「Skia学习笔记」一、使用CMake交叉编译Skia

2020-05-11 本文已影响0人 Alimin利民

什么是Skia

Skia是一个高性能的跨平台2D图形库，由Google开源并维护。Skia能够对字体、坐标转换、点阵图、矢量图以及矢量动画等进行高效的处理，代码结构和接口异常简洁，并且支持OpenGL、Vulkan、甚至OpenCL等硬件加速特性，是一个理想的2D图形库。

skia

Skia开始是一个初创公司的项目，于2005年被Google收购，往后一直保持低调，直到2007年Google发布了知名的Android系统，Skia才在图形图像领域逐渐被人们所熟知。Android的UI绘制底层采用了Skia图形库，随着Skia的发展壮大，越来越多的平台开始采用Skia作为底层的图形库，比如Flutter、Chrome、Fuchsia等。由于优秀的跨平台特性，Skia也可以被应用于Mac OS、Windows和Linux。
Skia如此优秀，将其集成到我们的应用当中是一件收益极高的事情，Skia的诸多优势，让我们没有理由拒绝它。
1. 针对音视频应用，Skia的跨平台特性，使得我们的应用能够在各平台（比如IOS、Android等）使用同一套图形引擎以及图片编解码器。
2. Skia效率很高，并且支持GPU加速，相比我们自己重写一套图形引擎，Skia的优势不言而喻。
3. Skia架构简洁，代码成熟，已经经受过了被各大项目的考验，极其稳定。
4. 使用OpenGL绘制文字是多媒体技术从业者心中永远的痛，Skia可以解决这一问题。
5. Skia使用BSD协议进行开源，基本意味着我们可以为所欲为

NDK交叉编译Skia

本文以Android平台的编译为例，其它平台的流程是一致的。
首先我们从Skia官网下载源码。除了Skia的本体，官方还提供了一个python脚本来下载全部第三方的依赖，比如libjpeg-turbo、libpng等，建议提前安装好python。

#克隆Skia仓库
git clone https://skia.googlesource.com/skia.git
cd skia
#下载所有Skia依赖的第三方源码
python2 tools/git-sync-deps

整个仓库比较大，包含所有第三方依赖后，其大小达到4GB左右，仓库虽大，但相对于其它大型项目，Skia的代码量是足够小的。实际上交叉编译后的so只有7M左右，并且还有极大的精简空间。
接着按照官方指引，使用ninja进行编译。注意，最新的Skia源码是基于c++17的，这意味着我们的ndk版本必须大于或等于r17c。

#配置编译环境，类似于Configure
bin/gn gen out/arm   --args='ndk="/tmp/ndk" target_cpu="arm"'
#执行编译
ninja -C out/arm

如果提示ninja: command not found，你需要自行安装ninja，建议在Linux或者Mac OS下进行编译，避免不必要的坑。

#Mac
sudo brew install ninja-build
#Ubuntu
sudo apt install ninja-build

经过漫长的等待，结果编译失败，各种报错，比如找不到指定的符号等。可能是我对ninja不够熟悉，摸索了很久依然没能解决编译问题。Terminal上大量的红色字符不断打击着我的自信心，哪怕我成功编译了Skia，也只是拿到了一个可以应用到项目中的共享库而已，我们依然没办法把Skia全部源码通过IDE导入到我们的工程中，体验阅读代码的便利，随心所欲地修改编译，因为各大IDE并不直接支持ninja，要是能够使用我们熟悉的CMake进行编译就好了。
于是我着手编写CMake编译脚本，Skia本身的代码并不多，但是其依赖的第三方源码却极其庞大，整个CMake脚本的编写过程异常痛苦。即使我成功把数量众多的源码用CMake组织起来，但是面对跨平台编译的脚本处理，也足够我吃一壶。难道还是必须使用ninja进行编译吗？正当我心灰意冷之际，惊喜的发现在官方编译指南的底部角落里，赫然写着Skia支持CMake编译！

CMake交叉编译Skia

阅读指南发现，Skia并不直接支持CMake编译，而是通过把ninja的gn编译脚本转换成CMake，我们通过下面的命令便可以直接生成CMake脚本。注意，命令里的cmake是CMake脚本和中间文件的保存目录，你也可以改为其它目录。

bin/gn gen cmake --args='is_debug=false ndk="/tmp/ndk"' --ide=json --json-ide-script=../../gn/gn_to_cmake.py

命令执行成功后，在./skia/cmake目录下生成了两个CMake脚本，其中CMakeLists.txt只是工程CMake的入口，CMakeLists.ext才是本体。通过阅读脚本我发现，Skia并不只是纯粹的使用CMake进行编译，中间还是会使用到ninja，所以cmake目录下的各种gn文件都是必要的，我们并不能简单通过这两个CMake文件就能完成Skia的编译。

./skia/cmake +
        + CMakeLists.txt
        + CMakeLists.ext
        +  ...

有了CMake之后，我们便可以把Skia源码导入到我们的工程了。Android开发使用的是Android Studio，简单新建一个Demo Project，开启cmake支持，把上面生成的CMakeLists.txt引入到我们的Demo，执行Refresh Linked C++ Projects，接着Build。

如果这个过程不知道如何操作，你需要了解一下cmake的使用，也可以参考Skia Demo

1. Android Studio毫无悬念的报了以下错误。在经历了多次失败之后，这次我的内心显得异常平静，下面开始见招拆招吧。

./skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/arm64/jsimd_neon.S:201:20: error: register name expected
...

查看报错位置，jsimd_neon.S是libjpeg-turbo源码跟neon指令相关的代码，用于使用arm扩展指令集进行加速。这类源码通常和CPU架构强相关，比如在libjpeg-turbo/simd目录下会同时有arm和arm64两个目录，分别对应arm的32位和64位架构。
这里我编译的目标架构是arm32，错误信息却显示我使用了arm64位的代码。打开CMakeLists.ext脚本，找到jsimd_neon.S被引入的地方，果不其然，写的就是./skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/arm64/jsimd_neon.S。实际上这是因为我上面运行的gn转cmake命令没有加target_cpu="arm"造成的，重新运行一下命令，就可以解决这个问题。

bin/gn gen cmake --args='is_debug=false ndk="/tmp/ndk" target_cpu="arm"' --ide=json --json-ide-script=../../gn/gn_to_cmake.py

但是我并不推荐这么做，因为通常我们同时需要arm的32和64位两个架构，以上也只是解决了arm32的编译问题，如果我们要编译arm64位的应用，依然会碰到这个问题。
libjpeg-turbo官方是使用CMake编译的，我们可以参考libjpeg-turbo的CMake脚本对CPU架构的处理方法，在CMakeLists.txt前部加入以下代码，同时修改CMakeLists.ext中两处neon源码路径，来彻底解决这个问题。这里需要注意你的源码路径。

# CMakeLists.txt
# Generated by gn_to_cmake.py.
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.8 FATAL_ERROR)
cmake_policy(VERSION 2.8.8)
project(Skia)

#//: 从这里开始
# Detect CPU type and whether we're building 64-bit or 32-bit code
math(EXPR BITS "${CMAKE_SIZEOF_VOID_P} * 8")
string(TOLOWER ${CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR} CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC)
if(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "x86_64" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "amd64" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "i[0-9]86" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "x86" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "ia32")
  if(BITS EQUAL 64)
    set(CPU_TYPE x86_64)
  else()
    set(CPU_TYPE i386)
  endif()
  if(NOT CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR STREQUAL ${CPU_TYPE})
    set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR ${CPU_TYPE})
  endif()
elseif(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC STREQUAL "aarch64" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "arm*64*")
  set(CPU_TYPE arm64)
elseif(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "arm*")
  set(CPU_TYPE arm)
elseif(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "ppc*" OR
        CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC MATCHES "powerpc*")
  set(CPU_TYPE powerpc)
else()
  set(CPU_TYPE ${CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR_LC})
endif()
message(STATUS "${BITS}-bit build (${CPU_TYPE})")
#//: 到这里结束

file(WRITE "/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/cmake/empty.cpp")
execute_process(COMMAND
  ninja -C "/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/cmake/" build.ninja
  RESULT_VARIABLE ninja_result)
if (ninja_result)
  message(WARNING "Regeneration failed running ninja: ${ninja_result}")
endif()
include("/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/cmake/CMakeLists.ext")

# CMakeLists.ext
"/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/arm64/jsimd.c"
set("${target}__asm_srcs" "/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/arm64/jsimd_neon.S")
#//: 修改为
"/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/${CPU_TYPE}/jsimd.c"
set("${target}__asm_srcs" "/Users/lmy/.AndroidStudioProjects/AlSkia/src/skia/third_party/externals/libjpeg-turbo/simd/${CPU_TYPE}/jsimd_neon.S")

2. 继续Refresh Linked C++ Projects->Build，接着报错。

./skia/src/core/SkVM.cpp:2816:28: error: use of undeclared identifier 'arg'

这个错误实际上是由于SkVM.cpp使用了__aarch64__宏判断arm架构，而我这里编译的是arm32架构，是没有__aarch64__这个宏的，所以报错。把整个CPP文件的defined(__aarch64__)改成defined(__arm__) || defined(__aarch64__)即可解决问题。

defined(__aarch64__)
//: 修改为
defined(__arm__) || defined(__aarch64__)

3. 继续Refresh Linked C++ Projects->Build，接着报错。

./skia/third_party/externals/dng_sdk/source/dng_safe_arithmetic.h:118: error: undefined reference to '__mulodi4'

这个错误是NDK r17c版本的一个bug，我们让dng_sdk模块依赖compiler_rt-extras静态库就可以了，compiler_rt-extras是NDK的一个静态库，只有4KB，对大小几乎没有影响。如果你用的NDK版本大于r17c，可能不会报错，忽略即可。dng_sdk是Adobe开源的一个RAW图解码器，如果不需要，也可以删除这个依赖，从而避免这个错误。

set("target" "third_party__dng_sdk")
...
# 让dng_sdk依赖compiler_rt-extras
# 查找ndk中的compiler_rt-extras
find_library("library__compiler_rt" "compiler_rt-extras")
# 链接compiler_rt-extras
target_link_libraries("${target}"
  "third_party__zlib"
  "third_party__libjpeg-turbo_libjpeg"
  "${library__compiler_rt}")

到这里，我成功编译了demo apk，然而事情还远远没有结束。分析apk发现，并没有找到我想要的libskia.so。检查CMakeLists.ext发现，skia被编译成了静态库，最后链接到了liblibeditor.so。实际上liblibeditor.so只是一个包含了native app的demo。

./lib/armeabi-v7a +
    + liblibskqp_app.so
    + liblibviewer.so
    + liblibskottie_android.so
    + liblibeditor.so

除了liblibeditor.so，还有另外三个liblibskqp_app.so、liblibviewer.so、liblibskottie_android.so，分别是Skia测试模块、功能展示模块、矢量动画模块（JSON动画，类似Facebook的Lottie库）。这些都不是我需要的，全部进行删除。修改CMakeLists.ext脚本，把这四个模块的编译代码全部删除，并且把skia模块的编译目标类型从静态库改为动态库，这样我们就可以成功编译libskia.so了。

add_library("${target}" STATIC ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__other_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
# 把STATIC修改为SHARED
add_library("${target}" SHARED ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__other_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})

除了以上要修改的部分，CMakeLists.ext还会生成大量的可执行文件，这个对于Android来说也是多余的，我们统统删掉，以提高编译速度。这些模块的开关应该是可以通过ninja控制的，感兴趣的读者可以研究一下。

#//: 以下可执行模块相关脚本全部删除，下面只展示部分代码，方便定位模块代码位置
#//:imgcvt
set("target" "imgcvt")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:sktexttopdf
set("target" "sktexttopdf")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:lua_app
set("target" "lua_app")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:list_gms
set("target" "list_gms")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:nanobench
set("target" "nanobench")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:fm
set("target" "fm")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:pathops_unittest
set("target" "pathops_unittest")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__other_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:skpbench
set("target" "skpbench")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:dump_record
set("target" "dump_record")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:get_images_from_skps
set("target" "get_images_from_skps")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:image_diff_metric
set("target" "image_diff_metric")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:skdiff
set("target" "skdiff")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:skqp
set("target" "skqp")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:fuzz
set("target" "fuzz")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:list_gpu_unit_tests
set("target" "list_gpu_unit_tests")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:create_test_font_color
set("target" "create_test_font_color")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:remote_demo
set("target" "remote_demo")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:jitter_gms
set("target" "jitter_gms")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:skiaserve
set("target" "skiaserve")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:make_skqp_model
set("target" "make_skqp_model")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:cpu_modules
set("target" "cpu_modules")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:blob_cache_sim
set("target" "blob_cache_sim")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:skpinfo
set("target" "skpinfo")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:lua_pictures
set("target" "lua_pictures")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:create_test_font
set("target" "create_test_font")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs})
#//:skp_parser
set("target" "skp_parser")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})
#//:dm
set("target" "dm")
add_executable("${target}" ${${target}__cxx_srcs} ${${target}__obj_target_srcs})

最后重新编译一下，即可生成带libskia.so的apk，编译成功！

Skia简单demo

SkCanvas和SkBitmap是Skia比较核心的两类，与Android的Canva和Bitmap基本一致，因为它们的底层实现实际上就是Skia。./skia/samplecode目录下有大量Sample可供参考，这里只展示简单的使用。

// 引入skia头文件，位置在./skia/include，建议通过cmake包含进来
#include "include/codec/SkCodec.h"
#include "include/core/SkBitmap.h"
#include "include/core/SkData.h"
#include "include/core/SkImage.h"
#include "include/core/SkCanvas.h"
#include "include/core/SkPath.h"
#include "include/core/SkFont.h"
// 图片解码
SkBitmap bmp;
sk_sp<SkData> data = SkData::MakeFromFileName("/image/file/path");
std::unique_ptr<SkCodec> codec = SkCodec::MakeFromData(data);
if (!codec) {
    return;
}
SkImageInfo info = codec->getInfo().makeColorType(colorType);
if (!bmp.tryAllocPixels(info)) {
    return nullptr;
}
if (SkCodec::kSuccess == codec->getPixels(info, bmp.getPixels(), bmp.rowBytes())) {
        // Show image.
}

// 显示文字，如果要显示中文，需要先加载中文字体，否则会乱码
SkBitmap bmp;
bmp.allocN32Pixels(720, 1280);
SkCanvas canvas(bmp);
SkPaint paint;
paint.setAntiAlias(true);
paint.setColor(SK_ColorWHITE);
paint.setStrokeWidth(3);
canvas.drawColor(SK_ColorBLACK);

SkFont font;
font.setSize(60);

SkString str = SkStringPrintf("Test text. 一二三四五六七八九十");
const char *text = str.c_str();
SkRect bounds;
font.measureText(text, strlen(text), SkTextEncoding::kUTF8, &bounds);

canvas.drawSimpleText(text, strlen(text), SkTextEncoding::kUTF8,
                          (bmp.width() - bounds.width()) / 2,
                          (bmp.height() + bounds.height()) / 2, font, paint);

// 绘制二阶贝塞尔曲线
SkBitmap bmp;
bmp.allocN32Pixels(720, 1280);
SkCanvas canvas(bmp);
SkPaint paint;
paint.setAntiAlias(true);
paint.setColor(SK_ColorWHITE);
paint.setStrokeWidth(3);
paint.setStyle(SkPaint::Style::kStroke_Style);
canvas.drawColor(SK_ColorBLACK);

SkPath path;
SkPoint center = SkPoint::Make(360.f, 640.f);
SkPoint end = SkPoint::Make(360.f, 1280.f);
path.moveTo(0, 0);
path.quadTo(center, end);
canvas.drawPath(path, paint);

至此Skia编译Done！因为通过CMake进行编译，所以可以很方便的使用Android Studio阅读Skia的全部源码，就像浏览自己的项目代码一样，可以愉快的学习了。Skia Demo

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NDK交叉编译Skia

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