些机型也许无法跑你的程序。

工程创建完毕后，我们来看看目录和之前的普通工程有什么不一样。在App目录下多了一个CMakeLists.txt，这个可不是单纯的文本文档，这里就是配置CMake的地方，在main目录下多了一个Cpp文件夹，这里面用来存放用C/C++写的代码。

默认的情况下CMakeLists.txt是存放在app/目录下，当然我们可以改变它的位置，这里我们就看一看这个工程的gradle文件又有什么特别之处：

在defaultConfig下面多了一个externalNativeBuild {cmake {cppFlags "-frtti -fexceptions"}}，这里就是我们一开始勾选的rtti支持，如果一开始忘记勾选，在此加入也可以。

在android下面也多了一个externalNativeBuild {cmake {path "CMakeLists.txt"}}，这里就是指定的CMakeLists文件路径，如果你要把该文件放到其他位置，只需要在此修改即可。

那么我们先来分析CMakeLists这个文件。一打开你也许会略微蛋疼，充斥着没有颜色提示的文本，各种奇怪的符号，比较AS对CMake支持的时间不长，也许以后谷歌会对这一块更加完善。在自动生成的CMakeLists里，充满了各种注释，如果我们整理一下，一切就很清晰了，比如这样：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)add_library(native-lib SHARED src/main/cpp/native-lib.cpp )find_library(log-lib log)target_link_libraries(native-lib  ${log-lib} )

      这下就清楚多了吧，其实对于一个比较基本的NDK程序，这几行就足够了，先声明出CMake的版本，然后添加你自己编写的Cpp文件和文件的位置，将log support library的位置储存到log-lib中，最后连接所有存在的动态库文件就大功告成。

为了保证本文讲的更加清楚，我们不使用已经自动创建好的部分，重新在Cpp文件夹里创建一个cpp文件yuv2rgb-lib.cpp，然后在cMakeLists中这样配置：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)add_library(native-lib SHARED src/main/cpp/native-lib.cpp )add_library(yuv2rgb-lib SHARED src/main/cpp/yuv2rgb-lib.cpp )find_library(log-lib log)target_link_libraries(native-lib yuv2rgb-lib ${log-lib} )

这样就可以轻而易举的把新创建的文件放入CMake的编译队列中。那么我们自己创建的这个Cpp文件里应该怎么写呢？里面是一个YUV->RGB的算法，当然这个算法用java也可以实现，但是执行效率就不言而喻，使用Android原生的YuvImage也可以对其进行转换，这里底层也是使用了native方法，但是这个方法据说在某些机型里是无法使用的。那么最稳的方式就是我们自己用C/C++来写一个。

#include <jni.h>
extern "C"{
jintArray Java_com_lbw_camerapreviewcallback_NdkLoader_yuv2Rgb(JNIEnv *env,jobject thiz, jbyteArray buf,jint width, jint height) {jbyte *yuv420sp = (env)->GetByteArrayElements(buf, 0);int frameSize = width * height;jint rgb[frameSize];int i = 0, j = 0, yp = 0;int uvp = 0, u = 0, v = 0;for (j = 0, yp = 0; j < height; j++) {uvp = frameSize + (j >> 1) * width;u = 0;v = 0;for (i = 0; i < width; i++, yp++) {int y = (0xff & ((int) yuv420sp[yp])) - 16;if (y < 0)y = 0;if ((i & 1) == 0) {v = (0xff & yuv420sp[uvp++]) - 128;u = (0xff & yuv420sp[uvp++]) - 128;}int y1192 = 1192 * y;int r = (y1192 + 1634 * v);int g = (y1192 - 833 * v - 400 * u);int b = (y1192 + 2066 * u);if (r < 0) r = 0; else if (r > 262143) r = 262143;if (g < 0) g = 0; else if (g > 262143) g = 262143;if (b < 0) b = 0; else if (b > 262143) b = 262143;rgb[yp] = 0xff000000 | ((r << 6) & 0xff0000) | ((g >> 2) & 0xff00) | ((b >> 10) & 0xff);}}jintArray result = (env)->NewIntArray(frameSize);(env)->SetIntArrayRegion(result, 0, frameSize, rgb);(env)->ReleaseByteArrayElements(buf, yuv420sp, 0);return result;
}
}

YUV和RGB的转换公式如下：

其中的数学原理我们这里不再探究，毕竟这里只是拿他当一个小例子，有兴趣的可以去这篇博客里学习。

我们来看这个函数里的几个参数JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray buf, jint width, jint height。

也许最让人疑惑的就是JNIEnv *env和jobject thiz，JNIEnv*是指向JNI函数表的接口指针，可以通过它对Java端的代码进行操作。jobject thiz,如果native方法没用用static修饰的话，它就是native方法的类实例。如果是static修饰的话，就代表native方法的类的class对象实例。

以上这两个参数都是必须带有的，而后面的则是我们可以自定义的。我们先来看下这个native方法的声明：

 public static native int[] yuv2Rgb(byte[] buf, int width, int height);

没错，我们在java代码中只需要传入这3个自定义的参数，一个包含原始YUV数据的byte数组，和int型的图像宽高，他们在JNI中对应的类型为jbyteArray和jint。在NDK中有些类型是无法直接使用的，我们需要调用NDK的方法来将他们转换为C++中可用的类型。具体的这里我们不细说，因为很多前辈们已经讲了很多遍了，想学习的可以点击这里。

要注意的是C/C++里可没有像Java GC这样好用的垃圾回收机制，在代码的最后记得回收相关的变量。

最重要的一点是，在代码的开头有一段类似Java包名的信息：Java_com_lbw_camerapreviewcallback_NdkLoader_yuv2Rgb，这里就是程序寻找Java部分声明的指引，这里程序就会去com.lbw.camerapreviewcallback.NdkLoader这个类里寻找native方法的声明。这里的包名并没有写成本程序的包名，因为我们接下来要在其他程序里去使用它，这里我不再去封装jar或者aar包，所以直接写成这个包名。

那么如何把cpp编译为SO文件呢？我们只需要Build->Rebuild project，重新构建一下工程，然后在app/build/intermediates/cmake目录下就可以找到生成好的SO文件。

然后我们新建一个工程，用来试验这个SO库到底能不能用。而包名就用我们刚才定义的那个，让JNI程序可以直接适应这个新的程序，那么我们就创建一个对应的NdkLoader类，内容如下：

public class NdkLoader {static {System.loadLibrary("yuv2rgb-lib");}public static native int[] yuv2Rgb(byte[] buf, int width, int height);
}

至于YUV数据的来源，当然还是从相机的预览帧里取了，所以我这里简单的写了一个相机预览的程序，加入了预览回调，当点击按钮时，截取当前帧，转换为RGB数据，并存到SD卡里。只贴出关键代码：

 @Overridepublic void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {camera.addCallbackBuffer(data);if (isCatch) {isCatch = false;int[] result = NdkLoader.yuv2Rgb(data,camera.getParameters().getPreviewSize().width,camera.getParameters().getPreviewSize().height);Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(result,camera.getParameters().getPreviewSize().width,camera.getParameters().getPreviewSize().height, Bitmap.Config.RGB_565);try {FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("sdcard/result.jpg"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fileOutputStream);bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 100, bos);bos.flush();fileOutputStream.close();bos.close();bitmap.recycle();bitmap = null;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

这里就不在讲述怎么导入SO文件，当我们点击按钮后，就通过NdkLoader这个类调用yuv2Rgb这个native方法，将byte[] data转换成一个RGB的byte[] result，再将它存入SD卡。

点击按钮后，去SD卡里寻找这张图片。果然，这里已经转换成功了，到此我们的这个SO库也就做好了。

当然为了确保每个程序都可以使用，肯定不能靠这样一直修改包名，所以这里建议将NdkLoader做成jar包，这样不管在任何程序里，只要导入这个jar包就可以使用了。不过我更推荐使用aar，这样就把SO文件也引入了进去，aar的制作方法可以参见我之前的博客。

本篇博文只是讲述了NDK开发的入门之入门的知识，希望可以帮到一些刚刚接触这一块的朋友。而真正的NDK开发绝对是非常博大精深的，绝对要比我们平时用Android SDK写的东西难之又难，而资料也更加稀少与晦涩。所以我以后还会继续分享一些NDK开发的心得，由于我本人并不是专业开发C/C++的，博文中难免会有许多错误，希望大家及时指正！下一篇博客的内容其实已经构思好了，就是导入OpenCV的native库进行NDK二次开发！希望大家都可以在这条自虐的道路上越走越远...敬请期待！

NDK的项目和相机预览的项目我都进行了上传，本着“技术来源于分享“的原则，依旧是0分，需要的同学可以自行下载。

点此下载