Android-NDK-clang 编译 FFmpeg

前期准备

下载 Android-NDK
下载 FFmpeg 源码注意：笔者用的是 NDK-21 和 ffmpeg-4.4 进行编译，如果版本不同可能会有所不同。
测试：mac 与 ubuntu 下的NDK20 - NDK22 和 ffmpeg 4.0 - ffmpeg 4.4，均可使用。

本文你可以了解到

NDK20 - NDK22 提供的交叉编译工具链主要目录
使用 clang 交叉编译出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 库
部分编译细节

一、NDK 提供的交叉编译工具链主要目录与文件

从 NDK20 - NDK22 编译工具链目录结构基本没变，这里以 NDK21 作为演示（ NDK 在 windows、linux、mac 中的目录基本一样）

如上图，主要用的就是这几个目录，其中编译 FFmpeg 需要用到的 gcc 库就在 aarch64、arm、x86_64、x86 这几个文件夹中，这里先介绍一下这几个名字在 Android 中的不同平台库的联系。

aarch64：带这个前缀的目录都是与 arm64-v8a 库相关
arm：带这个前缀的目录都是与 armeabi-v7a 库相关
x86_64：带这个前缀的目录都是与 x86_64 库相关
x86：带这个前缀的目录都是与 x86 库相关

1.clang 编译工具

进入目录 llvm->prebuilt->darwin-x86_64->bin 里面都是与交叉编译相关的文件，我们以 clang 进行编译，所以主要关注的是以 clang、clang++ 结尾的文件，clang 用于编译 c 文件、clang++ 用于编译 c++ 文件。

这里需要注意的是：21 和 i686
21：表示编译出的库支持的最低 Android 版本
i686：表示编译出 x86 库平台的编译工具

上面的 NDK 目录名在各系统上的对应形式：
mac：darwin-x86_64
linux：linux-x86_64
windows：windows-x86_64
注意：下面都以 mac 系统下的 NDK 目录进行介绍

2.编译环境，需要用到的库

库和头文件所在的目录在 darwin-x86_64 下的 sysroot 目录，其中头文件在 include 目录，库在 lib 目录，了解完这些，就可以开始编译了。

二、使用 clang 交叉编译出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 库

进入 FFmpeg 源码根目录

1.创建编译脚本：build_ffmpeg_android.sh

脚本的主要内容如下：

#!/bin/sh
# NDK 所在的路径
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 需要编译出的平台，这里是 arm64-v8a
ARCH=aarch64
# 支持的最低 Android API
API=21
# 编译后输出目录，在 ffmpeg 源码目录下的 /android/arm64-v8a
OUTPUT=$(pwd)/android/arm64-v8a
# NDK 交叉编译工具链所在路径
TOOLCHAIN=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64

build() {
  ./configure \
  --target-os=android \
  --prefix=$OUTPUT \
  --arch=$ARCH \
  --sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot \
  --disable-static \
  --disable-ffmpeg \
  --disable-ffplay \
  --disable-ffprobe \
  --disable-debug \
  --disable-doc \
  --disable-avdevice \
  --enable-shared \
  --enable-cross-compile \
  --cross-prefix=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android- \
  --cc=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang \
  --cxx=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang++ \
  --extra-cflags="-fpic"

  make clean all
  make -j12
  make install
}

build

这个shell脚本，大体上其实还是很容易懂的，比如
--disabble-static 禁止输出静态库
--enable-shared 输出动态库
--arch 用于配置输出的so库是什么架构的
--prefix 用于配置输出的so库的存放路径
enable-cross-compile 开启多平台编译，也就是可以编译多个平台的库
更多的选项可以查看官网的介绍，这里不再多说。

接下来重点来讲一下几个选项：

target-os --target-os=android：在旧版本的 FFmpeg 中，对Android平台的支持并不是很完善，并没有 android 这个target，所以在一些比较老的文章中都会提到，编译Android平台的so库，需要对 configure 做修改，否则会按照 linux 标准的方式输出so库，其命名方式和Android的so不一样，Android是无法加载的，所以编译时，FFmpeg 源码版本最好选和笔者的一致。

问题一：Linux 下输出的 so 库，Android 下无法加载

sysroot --sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot：用于配置交叉编译环境的 根路径 ，编译的时候会默认从这个路径下去寻找 usr/includeusr/lib 这两个路径，进而找到相关的头文件和库文件。
NDK20-NDK22 系统的头文件和库文件就是在 $SYSYROOT/usr/include 和 $SYSYROOT/usr/lib 中。

extra-cflags 给编译器指定一些编译标志，例如：
设置头文件路径：格式 -I头文件路径
设置编译出的二进制文件为位置无关码文件：格式 -fpic
至于为什么需要编译出位置无关码文件，就是因为 打包 出的 so 库就是由多个为位置无关码的二进制文件组成的。

extra-ldflags 给链接器指定一些链接标志，例如：
设置需要链接的库的路径：格式 -L库文件路径
输出库并设置名字：格式 -o 库名
设置需要链接的库：格式 -l库名
这里需要注意：
假设库名为：a
-o 库名 需要带 lib 前缀，与 .so/.a 后缀的部分，如 -o liba.so
-l库名 是不带 lib 前缀，与 .so/.a 后缀的部分，如 -la

关于编译与链接标志的问题，想了解详情可以查看这里。

cross-prefix 配置交叉编译的编译工具的前缀，就是上面介绍的交叉编译相关的文件所在的目录内的文件名的前缀，如：编译 arm64-v8a 平台的就是 aarch64-linux-android-，而编译 armeabi-v7a 平台的就是 arm-linux-androideabi-，具体是什么，到交叉编译工具链目录下的 bin 目录查看即可。
cc
cxx 这两项就是配置上面说的使用 Android 自带的 clang 工具的具体路径。

2.开始编译

通过终端进入到 FFmpeg 源码根目录，并运行刚刚写好的编译脚本，

sh build_ffmpeg_android.sh

运行结果如下

如上图，红框内的就是我们编译出的所以文件，但是这么多个 so 文件，用起来也麻烦，所以我们要把它们打包成一个 so 文件。

3.将多个库打包成一个库

修改编译脚本，修改后如下

#!/bin/sh

# ...省略了不变的部分
SYSROOT_L=$TOOLCHAIN/sysroot/usr/lib/aarch64-linux-android
GCC_L=$NDK/toolchains/aarch64-linux-android-4.9/prebuilt/darwin-x86_64/lib/gcc/aarch64-linux-android/4.9.x

build() {
  # ...省略了不变的部分
  --disable-shared \
  --enable-static \
  --extra-cflags="-fpic -I$OUTPUT/include" \
  --extra-ldflags="-lc -ldl -lm -lz -llog -lgcc -L$OUTPUT/lib"
  
  # ...省略了不变的部分
}

package_library() {
  $TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android-ld -L$OUTPUT/lib -L$GCC_L \
    -rpath-link=$SYSROOT_L/$API -L$SYSROOT_L/$API -soname libffmpeg.so \
    -shared -nostdlib -Bsymbolic --whole-archive --no-undefined -o $OUTPUT/libffmpeg.so \
    -lavcodec -lpostproc -lavfilter -lswresample -lavformat -lavutil -lswscale -lgcc \
    -lc -ldl -lm -lz -llog \
    --dynamic-linker=/system/bin/linker
    # 设置动态链接器，不同平台的不同，android 使用的是/system/bin/linker
}

build
package_library

上面列出的只是片段代码，只列出了做出了改变的部分，大致流程就是：
clang 编译出静态库 -> 使用 Android 自带的链接器将编译出的静态库打包成一个动态库

接下来重点来讲一下几个选项：

-rpath-link

When using ELF or SunOS, one shared library may require another. This happens when
an `"ld -shared"` link includes a shared library as one of the input files.

When the linker encounters such a dependency when doing a non-shared, non-relocatable 
link, it will automatically try to locate the required shared library and include it in 
the link, if it is not included explicitly. In such a case, the **-rpath-link** option 
specifies the first set of directories to search. The **-rpath-link** option may 
specify a sequence of directory names either by specifying a list of names separated by 
colons, or by appearing multiple times.

上面是官方给出的介绍，这里我斗胆用一句话概括一下，可能不太准确，但是能理解就行了：
这是传递给链接器的一个标志，当我们使用的库有依赖关系时，打包就需要按照依赖关系进行，否则会报错，用了这标志，我们只需要设置库的目录，不需要管依赖关系，链接时链接器帮我们处理。

-soname 这个选项的解释为：给库添加一个别名，也就是可以通过别名引用库，为什么要起别名？因为我们一开始是先打出了多个静态库，静态库已经有它自己的名字了，如果不对它们统一的做别名映射，你会发现你加载库的时候一直报错，说找不到你指定的库文件，不信你可以尝试一下哦^^。
--dynamic-linker 这个选项用于设置动态链接器，还记得上面提出的问题一吗，为了解决这个问题，这里设置成 Android 使用的链接器，就是/system/bin/linker，关于这点，可以看看这里

4.再次编译

运行结果如下

至此，我们就完成了 FFmpeg 的编译工作。

三、脚本使用介绍
笔者把编译脚本封装了一下，以适应方便的编译出 Android 各个平台的 so 库，脚本链接在文章开头，下面介绍使用步骤：

将脚本放在 FFmpeg 源码根目录
以文本方式打开脚本，简单的修改下面列出的几个参数

# 构建的最低支持 API 等级
API=21
# 在什么系统上构建，mac：darwin，linux：linux，windows：windows
OS_TYPE=darwin
# 自己本机 NDK 所在目录
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 目标文件输出目录，默认是当前目录下的 android 目录
OUTPUT=$(pwd)/android/$ABI

打开终端，进入到 FFmpeg 源码目录，执行脚本：sh build_ffmpeg_android.sh 1

执行规则
sh build_ffmpeg_android.sh 后可以附带 1、2、3、4 这四项，下面说明这四项的意义
1：构建出 arm64-v8a 架构的库文件
2：构建出 armeabi-v7a 架构的库文件
3：构建出 x86_64 架构的库文件
4：构建出 x86 架构的库文件
如果想要构建多个平台的，可以附带多项，中间通过空格分隔开即可，如构建全平台：
sh build_ffmpeg_android.sh 1 2 3 4

四、遇到的问题

运行脚本，显示没权限

修改文件权限，再次运行即可：chmod 777 build_ffmpeg_android.sh

运行脚本，显示脚本中存在无法识别的字符不能运行

解决方法一：
Visual Studio Code 代替记事本，重新编辑
解决方法二：
安装 dos2unix 软件
mac 下：brew install dos2unix
ubuntu 下：sudo apt install dos2unix
使用：dos2unix build_ffmpeg_android.sh
然后再次运行即可

编译x86库的时候报错，错误如下