浅谈OpenHarmony的NDK开发

系统 OpenHarmony
Native API是OpenHarmony SDK上提供的一组native开发接口与工具集合(也称为NDK),方便开发者使用C或者C++语言实现应用的关键功能。Native API只覆盖了OHOS基础的一些底层能力。

背景

Native API(NDK)入门

Native API是OpenHarmony SDK上提供的一组native开发接口与工具集合(也称为NDK),方便开发者使用C或者C++语言实现应用的关键功能。Native API只覆盖了OHOS基础的一些底层能力,如libc,图形库,窗口系统,多媒体,压缩库等,并没有完全提供类似于JS API上的完整的OHOS 平台能力。在应用中使用Native API会编译成动态库打包到应用中。

名词概念

名词名词解释Native APIOHOS SDK里面native包提供的,面向三方应用开发的Native 接口以及相应编译脚本,编译工具链。包括C运行时基础库libc,3D图形库opengl,面向JS与C跨语言的接口Node-API等,具体内容详见下表。NDKNative Develop Kit的缩写,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语言接口,以及工具链部分,当前OHOS的Native API里面只包含C语言接口,因此Native API与CAPI意思一样,建议交流的时候使用CAPI,防止Native API与napi缩写混用。Node-API曾用名napi,是OHOS中提供JS与C跨语言调用的接口,是Native API接口中的一部分. 该接口在Node.js提供的Node-API基础上扩展而来,但不完全与Node.js中的Node-API完全兼容。napiNode-API的曾用名,当前Node-API头文件中的接口仍然以napi_开头,不建议使用。

Native API构成介绍

Native API目录结构

Native API在SDK包的位置为$(SDK_ROOT)/native目录,主要有以下几个部分组成。

目录

功能说明

build

应用中编译动态库的toolchain cmake脚本;这个目录下ohos.toolchain.cmake文件定义了给OHOS交叉编译选项

build-tools

放置编译构建的工具,如cmake

docs

Native API接口参考文档,通过doxgen从头文件中提取出来

llvm

支持OHOS ABI的llvm交叉编译器

sysroot

放置编译链接的依赖文件目录,包含头文件,动态库等

写在最后Native API接口(4.0 Release)

接口分类接口功能引入版本标准C库以musl为基础提供的标准c库接口,当前提供了1500+的接口8标准C++库c++运行时库libc++_shared,此库在打包的时候需要打包或者静态链接到应用中8日志打印日志到系统的hilog接口8Node-APIArkUI提供的,方便应用开发接入JS应用环境的一组类Node-API(也叫napi),是属于Native API的一部分8XComponentArkUI XComponent组件中的surface与触屏事件接口,方便开发者开发高性能图形应用8libuvArkUI集成的三方的异步IO库8libzzlib库,提供基本的压缩,解压接口8Drawing系统提供的2D图形库,可以在surface进行绘制8OpenGL系统提供的openglv3接口8Rawfile应用资源访问接口,可以读取应用中打包的各种资源8OpenSLES用于2D,3D音频加速的接口库8MindsporeAI模型接口库9包管理包服务接口,方便查询应用包信息8。

Native API相关资料

  • Native API参考,介绍各个API参考手册。
  • Native API中支持的标准库,介绍Native API支持的开源标准库。
  • Native API开发指南,结合具体的例子,场景介绍各类接口的使用。
  • 如何在Cmake工程中使用NDK,介绍如何使用使用NDK开发一个CMake工程。
  • Node-API在应用工程中的使用指导, 如何使用Node-API接口。

简单应用

如何开发应用?

  • DevEco IDE创建工程选择“Native C++”模板:

编译运行后,点击helloworld打印输出有:Test NAPI 2 + 3 = 5。

  • ArkUI部分:
import hilog from '@ohos.hilog';           //导入hilog
import testNapi from 'libentry.so';     //导入nativeC++模块

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

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text(this.message)
          .fontSize(50)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .onClick(() => {
            //调用nativeC++代码
            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++代码两部分组成:
  • CMake:
# the minimum version of CMake.
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
project(MyNDKApplication)
# 编译路径
set(NATIVERENDER_ROOT_PATH ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})
# 编译头文件路径
include_directories(${NATIVERENDER_ROOT_PATH}
                    ${NATIVERENDER_ROOT_PATH}/include)
# 编译对象entry是对应用层可见的so,即import testNapi from 'libentry.so'
add_library(entry SHARED hello.cpp)
# 这是link命令,libace_napi 这个就是node-api需要用的so库;
target_link_libraries(entry PUBLIC libace_napi.z.so)
  • C++:
#include "napi/native_api.h"
// 对外node-api方法,对应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;

}
// 模块初始化方法,对应的方法在这加入对外描述队列
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
// 模块声明,import时候调用
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 },
};
// 模块入口注册
extern "C" __attribute__((constructor)) void RegisterEntryModule(void)
{
    napi_module_register(&demoModule);
}

如何使用系统NDK?

上面例子运行起来后,c++部分是没有打印信息的,若想看到对应的打印信息,则需要调用hilog进行输出,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库引用
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库连接
target_link_libraries(entry PUBLIC ${hilog-lib} libace_napi.z.so)
  • c++文件修改:
// 增加hilog头文件
#include <hilog/log.h>
#include "napi/native_api.h"

static napi_value Add(napi_env env, napi_callback_info info)
{
    // 增加打印输出
    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};
    
...
  • 输出:
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

具体原理是什么?

PC端OHOS SDK里包括了native对应的库文件和头文件。

OHOS源码可以编译出带NDK的FullSDK,也可以从CI网址下载。

# 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库和头文件,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 对应的 libhilog.ndk.json 文件里声明了导出的接口函数
[
    {
        "name": "OH_LOG_Print"
    },
    {
        "name": "OH_LOG_IsLoggable"
    }
]

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

ohos的ci网址如下:https://ci.openharmony.cn/workbench/cicd/dailybuild/dailylist。

使用建议

建议使用Native API的场景

主要有如下一些

  • 应用性能敏感代码,比如游戏,物理模拟等计算密集型场景。
  • 需要复用已有的C或C++库。
  • 需要针对CPU特性进行专项定制的库,如neon加速。

不建议使用Native API的场景

  • 写一个纯native的的OHOS应用。
  • 希望在尽可能多的OHOS设备上保持兼容的应用。

维测能力

  • OHOS官方提供lldb remote方式代码调试,详细参看lldb参考手册。
  • musl库的log维测能力,请参看libc库维测章节。

总结

  • NDK方式是应用层直接调用底层库或者三方库目前看最常规的方式;
  • 4.0(API10)有ndk 46个,3.2(API9)有ndk 28个,实质代码里有更多的ndk,RK的原因没有编出更多,比如sensor部分就没有编译出来。
  • 划重点,NDK里有两种api:node-api,用于arkts和c++调用和传递数据;c/c++ api,可以把动态库打包成应用侧c++直接调用的接口。
  • 社区文档:https://gitee.com/openharmony/docs/tree/master/zh-cn/application-dev/reference。
责任编辑:姜华 来源: 鸿蒙开发者社区
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