Android APP的构建过程

作者：罗上文，微信：Loken1，公众号：FFmpeg弦外之音

在阅读本文之前，请先参考《Adroid 第一行代码》第三版第一章的内容，安装好 Android 的开发环境，并且搭建好一个 Hello Word 的例子。

本文不会讲解 Android 项目的目录结构以及各个文件的作用，等等这些基础知识，因为《Adroid 第一行代码》里面已经讲了，如下：

本文主要讲解 Android Studio 集成开发环境是怎么把项目的代码编译，链接，然后打包成 apk。这些知识相当重要，在排查各种编译问题的时候非常有用。

本文使用的 Android Studio 版本是 2021.3.1

在 Windows 系统，vs2019 编译 C/C++ 项目使用的默认编译器是 cl.exe，链接器 link.exe。

在 Ubuntu 系统，clion 编译 C/C++ 项目使用的默认编译器跟链接器都是 gcc 命令。

那在 Windows 系统上，Android Studio 编译代码使用的是哪个命令呢？

本文先提供一个可以在 Android Studio 里面正常编译运行的项目 Hello，采用的语言是 Kotlin，点击 GitHub 链接下载项目代码，然后放到 D 盘下面，如下：

然后直接把项目根目录下的 build.gradle 文件直接拖到 Android Studio 的界面上即可打开这个 Hello 项目，如下：

点击 Android Studio 菜单栏的绿色三角形即可把 Hello 这个 app 安装到手机上，请先插好手机的数据线到电脑上。

运行效果如下：

这个 app 点击按钮就会弹出一句提示 Hello FFmpeg Principle。

下面就来分析一下 Android Studio 编译，构建 Hello 这个 app 的过程。

在我个人的开发观念里面，我会把软件开发分为两种，命令行软件和 GUI 界面软件。

1，命令行软件，这类软件是没有漂亮的界面的。微软早期的 DOS 系统，LInux 系统上的命令行，Windows10 上面的 CMD 上跑的软件。例如 ffmpeg.exe 就是一个命令行软件。

这些软件可能是由 C/C++，Java 等等语言写出来的。这类软件的界面很简单，只需要有一个窗口显示文本信息即可，或者没有窗口。直接在后台运行也行，Windows 系统的后台服务是 Service，Linux 系统的后台服务器 Daemon（守护进程）。

命令行软件我觉得是最贴近计算本质的，因为它只使用了显卡/显示器的一部分能力，没有酷炫的动画，只有窗口文本。

做后台开发的程序员写代码，就是在用程序语言进行计算。假如把显卡，显示器从计算机里面拔除，剩下的功能就是计算了。例如把二进制数据从内存加载到寄存器，对寄存器的数据进行计算，然后再存储回去内存。

我觉得计算机里面主要有两个功能，对数据进行计算 与 传输数据，把数据从内存传到寄存器，把内存存储到硬盘，把内存数据传输给网络，传输给显示器，这些都属于传输数据。

在命令行软件开发的时候，相对来说是比较简单的，在各个系统平台上的移植性也比较好，因为 C/C++ 已经有很多标准库，各个平台都支持，编译器也可以把 C/C++ 翻译成各个CPU的指令集。

但是 GUI 界面软件的出现，把软件开发变得稍微复杂了。在早期操作系统会把显示这一部分功能 封装成一些 API 函数给程序员使用，各个平台的 API 函数都不太一样，你要调很多 API 函数完成图片加载，布局，动画等功能。

例如 Windows 的 win32 界面API，苹果公司的 Cocoa，Linux 的 GTK。

但是后面发现仅仅用 API 函数进行界面开发编程很繁琐，而且容易出错，例如忘记释放指针。所以逐渐演变成使用一些简单的语言来开发界面程序，例如 XML，HTML，XAML，等等。Android 里面用的就是 XML 来布局。

但是不要误解，CPU 不能直接执行 XML，XML 最终还是要翻译成函数调用，或者由虚拟层完成函数调用。从指令集角度看，函数调用就是一个 call。

因此可以说，是编译技术的发展简化了 GUI 界面编程，因为编译技术的强大，才能把 XML 这么简洁的语法翻译成函数调用。

GUI 编程还有一个重点是，这种 app 或者桌面软件会有很多图片之类的应用资源，这些应用资源要通过另一个编译器（工具）来打包。例如 Android 的 AAPT2，Qt 的 rcc，C# 的 Resgen.exe，等等。

只要你做 GUI 编程，都会用到类似的工具来对应用资源进行编译打包。

应用资源编译器做的事情，相对于 C/C++，Java 的编译器来说，是比较简单的。应用资源的编译器主要负责解析资源，为资源编制索引，让函数调用能更方便拿到图像数据，或者其他的应用资源。

Android Studio 编译应用资源和源代码，然后将它们打包成 APK 的构建过程如下：

上图中的重点是，会把 class 文件翻译成 dex 文件，dex 文件里面的内容并不是原生的CPU 指令，还是虚拟机的字节码，只是 dex 的文件结构可以更加节省空间。

JAR Libraries 里面就是多个 class 文件的集合。

然后在 apk 安装到手机的过程中，会用 dex2oat 把虚拟机字节码翻译成原生的CPU指令。

具体的细节推荐阅读《Dalvik 和 ART 有什么区别》《10分钟了解Android项目构建流程》

Android APP 的编译构建过程是非常复杂繁琐的，需要执行很多步骤，每个步骤涉及到各种工具，编译器。

所以 Android Studio 默认会采用 Gradle 来执行整个 APP 的构建，可以使用 Groovy 语言来编写 build 配置文件，让整个 APP 的构建变得更加简单。

可以把 Gradle 看成是跟 CMake，Makefile 类似的构建系统。

关于 Gradle 的具体用法，推荐阅读《Gradle实战》一书。

因为构建系统已经把很多的细节封装起来，所以如果碰到一些编译构建问题。我们一定要学会看 Log，因为 Log 里面有最原始的命令，能看到更详细的报错。

我有时候解决编译问题，会去看 CMake 生成的 Makefile，查看 Makefile 里面的命令选项是否正常，因为这就是最原始的东西。利用这些信息反推出 CMake 的代码哪里写错了。

以 vs2019 为例，可以查看 Command Line 选项来看的最后执行的命令，如下：

或者点击菜单栏的 Tool ➔ Options，把构建的日志级别设置成最大，重新编译项目即可看到 Log 里面最原始的命令。如下：

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Professional\VC\Tools\MSVC\14.24.28314\bin\HostX86\x64\link.exe /ERRORREPORT:PROMPT /OUT:"C:\Users\loken\source\repos\c-single\x64\Debug\c-single.exe" /INCREMENTAL /NOLOGO kernel32.lib user32.lib gdi32.lib winspool.lib comdlg32.lib advapi32.lib shell32.lib ole32.lib oleaut32.lib uuid.lib odbc32.lib odbccp32.lib /MANIFEST /MANIFESTUAC:"level='asInvoker' uiAccess='false'" /manifest:embed /DEBUG:FASTLINK /PDB:"C:\Users\loken\source\repos\c-single\x64\Debug\c-single.pdb" /SUBSYSTEM:CONSOLE /TLBID:1 /DYNAMICBASE /NXCOMPAT /IMPLIB:"C:\Users\loken\source\repos\c-single\x64\Debug\c-single.lib" /MACHINE:X64 x64\Debug\hello.obj

那 Android Studio 类似的功能在哪里呢？怎么查看他构建过程中的 Log 呢？

答：开启 Gradle 的调试模式，这样 Gradle 就可以输出更信息的日志。点击 File ➔ Settings ，在 Command-line Options 选项里输入 --debug，如下：