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淺談OpenHarmony的NDK開(kāi)發(fā)

系統(tǒng) OpenHarmony
Native API是OpenHarmony SDK上提供的一組native開(kāi)發(fā)接口與工具集合(也稱為NDK),方便開(kāi)發(fā)者使用C或者C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵功能。Native API只覆蓋了OHOS基礎(chǔ)的一些底層能力。

背景

Native API(NDK)入門

Native API是OpenHarmony SDK上提供的一組native開(kāi)發(fā)接口與工具集合(也稱為NDK),方便開(kāi)發(fā)者使用C或者C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵功能。Native API只覆蓋了OHOS基礎(chǔ)的一些底層能力,如libc,圖形庫(kù),窗口系統(tǒng),多媒體,壓縮庫(kù)等,并沒(méi)有完全提供類似于JS API上的完整的OHOS 平臺(tái)能力。在應(yīng)用中使用Native API會(huì)編譯成動(dòng)態(tài)庫(kù)打包到應(yīng)用中。

名詞概念

名詞名詞解釋Native APIOHOS SDK里面native包提供的,面向三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)的Native 接口以及相應(yīng)編譯腳本,編譯工具鏈。包括C運(yùn)行時(shí)基礎(chǔ)庫(kù)libc,3D圖形庫(kù)opengl,面向JS與C跨語(yǔ)言的接口Node-API等,具體內(nèi)容詳見(jiàn)下表。NDKNative Develop Kit的縮寫(xiě),在OHOS上就是Native API;Native API是官方名字,NDK指代相同意思。SDK CAPIOHOS Native API中的C語(yǔ)言接口,以及工具鏈部分,當(dāng)前OHOS的Native API里面只包含C語(yǔ)言接口,因此Native API與CAPI意思一樣,建議交流的時(shí)候使用CAPI,防止Native API與napi縮寫(xiě)混用。Node-API曾用名napi,是OHOS中提供JS與C跨語(yǔ)言調(diào)用的接口,是Native API接口中的一部分. 該接口在Node.js提供的Node-API基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái),但不完全與Node.js中的Node-API完全兼容。napiNode-API的曾用名,當(dāng)前Node-API頭文件中的接口仍然以napi_開(kāi)頭,不建議使用。

Native API構(gòu)成介紹

Native API目錄結(jié)構(gòu)

Native API在SDK包的位置為$(SDK_ROOT)/native目錄,主要有以下幾個(gè)部分組成。

目錄

功能說(shuō)明

build

應(yīng)用中編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)的toolchain cmake腳本;這個(gè)目錄下ohos.toolchain.cmake文件定義了給OHOS交叉編譯選項(xiàng)

build-tools

放置編譯構(gòu)建的工具,如cmake

docs

Native API接口參考文檔,通過(guò)doxgen從頭文件中提取出來(lái)

llvm

支持OHOS ABI的llvm交叉編譯器

sysroot

放置編譯鏈接的依賴文件目錄,包含頭文件,動(dòng)態(tài)庫(kù)等

寫(xiě)在最后Native API接口(4.0 Release)

接口分類接口功能引入版本標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)以musl為基礎(chǔ)提供的標(biāo)準(zhǔn)c庫(kù)接口,當(dāng)前提供了1500+的接口8標(biāo)準(zhǔn)C++庫(kù)c++運(yùn)行時(shí)庫(kù)libc++_shared,此庫(kù)在打包的時(shí)候需要打包或者靜態(tài)鏈接到應(yīng)用中8日志打印日志到系統(tǒng)的hilog接口8Node-APIArkUI提供的,方便應(yīng)用開(kāi)發(fā)接入JS應(yīng)用環(huán)境的一組類Node-API(也叫napi),是屬于Native API的一部分8XComponentArkUI XComponent組件中的surface與觸屏事件接口,方便開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)高性能圖形應(yīng)用8libuvArkUI集成的三方的異步IO庫(kù)8libzzlib庫(kù),提供基本的壓縮,解壓接口8Drawing系統(tǒng)提供的2D圖形庫(kù),可以在surface進(jìn)行繪制8OpenGL系統(tǒng)提供的openglv3接口8Rawfile應(yīng)用資源訪問(wèn)接口,可以讀取應(yīng)用中打包的各種資源8OpenSLES用于2D,3D音頻加速的接口庫(kù)8MindsporeAI模型接口庫(kù)9包管理包服務(wù)接口,方便查詢應(yīng)用包信息8。

Native API相關(guān)資料

  • Native API參考,介紹各個(gè)API參考手冊(cè)。
  • Native API中支持的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),介紹Native API支持的開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。
  • Native API開(kāi)發(fā)指南,結(jié)合具體的例子,場(chǎng)景介紹各類接口的使用。
  • 如何在Cmake工程中使用NDK,介紹如何使用使用NDK開(kāi)發(fā)一個(gè)CMake工程。
  • Node-API在應(yīng)用工程中的使用指導(dǎo), 如何使用Node-API接口。

簡(jiǎn)單應(yīng)用

如何開(kāi)發(fā)應(yīng)用?

  • DevEco IDE創(chuàng)建工程選擇“Native C++”模板:

編譯運(yùn)行后,點(diǎn)擊helloworld打印輸出有:Test NAPI 2 + 3 = 5。

  • ArkUI部分:
import hilog from '@ohos.hilog';           //導(dǎo)入hilog
import testNapi from 'libentry.so';     //導(dǎo)入nativeC++模塊

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text(this.message)
          .fontSize(50)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .onClick(() => {
            //調(diào)用nativeC++代碼
            hilog.info(0x0000, 'testTag', 'Test NAPI 2 + 3 = %{public}d', testNapi.add(2, 3));
          })
      }
      .width('100%')
    }
    .height('100%')
  }
}
  • nativeC++部分由 CMake 和 C++代碼兩部分組成:
  • CMake:
# the minimum version of CMake.
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
project(MyNDKApplication)
# 編譯路徑
set(NATIVERENDER_ROOT_PATH ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})
# 編譯頭文件路徑
include_directories(${NATIVERENDER_ROOT_PATH}
                    ${NATIVERENDER_ROOT_PATH}/include)
# 編譯對(duì)象entry是對(duì)應(yīng)用層可見(jiàn)的so,即import testNapi from 'libentry.so'
add_library(entry SHARED hello.cpp)
# 這是link命令,libace_napi 這個(gè)就是node-api需要用的so庫(kù);
target_link_libraries(entry PUBLIC libace_napi.z.so)
  • C++:
#include "napi/native_api.h"
// 對(duì)外node-api方法,對(duì)應(yīng)testNapi.add(2, 3)
static napi_value Add(napi_env env, napi_callback_info info)
{
    size_t requireArgc = 2;
    size_t argc = 2;
    napi_value args[2] = {nullptr};

    napi_get_cb_info(env, info, &argc, args , nullptr, nullptr);

    napi_valuetype valuetype0;
    napi_typeof(env, args[0], &valuetype0);

    napi_valuetype valuetype1;
    napi_typeof(env, args[1], &valuetype1);

    double value0;
    napi_get_value_double(env, args[0], &value0);

    double value1;
    napi_get_value_double(env, args[1], &value1);

    napi_value sum;
    napi_create_double(env, value0 + value1, &sum);

    return sum;

}
// 模塊初始化方法,對(duì)應(yīng)的方法在這加入對(duì)外描述隊(duì)列
EXTERN_C_START
static napi_value Init(napi_env env, napi_value exports)
{
    napi_property_descriptor desc[] = {
        { "add", nullptr, Add, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr }
    };
    napi_define_properties(env, exports, sizeof(desc) / sizeof(desc[0]), desc);
    return exports;
}
EXTERN_C_END
// 模塊聲明,import時(shí)候調(diào)用
static napi_module demoModule = {
    .nm_version = 1,
    .nm_flags = 0,
    .nm_filename = nullptr,
    .nm_register_func = Init,
    .nm_modname = "entry",
    .nm_priv = ((void*)0),
    .reserved = { 0 },
};
// 模塊入口注冊(cè)
extern "C" __attribute__((constructor)) void RegisterEntryModule(void)
{
    napi_module_register(&demoModule);
}

如何使用系統(tǒng)NDK?

上面例子運(yùn)行起來(lái)后,c++部分是沒(méi)有打印信息的,若想看到對(duì)應(yīng)的打印信息,則需要調(diào)用hilog進(jìn)行輸出,修改如下:

  • cmake修改:
# the minimum version of CMake.
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
project(MyNDKApplication)

set(NATIVERENDER_ROOT_PATH ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})

include_directories(${NATIVERENDER_ROOT_PATH}
                    ${NATIVERENDER_ROOT_PATH}/include)
# 增加hiloglib庫(kù)引用
find_library(
    # Sets the name of the path variable.
    hilog-lib
    # Specifies the name of the NDK library that
    # you want CMake to locate.
    hilog_ndk.z
)

add_library(entry SHARED hello.cpp)
# 增加hiloglib庫(kù)連接
target_link_libraries(entry PUBLIC ${hilog-lib} libace_napi.z.so)
  • c++文件修改:
// 增加hilog頭文件
#include <hilog/log.h>
#include "napi/native_api.h"

static napi_value Add(napi_env env, napi_callback_info info)
{
    // 增加打印輸出
    const unsigned int LOG_PRINT_DOMAIN = 0xFF00;
    OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_INFO, LOG_PRINT_DOMAIN, "Init", "Init begins");
    size_t requireArgc = 2;
    size_t argc = 2;
    napi_value args[2] = {nullptr};
    
...
  • 輸出:
08-07 05:40:25.079  15167-15167  A0ff00/Init                    com.example.myndkapplication    I  Init begins
08-07 05:40:25.079  15167-15167  A00000/testTag                 com.example.myndkapplication    I  Test NAPI 2 + 3 = 5

具體原理是什么?

PC端OHOS SDK里包括了native對(duì)應(yīng)的庫(kù)文件和頭文件。

OHOS源碼可以編譯出帶NDK的FullSDK,也可以從CI網(wǎng)址下載。

# Generate NDK library from NDK description file.
#
# Variables:
#  ndk_description_file:
#  min_compact_version: string specifies the minimal compactible version of NDK.
#    set to major_version in default.
#
template("ohos_ndk_library") {
  forward_variables_from(invoker, [ "testonly" ])
  assert(defined(invoker.ndk_description_file),
         "ndk description file is necessary ")
...
// 在GN里用ohos_ndk_library生成ndk庫(kù)和頭文件,如
    
ohos_ndk_library("libhilog_ndk") {
  output_name = "hilog_ndk"
  ndk_description_file = "./libhilog.ndk.json"
  min_compact_version = "1"
  system_capability = "SystemCapability.HiviewDFX.HiLog"
}

ohos_ndk_headers("hilog_header") {
  dest_dir = "$ndk_headers_out_dir/hilog"
  sources = [ "./include/hilog/log.h" ]
} 

// ndk_description_file 對(duì)應(yīng)的 libhilog.ndk.json 文件里聲明了導(dǎo)出的接口函數(shù)
[
    {
        "name": "OH_LOG_Print"
    },
    {
        "name": "OH_LOG_IsLoggable"
    }
]

// ohos 編譯fullsdk的命令:./build.sh --product-name ohos-sdk

ohos的ci網(wǎng)址如下:https://ci.openharmony.cn/workbench/cicd/dailybuild/dailylist。

使用建議

建議使用Native API的場(chǎng)景

主要有如下一些

  • 應(yīng)用性能敏感代碼,比如游戲,物理模擬等計(jì)算密集型場(chǎng)景。
  • 需要復(fù)用已有的C或C++庫(kù)。
  • 需要針對(duì)CPU特性進(jìn)行專項(xiàng)定制的庫(kù),如neon加速。

不建議使用Native API的場(chǎng)景

  • 寫(xiě)一個(gè)純native的的OHOS應(yīng)用。
  • 希望在盡可能多的OHOS設(shè)備上保持兼容的應(yīng)用。

維測(cè)能力

  • OHOS官方提供lldb remote方式代碼調(diào)試,詳細(xì)參看lldb參考手冊(cè)。
  • musl庫(kù)的log維測(cè)能力,請(qǐng)參看libc庫(kù)維測(cè)章節(jié)。

總結(jié)

  • NDK方式是應(yīng)用層直接調(diào)用底層庫(kù)或者三方庫(kù)目前看最常規(guī)的方式;
  • 4.0(API10)有ndk 46個(gè),3.2(API9)有ndk 28個(gè),實(shí)質(zhì)代碼里有更多的ndk,RK的原因沒(méi)有編出更多,比如sensor部分就沒(méi)有編譯出來(lái)。
  • 劃重點(diǎn),NDK里有兩種api:node-api,用于arkts和c++調(diào)用和傳遞數(shù)據(jù);c/c++ api,可以把動(dòng)態(tài)庫(kù)打包成應(yīng)用側(cè)c++直接調(diào)用的接口。
  • 社區(qū)文檔:https://gitee.com/openharmony/docs/tree/master/zh-cn/application-dev/reference。
責(zé)任編輯:姜華 來(lái)源: 鴻蒙開(kāi)發(fā)者社區(qū)
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