ubuntu/vscode下的c/c++开发之-CMake语法与练习

Cmake学习

1 语法特性介绍

  • 基本语法格式：指令(参数 1 参数 2...)

    • 参数使用括弧括起
    • 参数之间使用空格或分号分开

  • 指令是大小写无关的，参数和变量是大小写相关的

    set(HELLO hello.cpp)
add_executable(hello main.cpp hello.cpp)
ADD_EXECUTABLE(hello main.cpp ${HELLO})

  • 变量使用${}方式取值，但是在 IF 控制语句中是直接使用变量名 if (HELLO)

2重要指令和CMake常用变量

2.1 重要指令

  • cmake_minimum_required ,指定CMake的最小版本要求

    # CMake最小版本要求为2.8.3
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
    • 语法： cmake_minimum_required(VERSION versionNumber [FATAL_ERROR])

  • project 定义工程名称，并可指定工程支持的语言

    # 指定工程名为HELLOWORLD
project(HELLOWORLD)
    • 语法： project(projectname [CXX] [C] [Java])

  • set 显式的定义变量

    # 定义SRC变量，其值为sayhello.cpp hello.cpp
set(SRC sayhello.cpp hello.cpp)
    • 语法：set(VAR [VALUE] [CACHE TYPE DOCSTRING [FORCE]])

  • include_directories 向工程添加多个特定的头文件搜索路径 --->相当于指定g++编译器的 -I 参数。语法： include_directories([AFTER|BEFORE] [SYSTEM] dir1 dir2 ...)

        直接写 include，不写绝对路径，即相对于cmakelists文件所在的路径

  • link_directories 向工程添加多个特定的库文件搜索路径 --->相当于指定g++编译器的-L参数

    # 将/usr/lib/mylibfolder 和 ./lib 添加到库文件搜索路径
link_directories(/usr/lib/mylibfolder ./lib)

          语法： link_directories(dir1 dir2 ...)

  • add_library 生成库文件

    # 通过变量 SRC 生成 libhello.so 共享库
add_library(hello SHARED ${SRC})
    • 语法： add_library(libname [SHARED|STATIC|MODULE] [EXCLUDE_FROM_ALL] source1 source2 ... sourceN)

  • add_compile_options 添加编译参数

    # 添加编译参数 -Wall -std=c++11 -O2
add_compile_options(-Wall -std=c++11 -O2)

  • add_executable 生成可执行文件

    # 编译main.cpp生成可执行文件main
add_executable(main main.cpp)
    • 语法：add_executable(exename source1 source2 ... sourceN)

​

  • target_link_libraries 为 target 添加需要链接的共享库 -->相同于指定g++编译器-l参数

    # 将hello动态库文件链接到可执行文件main
target_link_libraries(main hello)
    • 语法： target_link_libraries(target library1<debug | optimized> library2...)

  • add_subdirectory 向当前工程添加存放源文件的子目录，并可以指定中间二进制和目标二进制存放的位置

    # 添加src子目录，src中需有一个CMakeLists.txt
add_subdirectory(src)

        语法： add_subdirectory(source_dir [binary_dir] [EXCLUDE_FROM_ALL])

使用案例，推荐查看下面链接的第五章节：

Linux下CMake简明教程_linux cmake-CSDN博客

  • aux_source_directory 发现一个目录下所有的源代码文件并将列表存储在一个变量中，这个指令临时被用来自动构建源文件列表

    • 语法： aux_source_directory(dir VARIABLE)
    # 定义SRC变量，其值为当前目录下, 所有的源代码文件
aux_source_directory(. SRC)
# 编译SRC变量所代表的源代码文件，生成main可执行文件
add_executable(main ${SRC})
2.2 CMake常用变量

  • CMAKE_C_FLAGS  gcc编译选项

  • CMAKE_CXX_FLAGS  g++编译选项

    # 在CMAKE_CXX_FLAGS编译选项后追加-std=c++11
set( CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11")

  • CMAKE_BUILD_TYPE  编译类型(Debug, Release)

    # 设定编译类型为debug，调试时需要选择debug
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
# 设定编译类型为release，发布时需要选择release
set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)

  • CMAKE_BINARY_DIR

    PROJECT_BINARY_DIR

    <projectname>_BINARY_DIR

    这三个变量指代的内容是一致的。如果是 in source build，指的就是工程顶层目录路径。如果是 out-of-source 编译,指的是工程编译发生的目录路径。

  • CMAKE_SOURCE_DIR

    PROJECT_SOURCE_DIR

        <projectname>_SOURCE_DIR

        这三个变量指代的内容是一致的,不论采用何种编译方式,都是指工程顶层目录的绝对你路径。

        例如： include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/include)

        当我们想指明我们头文件所在的位置时，可以借用CMAKE_SOURCE_DIR宏，先导航到你的代码工程文件的绝对路径。

使用示例：

include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/include)
  • CMAKE_C_COMPILER：指定C编译器
  • CMAKE_CXX_COMPILER：指定C++编译器
  • EXECUTABLE_OUTPUT_PATH：可执行文件输出的存放路径
  • LIBRARY_OUTPUT_PATH：库文件输出的存放路径

3 CMake编译工程

CMake目录结构：项目主目录存在一个CMakeLists.txt文件

两种方式设置编译规则：

  1. 包含源文件的那个子文件夹包含CMakeLists.txt文件，主目录的CMakeLists.txt通过add_subdirectory添加子目录即可；
  2. 包含源文件的子文件夹未包含CMakeLists.txt文件，子目录编译规则体现在主目录的CMakeLists.txt中；
3.1 编译流程

在 linux 平台下使用 CMake 构建C/C++工程的流程如下:

  • 手动编写 CMakeLists.txt。
  • 执行命令 cmake PATH生成 Makefile ( PATH 是顶层CMakeLists.txt 所在的目录 )。
  • 执行命令make 进行编译。
# important tips
.  		# 表示当前目录
./ 		# 表示当前目录

..  	# 表示上级目录
../ 	# 表示上级目录
3.2 两种构建方式

  • 内部构建(in-source build)：不推荐使用

    内部构建会在同级目录下产生一大堆中间文件，这些中间文件并不是我们最终所需要的，和工程源文件放在一起会显得杂乱无章。

    ## 内部构建

# 在当前目录下，编译本目录的CMakeLists.txt，生成Makefile和其他文件
cmake .
# 执行make命令，生成target
make

  • 外部构建(out-of-source build)：推荐使用

    将编译输出文件与源文件放到不同目录中,（源cmakelist放在一级项目文件夹里面，再在一级项目文件夹里新建一个 build文件夹，存放cmakelist执行输出的makefile等生成文件，不使得项目结构杂乱）

    ## 外部构建

# 1. 在当前目录下，创建build文件夹
mkdir build
# 2. 进入到build文件夹
cd build
# 3. 编译上级目录的CMakeLists.txt，生成Makefile和其他文件
cmake ..
# 4. 执行make命令，生成target
make

4【实战】CMake代码实践

4.1 最小CMake工程
4.1.1 项目代码

项目文件只有一个，就是一个helloworld.cpp

4.1.2 cmake工程 

1)在helloworld.cpp文件夹下，新建一个CMakeList.txt，一个build文件夹

2)CMakeLists.txt文件内写入如下内容（注意写指令借助tab）

3）在build 目录下执行 cmake . .；会发现 build文件夹 下生成许多cmake工程文件，包括makefile

4）在 build目录下执行makefile；该目录下会生成 最终可执行的目标二进制文件。

CMakeLists.txt：

# Set the minimum version of CMake that can be used
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

# Set the project name
project (HELLO)

# Add an executable
add_executable(hello_cmake main.cpp)
4.2 多目录工程

//mian.cpp
#include "swap.h"

int main() {
    swap obj_ab(2,3);
    obj_ab.print_info();
    obj_ab.run();
    obj_ab.print_info();
}

//swap.h	
#pragma once
#include <iostream>

class swap
{
private:
    int a, b;
public:
    swap(int a, int b)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    void run();
    void print_info();
};
//swap.cpp
#include "swap.h"

void swap::run() {
    int temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void swap::print_info() {
    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    std::cout << "b = " << b << std::endl;
}

4.2.1 多目录工程-直接编译

这个案例直接编译的cmakelists的写法和上面的helloworld案例的套路基本上一样，区别就是多了一个指定头文件、练习使用下set。 

CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

project(SWAP)

include_directories(include)

set(SOURCES main.cpp src/swap.cpp)

add_executable(swap_cmake ${SOURCES})

编译后的工程结构： 

.
├── build
│   ├── CMakeCache.txt
│   ├── CMakeFiles
│   │   ├── 3.22.1
│   │   │   ├── CMakeCCompiler.cmake
│   │   │   ├── CMakeCXXCompiler.cmake
│   │   │   ├── CMakeDetermineCompilerABI_C.bin
│   │   │   ├── CMakeDetermineCompilerABI_CXX.bin
│   │   │   ├── CMakeSystem.cmake
│   │   │   ├── CompilerIdC
│   │   │   │   ├── a.out
│   │   │   │   ├── CMakeCCompilerId.c
│   │   │   │   └── tmp
│   │   │   └── CompilerIdCXX
│   │   │       ├── a.out
│   │   │       ├── CMakeCXXCompilerId.cpp
│   │   │       └── tmp
│   │   ├── cmake.check_cache
│   │   ├── CMakeDirectoryInformation.cmake
│   │   ├── CMakeOutput.log
│   │   ├── CMakeTmp
│   │   ├── main_cmake.dir
│   │   │   ├── build.make
│   │   │   ├── cmake_clean.cmake
│   │   │   ├── compiler_depend.make
│   │   │   ├── compiler_depend.ts
│   │   │   ├── DependInfo.cmake
│   │   │   ├── depend.make
│   │   │   ├── flags.make
│   │   │   ├── link.txt
│   │   │   ├── main.cpp.o
│   │   │   ├── main.cpp.o.d
│   │   │   ├── progress.make
│   │   │   └── src
│   │   │       ├── swap.cpp.o
│   │   │       └── swap.cpp.o.d
│   │   ├── Makefile2
│   │   ├── Makefile.cmake
│   │   ├── progress.marks
│   │   ├── swap_cmake.dir
│   │   │   ├── build.make
│   │   │   ├── cmake_clean.cmake
│   │   │   ├── compiler_depend.make
│   │   │   ├── compiler_depend.ts
│   │   │   ├── DependInfo.cmake
│   │   │   ├── depend.make
│   │   │   ├── flags.make
│   │   │   ├── link.txt
│   │   │   ├── main.cpp.o
│   │   │   ├── main.cpp.o.d
│   │   │   ├── progress.make
│   │   │   └── src
│   │   │       ├── swap.cpp.o
│   │   │       └── swap.cpp.o.d
│   │   └── TargetDirectories.txt
│   ├── cmake_install.cmake
│   ├── Makefile
│   └── swap_cmake
├── CMakeLists.txt
├── include
│   └── swap.h
├── main.cpp
└── src
    └── swap.cpp

4.2.2 多目录工程-src做成（静态/动态）库，间接编译 

4.2.2.1 src分别做成 动态库（.so）/ 静态库(.a)

        直接在项目文件的一级目录修改cmakelists.txt的内容，先忽略 main.cpp，把src做成静态库或者动态库，保存在 /usr/lib 中。

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

project(SWAP)

include_directories(include)

set(SOURCES src/swap.cpp)

add_library(SwapTest SHARED ${SOURCES})
add_library(SwapTest STATIC ${SOURCES})

set (LIBRARY_OUTPUT_PATH /usr/lib)

4.2.2.2 使用静态库或动态库

        再次在项目文件的一级目录修改cmakelists.txt的内容，编译 main.cpp，并链接所需要的库。生成最终可执行二进制。

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

project(SWAP_TEST)

include_directories(include)

#选择链接静态库或者动态库
#set (PROJECT_LINK_LIBS /usr/lib/libswapTest_shared.so)
set (PROJECT_LINK_LIBS /usr/lib/libswapTest_static.a)

add_executable(swap_cmake main.cpp)

target_link_libraries (swap_cmake ${PROJECT_LINK_LIBS})

# libswapTest_shared.so
# libswapTest_static.a
4.3 更完整的项目c++开发过程

案例名称：士兵突击

需求列表：

  1. 士兵 许三多 有一把枪，叫做 AK47
  2. 士兵 可以 开火
  3. 士兵 可以 给枪装填子弹
  4. 枪 能够 发射 子弹
  5. 枪 能够 装填子弹 —— 增加子弹数量

开发过程：

  • 开发枪类
  • 开发士兵类
4.3.1 合理设置项目目录

​

//Gun.h
#pragma once
#include <string>

class Gun
{
public:
    Gun(std::string type){
        this->_bullet_count = 0;
        this->_type = type;
    }

    void addBullet(int bullet_num);
    bool shoot();

private:
    int _bullet_count;
    std::string _type;

};
//Soldier.h
#pragma once

#include <string>
#include "Gun.h"

class Solider
{
public:
    Solider(std::string name);
    ~Solider();
    void addGun(Gun *ptr_gun);
    void addBulletToGun(int num);
    bool fire();

private:
    std::string _name;
    Gun *_ptr_gun;
};
4.3.2 编写项目源文件
//Gun.cpp
#include "Gun.h"
#include "iostream"
using namespace std;

void Gun::addBullet(int bullet_num)
{
    this->_bullet_count += bullet_num;
}

bool Gun::shoot()
{
    if (this->_bullet_count<=0)
    {
        cout << "There is no bullet!" << endl;
        return false;
    }

    this->_bullet_count -= 1;
    cout << "shoot successfully!" << endl;
    return true;
    
}
//Soldier.cpp
#include "Soldier.h"

Solider::Solider(std::string name)
{
    this->_name = name;
    this->_ptr_gun = nullptr;
}

void Solider::addGun(Gun *ptr_gun)
{
    this->_ptr_gun = ptr_gun;
}

void Solider::addBulletToGun(int num)
{
    this->_ptr_gun->addBullet(num);
}

bool Solider::fire()
{
    return(this->_ptr_gun->shoot());
}

Solider::~Solider()
{
    if (this->_ptr_gun==nullptr)
    {
        return;
    }
    delete this->_ptr_gun;
    this->_ptr_gun = nullptr;
    
}
#include "Gun.h"
#include "Soldier.h"
#include <iostream>

void test()
{
    Solider sanduo("xusanduo");
    sanduo.addGun(new Gun("AK47"));
    sanduo.addBulletToGun(20);
    sanduo.fire();
}

int main()
{
    std::cout << "This is a test string..." << std::endl;
    std::cout << "This is a test string..." << std::endl;
    test();
    return 0;
}
4.3.3 编写CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

project(SOLIDERFIRE)

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall")

set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)

include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/include)

add_executable(my_cmake_exe main.cpp src/Gun.cpp src/Solider.cpp)
4.3.4 编译CMake项目

操作和4.1完全相同。

        这里强调一点，当我们随着代码的迭代开发，要修改项目中的文件，重新编译获得可执行文件时，我们只需要重新make一下。注意：这个时候只会重新编译你修改的文件。这一点非常重要，对于大型项目的编译时间。

makefile和CMakeLists使用区别与联系

CMake主要是编写CMakeLists.txt文件，然后用cmake命令将CMakeLists.txt文件转化为make所需要的makefile文件，最后用make命令编译源码生成可执行程序或共享库。

简单来说：

makefile里面封装的是最底层的gcc/g++编译命令、编译参数、文件之间的依赖关系等；

CMakeLists.txt 则在makefile基础上更抽象了一层，使得项目编译工程的书写更简洁。

二者关系如下图：

  6.1Cross-platform development 6.2 语法特性介绍_哔哩哔哩_bilibili

更详细的：

        CMake是一个跨平台的自动化构建系统，可以用于管理和构建项目的源代码，比make更为高级。而Makefile是一种构建工具，用于自动化构建可执行文件和库。CMake可以生成Makefile，但是CMake不仅仅可以生成Makefile，还可以生成Visual Studio项目、Xcode项目等。因此，CMake可以完全代替Makefile使用。

CMake的使用场景包括但不限于以下几种：

  1. 跨平台构建：CMake可以在不同的平台上生成相应的构建文件，使得项目可以在不同的平台上构建。在 Linux/Unix 平台，生成 makefile，在苹果平台，可以生成 xcode，在 Windows 平台，可以生成 MSVC 的工程文件。想像如果平台的构建工程使用 makefile构建，换平台将会很麻烦。
  2. 管理大型项目：CMake可以管理大型项目的构建，包括多个子目录和库的构建。
  3. 自定义构建：CMake可以根据用户的需求自定义构建过程，包括编译选项、链接选项等。

而Makefile的使用场景包括但不限于以下几种：

  1. 简单项目构建：对于简单的项目，使用Makefile可以快速构建可执行文件和库。
  2. 熟悉Unix/Linux环境：Makefile是Unix/Linux环境下的标准构建工具，熟悉Makefile可以更好地理解Unix/Linux环境下的构建过程。
  3. 自定义构建：Makefile可以根据用户的需求自定义构建过程，包括编译选项、链接选项等。

因此，CMake适用于大型、跨平台的项目，而Makefile适用于简单的项目和熟悉Unix/Linux环境的用户。

学习参考：

6.1Cross-platform development 6.2 语法特性介绍_哔哩哔哩_bilibiliNotion – The all-in-one workspace for your notes, tasks, wikis, and databases.

认识Make、Makefile、CMake和CMakeLists_cmakelists makefile-CSDN博客 ​ 

CMake入门教程_cmake -dgcov=on -dcmake_build_type=debug-CSDN博客

Linux下CMake简明教程_linux cmake-CSDN博客

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