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CMake入门

news 来源：原创 2024/11/12 23:54:41

1. CMake的介绍：

当多人开发同一个项目时，最终要输出一个可执行文件或者共享库（dll、so等），就可以使用cmake了
所有操作都是通过 CMakeLists.txt（严格区分大小写） 来完成的 ----> 简单

2. CMake的helloworld编译：

步骤一，写一个helloworld：

#include <iostream>

int main() {
	std::cout << "hello world" << std::endl;
	return 0;
}

步骤二，写CMakeLists.txt

PROJECT (HELLO)
  
SET(SRC_LIST main.cpp)

MESSAGE(STATUS "This is BINARY dir " ${HELLO_BINARY_DIR})

MESSAGE(STATUS "This is SOURCE dir " ${HELLO_SOURCE_DIR})

ADD_EXECUTABLE(hello ${SRC_LIST})

步骤三，使用cmake，生成makefile文件

cmake .

输出：

cmake .
-- The C compiler identification is AppleClang 12.0.0.12000032
-- The CXX compiler identification is AppleClang 12.0.0.12000032
-- Detecting C compiler ABI info
-- Detecting C compiler ABI info - done
-- Check for working C compiler: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/cc - skipped
-- Detecting C compile features
-- Detecting C compile features - done
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Check for working CXX compiler: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/c++ - skipped
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- This is BINARY dir /Users/xuesong/SONGSONG
-- This is SOURCE dir /Users/xuesong/SONGSONG
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: /Users/xuesong/SONGSONG

步骤四，使用make命令编译：

make

输出：
[ 50%] Building CXX object CMakeFiles/hello.dir/main.cpp.o
[100%] Linking CXX executable hello
[100%] Built target hello

步骤五，最终生成了hello的可执行程序

3. CMakeLists语法介绍：

PROJECT 关键字：

可以用来指定工程的名字和支持的语言，默认支持所有语言；
PROJECT (HELLO) 指定了工程的名字，并且支持所有语言（建议）
PROJECT (HELLO CXX) 指定了工程的名字，并且支持语言是C++
PROCECT (HELLO C CXX) 指定了工程的名字，并且支持语言是C和C++

该指令隐式定义了两个CMAKE的变量：
<projectname>_BINARY_DIR 本例中是 HELLO_BINARY_DIR
<projectname>_SOURCE_DIR 本例中是 HELLO_SOURCE_DIR

MESSAGE关键字就可以直接使用这两个变量，当前都指向当前的工作目录，后面会涉及到外部编译。

此时有一个问题，如果改了工程名，这两个变量名也会改变，所以又定义了两个预定义变量：PROJECT_BINARY_DIR 和 PROJECT_SOURCE_DIR，这两个变量和 HELLO_BINARY_DIR、HELLO_SOURCE_DIR是一致的。

SET关键字：

用来显式的指定变量，例如

SET(SRC_LIST main.cpp)

即使用来指定源文件列表

MESSAGE关键字：

MESSAGE关键字类似于C语言中的printf函数，用于将变量的值显示到终端，这样就可以查看cmake构建工程时CMakeLists.txt中某些变量的值是否正确。但是，MESSAGE要比printf函数的功能强大，它可以 终止 编译系统的构建，而且这通常是我们想要的效果。

语法格式：

MESSAGE([<mode>] "message text" ...)

mode的值包括 FATAL_ERROR、WARNING、AUTHOR_WARNING、STATUS、VERBOSE等

FATAL_ERROR：产生CMake Error，会停止编译系统的构建过程；
STATUS：最常用的命令，常用于查看变量值，类似于编程语言中的DEBUG级别信息。

“message text”为显示在终端的内容。

ADD_EXECUTABLE关键字：

生成可执行文件，例如：

ADD_EXECUTABLE(hello ${SRC_LIST})

生成的可执行文件名是“hello”，源文件读取变量SRC_LIST中的内容。

语法的基本规则：

  1. 使用 ${} 获取某个变量的值，例如 ${SRC_LIST}获取SRC_LIST变量的值；
  2. 指令中的参数使用()小括号括起来，参数之间使用空格或分号分隔开；
  3. 指令是大小写无关的，参数和变量 是大小写相关的，CMake中推荐指令全部大写。

4. CMake内部构建和外部构建：

内部构建就是在项目内部，有CMakeLists.txt的地方，直接 cmake .，比如上面的方式就是内部构建，它的缺点是会在项目目录下生成许多临时文件。

外部构建就是不直接在项目下面运行cmake，而是自己建立一个接收cmake之后产生的临时文件的文件夹（如 build/），然后在该文件下面调用 cmake <CMakeList_path> 来构建。

例如：

mkdir build

cd build

cmake ..

5. 让HelloWorld更像一个工程：

  • 为工程添加一个子目录src，用来放置工程源代码
  • 添加一个子目录doc，用来放置这个工程的文档hello.txt
  • 在工程目录添加文本文件COPYRIGHT，README
  • 在工程目录添加一个 runhello.sh 脚本，用来调用hello二进制
  • 将构建后的目标文件放入构建目录的bin子目录
  • 将doc目录的内容以及COPYRIGHT/README安装到/usr/share/doc/cmake

在这里插入图片描述

然后在 build/ 目录下执行 cmake ..

ADD_SUBDIRECTORY命令：

命令格式：

ADD_SUBDIRECTORY([source_dir] [binary_dir] [EXCLUDE_FROM_ALL])

[source_dir]： 源文件路径；
[binary_dir]： 中间二进制与目标二进制存放路径；
[EXCLUDE_FROM_ALL]：将这个目录从编译过程中排除。

在项目中CMake配置文件一般为 树形结构，项目总的CMake配置文件调用各模块的CMake配置文件；

6. 使用CMake来进行安装：

make：编译程序、库、文档等
make install：安装已经编译好的程序、复制文件树中的文件到指定的位置
make unistall：卸载已经安装的程序
make clean：删除由make命令产生的文件
make distclean：删除由./configure产生的文件
make check：测试刚刚编译的软件（某些程序可能不支持）
make installcheck：检查安装的库和程序（某些程序可能不支持）

cmake INSTALL 命令：INSTALL用于指定在安装时运行的规则，
通俗的说，就是在运行cmake生成makefile之后，make intall 时都需要安装哪些内容。
它可以用来安装很多内容，可以包括 目标二进制、动态库、静态库、文件、目录、脚本等。

INSTALL(TARGETS <target> ... [...])					// TARGETS: 库（.a, .so）
INSTALL({FILES | PROGRAMS} <file> ... [...]) 		// FILES: 文件 PROGRAMS: 二进制(可执行)文件
INSTALL(DIRECTORY <dir> ... [...]) 					// DIRECTORY: 目录
INSTALL(SCRIPT <file> [...]) 						// SCRIPT: 脚本
INSTALL(CODE <code> [...]) 							//
INSTALL(EXPORT <export-name> [...]) 				//

举例：

在 项目的顶层目录下先手动创建COPYRIGHT、README、runhello.sh文件
在这里插入图片描述
顶层的CMakeLists.txt中加入INSTALL命令：
在这里插入图片描述
然后在 build/ 目录下 cmake .., make, make install：
在这里插入图片描述
在share目录下就拷贝了上述几个文件：
在这里插入图片描述

7. CMake构建动态库和静态库：

顶层目录：
在这里插入图片描述
顶层CMakeLists.txt的内容：
在这里插入图片描述
lib/ 目录下的内容：
在这里插入图片描述
lib目录下的CMakeLists.txt的内容：
在这里插入图片描述
STATIC 表示生成静态库，SHARED 表示生成动态库，生成的库文件格式是 libXXX.a 或 libXXX.so

在 build/ 目录下执行 cmake .. 和 make，就可以在 build/lib/ 目录下查看到生成的库文件：
在这里插入图片描述

ADD_LIBRARY 命令：

命令格式：

ADD_LIBRARY(<name> [ STATIC | SHARED | MODULE ]
							[EXCLUDE_FROM_ALL]
							[source1] [source2][...])

添加名为 name 的库，库的文件件可指定，也可用 target_sources() 后续指定。
库的类型是 STATIC(静态库)/SHARED(动态库)/MODULE(模块库) 之一。

如何同时构建动态库和静态库：

其他的不需要改动，lib/ 目录下的CMakeLists.txt 文件：
在这里插入图片描述
将动态库和静态库文件编译的名字都设置为“hello”即可。
编译后 在 build/lib/ 目录下就同时生成了 libhello.a 和 libhello.so：
在这里插入图片描述

SET_TARGET_PROPERTIES 命令：

命令格式：

SET_TARGET_PROPERTIES(target1 target2 ...
												  PROPERTIES prop1 value1
												  prop2 value2 ...)

这个命令是设置目标的属性，设置之后可以使用 GET_PROPERTY()或者GET_TARGET_PROPERTY()命令获取目标的属性值。

SET_TARGET_PROPERTIES 命令除了可以实现同时生成动态库和静态库，还可以用来 设置动态库的版本号：

SET_TARGET_PROPERTIES(hello PROPERTIES VERSION 1.2 SOVERSION 1)

VERSION指代动态库版本，SOVERSION指代API版本。

8. 共享库与头文件的安装和使用：

使用CMake安装库文件：

在 lib/ 目录下的CMakeLists.txt中 加入INSTALL命令：
在这里插入图片描述

执行 cmake .., make, make install，安装头文件和共享库：

在这里插入图片描述

INSTALL命令在安装库文件时：

INSTALL(TARGETS MyLib
				EXPORT MyLibTargets
				LIBRARY DESTINATION lib 	# 动态库安装路径
				ARCHIVE DESTINATION lib		# 静态库安装路径
				RUNTINE DESTINATION bin		# 可执行文件安装路径
				PUBLIC_HEADER DESTINATION include	# 头文件安装路径
				)

PS：为什么Linux安装程序都要放到 “/usr/local” 目录下：

Linux的软件安装目录也是有讲究的，理解这一点，在对系统管理是有益的。

/usr： 系统级的目录，可以理解为C:/Windows/，/usr/lib 可以理解为 C:/Windows/System32;

/usr/local： 用户级的程序目录，可以理解为 C:/Program Files/，用户自己编译的软件默认会安装到这个目录下；

/opt：用户级的程序目录，可以理解为 D:/Software，opt有可选的意思，这里可以用于放置第三方大型软件（或游戏等），当你不需要时，直接 rm -rf 删除即可。在硬盘容量不够时，也可将 /opt 单独挂载到其他磁盘上使用。

源码放哪里：
/usr/src：系统级的源码目录
/usr/local/src： 用户级的源码目录

在这里插入图片描述

使用CMake链接库文件：

在另外的目录下编写一个main.cpp，其中包含上面的hello.h头文件：

// main.cpp
#include <hello.h>
int main() {
	func();
	return 0;
}

此时运行make编译时会报错，找不到hello.h头文件，这是因为上面安装hello.h时指定的安装目录是 “include/hello”：
在这里插入图片描述

直接的解决方法有两种：

  1. hello.h 在cmake install安装时直接安装到 /usr/local/include 目录下，取消 hello/这一级目录；
  2. main.cpp 源文件中使用 #include <hello/hello.h> 的方式指名包含的路径。

然而，在项目中，更普遍的做法是使用 cmake中的 INCLUDE_DIRECTORIES 命令解决这个问题：

在这里插入图片描述

INCLUDE_DIRECTORIES 命令：

命令格式：

INCLUDE_DIRECTORIES([AFTER | BEFORE] [SYSTEM] dir1 [dir2 ...])

将指定目录添加到编译器的头文件搜索路径之下，指定的目录被解释成当前源码路径的相对路径。

PS：#include <> 与 #include “” 的区别：

  1. 使用场景不同：
    #include <> 一般用于包含系统头文件，例如 stdlib.h，stdio.h 等；
    #include "" 一般用于包含自定义的头文件，例如 test.h，declare.h 等；

  2. 查找的目录不同：
    #include <> 编译器直接从系统类库目录里查找头文件，例如 在Linux gcc编译环境下，一般为 /usr/include 和 /usr/local/include 目录；如果类库目录下查找失败，编译器会终止查找，直接报错：No such file or directory
    #include "" 默认从项目当前目录查找头文件，即项目工程文件所在的目录。如果在项目当前目录下查找失败，再从项目配置的头文件引用目录查找头文件。

在加入 INCLUDE_DIRECTORIES 命令之后，就可以解决 hello.h头文件找不到的问题了：

在这里插入图片描述
这是因为没有链接 hello.so 库，所以找不到func()函数的定义。
解决方法有两种：

  1. LINK_DIRECTORIES 命令，添加非标准共享库的搜索路径（某个路径）；
  2. TARGET_LINK_LIBRARIES 命令，添加需要链接的共享库（没某个具体的库）（注意此关键字在CMakeListst.txt中必须位于 ADD_EXECUTABLE 之后）。

在这里插入图片描述
命令格式：

TARGET_LINK_LIBRARIES(<target>
											<PRIVATE | PUBLIC | INTERFACE> <item> ...
											[<PRIAVTE | PUBLIC | INTERFACE> <item> ...] ...)

对于静态库也是相同的方式：

TARGET_LINK_LIBRARIES(main libhello.a)

此时解决了make时找不到func()函数定义的问题，并可以成功生成main可执行文件。
但是在执行 ./main 时，又报错找不到 libhello.so 动态库：

在这里插入图片描述
使用 ldd 查看main的依赖中抓不到libhello.so的路径：
在这里插入图片描述

这是因为，默认情况下，编译器只会使用 /lib 和 /usr/lib 这两个目录下的库文件，如果不指定 --prefix，会将库安装在 /usr/local/lib 目录下；当运行程序需要链接动态库时，提示找不到相关的.so库，就会报错。

解决方法有两个：

  1. 手动将 /usr/local/lib 目录下的 libhello.so 拷贝到 /usr/lib 目录下；
  2. 在CMakeListsts.txt 中加入prefix，指定so库的安装路径。

CMAKE_INSTALL_PREFIX 命令：

CMAKE_INSTALL_PREFIX 是cmake内置变量，用于指定cmake执行install目标时，安装的路径前缀。

方法一： 在执行cmake时指定：

cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=<目标路径>

方法二： 在 CMakeLists.txt 中设置变量：

SET(CMAKE_INSTALL_PREFIX <install_path>)

在编译.so库文件时指定install安装路径：

在这里插入图片描述
make install 时可以看到成功安装到了 /usr/lib 路径下：
在这里插入图片描述

重新回到main工程下，执行./main，可以正常执行了：

在这里插入图片描述

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