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如何使用交叉编译器调试C语言程序在安卓设备中运行

article 2025/1/5 10:19:55

一、前言

随着移动设备的普及与技术的飞速发展，越来越多的开发者面临着在Android设备上运行和调试C语言等程序的需求。然而，在软件开发的世界里，不同硬件架构对程序运行的要求千差万别，这无疑增加了开发的复杂性。特别是在移动计算领域，Android设备以其多样的硬件架构和操作系统版本而著称，包括ARM、x86、MIPS等多种处理器架构，每种架构都拥有独特的指令集和硬件特性。

传统的编译器是为特定主机平台设计的，能够生成在该平台上直接运行的二进制代码。但是，当开发者希望将C语言等编写的程序部署到与自己开发环境不同的Android设备上时，问题就变得复杂了。为了解决这个问题，交叉编译器应运而生。

交叉编译器是一种强大的工具，它能够在一种架构的计算机（即主机，如PC或其他高性能计算设备）上编译出另一种架构（即目标，如Android设备）的二进制代码。这种能力使得开发者可以在熟悉的开发环境中编写和编译代码，然后将生成的可执行文件传输到目标Android设备上运行。这种方式不仅显著提高了开发效率，还避免了直接在目标设备上编译代码可能带来的性能瓶颈和不便。

简而言之，交叉编译器是连接开发者与目标Android设备之间的桥梁，它使得在多样化的硬件架构上部署C语言程序成为可能。接下来，就让我们一起来深入了解如何在Android设备上运行C语言程序。

二、安装交叉编译工具链

为了编译使用于Android设备的C语言程序，我们需要一个交叉编译工具链，它能够生成与Android设备架构相匹配的二进制文件。下面是详细的安装步骤：

2.1 下载交叉编译工具链

对于不同架构的Android设备，我们需要选择相应的交叉编译工具链。例如，如果我们的目标设备是ARM64架构，我们可以选择gcc-aarch64-linux-gnu，它是由Linaro公司基于GCC(GNU Compiler Collection,GNU编译器集合)推出的，专门用于在一种架构的系统上编译生成适用于另一种架构(这里指ARM64)的可执行文件。

交叉编译官方下载地址
GNU官方网站： https://gcc.gnu.org/
Linaro官方网站： https://www.linaro.org/
Ubuntu软件仓库: 如果我们使用的是ubuntu或基于Ubuntu的Linux发行版，我们则可以通过Ubuntu的软件仓库来安装。例如安装gcc-aarch64-linux-gnu交叉编译器，如下：
```
$ sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu
```

2.2 解压并配置环境变量

当我们下载完成后，需要解压工具链文件，并将其bin目录添加到我们的系统PATH环境变量中。

注：使用Ubuntu软件仓库下载的交叉编译工具链文件不需要我们配置环境变量，因为ubuntu已经帮我们配置好了。

解压工具链文件
1. 在Linux终端中找到我们下载交叉编译工具链的目录。
2. 使用tar命令解压交叉编译工具链文件。例如，如果我们的工具链文件是gcc-aarch64-linux-gnu-4.5.1.tar.bz2，我们可以使用以下命令解压
```
$ tar  -xvf  gcc-aarch64-linux-gnu-4.5.1.tar.bz2
```
3. 解压后，我们将看到一个包含bin目录的文件夹。
配置环境变量
1. 将解压后的bin目录添加到你的系统PATH环境变量中。我们可以通过修改~/.bashrc、/etc/bash.bash.rc、/etc/profile或/etc/environment等文件来实现。例如，如果我们选择修改~/.bashrc文件，我们可以使用文本编辑器打开该文件，并在行尾添加以下命令：
```
export PATH=/path/to/your/toolchain/bin:$PATH 
# 注:(将/path/to/your/toolchain/bin替换为我们工具链bin目录的实际路径)
```
2. 保存并关闭文件后，使用source命令使修改生效。例如，如果我们修改了~/.bashrc文件，可以使用source ~/.bashrc命令。

在配置环境变量时，我们需要注意以下几点：

选择合适的文件： 根据你的需求选择合适的文件来修改环境变量。如果我们希望修改只对当前用户生效，可以选择~/.bashrc;如果我们希望修改对所有用户生效，可以选择/etc/profile或/etc/environment。
避免覆盖原有PATH： export PATH=/path/to/your/toolchain/bin:$PATH这条命令的作用是将一个新的目录（这里是/path/to/your/toolchain/bin）添加到PATH环境变量的前面，同时保留原有的PATH值。这里的$PATH表示原有的PATH环境变量的值。因此，执行这条命令后，当我们在命令行中输入一个命令时，系统会首先在我们新添加的目录（/path/to/your/toolchain/bin）中查找可执行文件，如果找不到，再按照原有的PATH值中的目录顺序继续查找。这样，我们就可以在不改变原有系统环境的情况下，方便地添加新的可执行文件搜索路径，从而使用我们安装的交叉编译工具链了。
立即生效： 使用source命令可以使修改立即生效，而无需重启计算机。

完成以上步骤后，我们就可以在命令行中直接使用交叉编译器了。我们可以通过输入交叉编译器的名称(如 aarch64-linux-gnu-gcc)并按下Tab键来检查是否已成功添加到PATH中。如果命令行显示了相关的命令提示，则说明配置成功。

三、编写C语言程序

现在我们开始编写我们想要在Android设备上运行的C语言程序，如下。

#include <stdio.h>
 
int main() {
    printf("Hello Android\n");
    return 0;
}

在这里插入图片描述

四、交叉编译C程序

打开我们的命令行界面，使用交叉编译器命令来编译我们的C程序。

 aarch64-linux-gnu-gcc  test.c -o test -static
 # 注意： -static是必须的，安卓平台不支持动态编译C代码。-static选项确保将所有必要的库静态链接到我们的程序中，从而避免在Android设备上出现运行时动态链接库的问题。
# which aarch64-linux-gnu-gcc //查看编译器的路径

在这里插入图片描述

五、将可执行文件传输到Android设备

步骤1： 连接Android设备
使用USB线将我们的Android设备连接到电脑上，并确保设备已开启USB调试模式。
步骤2：使用adb工具传输文件
使用adb工具将我们的可执行文件传输到Android设备的某个目录中。例如，我们可以将其传输到/data/local/tmp目录（这个目录通常对USB调试模式下的设备是可写的）：
```
adb push test  /data/local/tmp/
```

六、在Android设备上运行程序

现在，我们可以通过adb shell进入我们的Android设备的命令行界面，并运行我们的程序。

注：确保我们拥有执行权限

步骤1：进入adb shell

在命令行中输入以下命令来进入我们的Android设备的shell：
```
adb shell
```
步骤2：进入到可执行文件所在的目录
使用cd命令导航到我们之前传输可执行文件的目录。例如：
```
cd /data/local/tmp/
```
步骤3：运行程序

现在，我们可以运行程序了。输入以下命令：
```
# chmod 777 test
# ./test
```
这样我们就会看到在adb界面出现Hello Android字样了！