GNU开发工具——CMake快速入门

Posted 2021-04-25 悦码

一、CMake简介

不同Make工具，如GNU Make、QT的qmake、微软的MS nmake、BSD Make（pmake）等，遵循着不同的规范和标准，所执行的Makefile格式也不同。如果软件想跨平台，必须要保证能够在不同平台编译。而如果使用Make工具，必须为不同的Make工具编写不同的Makefile。

CMake是一个比Make工具更高级的编译配置工具，是一个跨平台的、开源的构建系统（BuildSystem）。CMake允许开发者编写一种平台无关的CMakeList.txt文件来定制整个编译流程，然后再根据目标用户的平台进一步生成所需的本地化Makefile和工程文件，如：为Unix平台生成Makefile文件（使用GCC编译），为Windows MSVC生成projects/workspaces（使用VS IDE编译）或Makefile文件（使用nmake编译）。使用CMake作为项目架构系统的知名开源项目有VTK、ITK、KDE、OpenCV、OSG等。

二、CMake管理工程

在Linux平台下使用CMake生成Makefile并编译的流程如下：

A、编写CMake配置文件CMakeLists.txt

B、执行命令cmake PATH生成Makefile，PATH是CMakeLists.txt所在的目录。

C、使用make命令进行编译。

三、单个源文件工程

1、源文件编写

假设项目test中只有一个main.cpp源文件，程序用途是计算一个数的指数幂。

2、编写CMakeLists.txt

在main.cpp源文件目录test下编写CMakeLists.txt文件。

CMakeLists.txt由命令、注释和空格组成，其中命令是不区分大小写。符号#后的内容被认为是注释。命令由命令名称、小括号和参数组成，参数之间使用空格进行间隔。

本例中CMakeLists.txt文件的命令如下：

cmake_minimum_required：指定运行本配置文件所需的CMake的最低版本；

project：参数值是demo，表示项目的名称是demo。

add_executable：将名为main.cpp的源文件编译成一个名称为demo的可执行文件。

3、编译工程

在源码根目录下创建一个build目录，进入build目录，执行cmake ..，生成Makefile，再使用make命令编译得到demo可执行文件。

通常，建议在源码根目录下创建一个独立的build构建编译目录，将构建过程产生的临时文件等文件与源码隔离，避免源码被污染。

四、单目录多源文件工程

1、源文件编写

假如把power函数单独写进一个名为MathFunctions.cpp的源文件里，使得这个工程变成如下的形式：

MathFunctions.h文件：

MathFunctions.cpp文件：

main.cpp文件：

2、编写CMakeLists.txt

add_executable命令中增加了一个MathFunctions.cpp源文件，但如果源文件很多，可以使用aux_source_directory命令，aux_source_directory命令会查找指定目录下的所有源文件，然后将结果存进指定变量名。其语法如下：

aux_source_directory(dir variable)

修改后CMakeLists.txt如下：

CMake会将当前目录所有源文件的文件名赋值给变量DIR_SRCS ，再指示变量DIR_SRCS中的源文件需要编译成一个名称为demo的可执行文件。

五、多文件多目录工程

1、源码文件编写

创建一个math目录，将MathFunctions.h和MathFunctions.cpp文件移动到math目录下。在工程目录根目录test和子目录math里各编写一个CMakeLists.txt文件，可以先将math目录里的文件编译成静态库再由main函数调用。

math子目录：

MathFunctions.h文件：

MathFunctions.cpp文件：

根目录源文件：

2、CMakeLists.txt文件编写

根目录的CMakeLists.txt文件：

add_subdirectory命令指明本工程包含一个子目录math，math目录下的 CMakeLists.txt文件和源代码也会被处理 。target_link_libraries命令指明可执行文件demo需要连接一个名为MathFunctions的链接库 。

math子目录的CMakeLists.txt文件：

add_library命令将math目录中的源文件编译为静态链接库。

六、自定义编译选项

1、自定义编译选项简介

CMake允许为工程增加编译选项，从而可以根据用户的环境和需求选择最合适的编译方案。

例如，可以将MathFunctions库设为一个可选的库，如果该选项为ON ，就使用MathFunctions库定义的数学函数来进行运算，否则就调用标准库中的数学函数库。

2、CMakeLists 文件编写

在根目录的CMakeLists.txt文件指定自定义编译选项：

configure_file命令用于加入一个配置头文件config.h，config.h文件由CMake从config.h.in生成，通过预定义一些参数和变量来控制代码的生成。

option命令添加了一个USE_MYMATH选项，并且默认值为ON。

根据USE_MYMATH变量的值来决定是否使用自己编写的MathFunctions库。

3、修改源文件的调用

修改main.cpp文件，让其根据USE_MYMATH的预定义值来决定是否调用标准库还是MathFunctions库。

4、编写config.h.in文件

main.cpp文件包含了一个config.h文件，config.h文件预定义了USE_MYMATH 的值。但不会直接编写config.h文件，为了方便从CMakeLists.txt中导入配置，通常编写一个config.h.in文件，内容如下：

#cmakedefine USE_MYMATH

CMake会自动根据CMakeLists.txt配置文件中的设置自动生成config.h文件。

5、编译工程

修改CMakeLists.txt文件，USE_MYMATH为OFF，使用标准库。

# 是否使用自己的MathFunctions库
option (USE_MYMATH
 "Use provided math implementation" OFF)

在build目录下cmake ..，make，执行程序：

七、安装和测试

1、定制安装规则

在math/CMakeLists.txt文件指定MathFunctions库的安装规则：

#指定MathFunctions库的安装路径
install(TARGETS MathFunctions DESTINATION bin)
install(FILES MathFunctions.h DESTINATION include)

修改根目录的CMakeLists.txt文件指定目标文件的安装规则：

#指定安装路径
install(TARGETS test DESTINATION bin)
install(FILES "${PROJECT_BINARY_DIR}/config.h"
 DESTINATION include)

通过对安装规则的定制，生成的目标文件和MathFunctions函数库 libMathFunctions.o文件将会被拷贝到/usr/local/bin中，而MathFunctions.h和生成的config.h文件则会被复制到/usr/local/include中。

/usr/local是默认安装到的根目录，可以通过修改 CMAKE_INSTALL_PREFIX 变量的值来指定文件应该拷贝到哪个根目录。

2、为工程添加测试

CMake提供了一个CTest测试工具。在项目根目录的CMakeLists.txt文件中调用一系列的add_test 命令。

第一个测试test_run用来测试程序是否成功运行并返回0值。剩下的三个测试分别用来测试 5 的 平方、10 的 5 次方、2 的 10 次方是否都能得到正确的结果。其中PASS_REGULAR_EXPRESSION用来测试输出是否包含后面跟着的字符串。

如果要测试更多的输入数据，可以通过编写宏来实现：

八、GDB支持

让CMake支持gdb的设置只需要指定Debug模式下开启-g选项：

set(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug")
set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb")
set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall")

生成的程序可以直接使用gdb来调试。

九、添加环境检查

使用平台相关的特性时，需要对系统环境做检查。检查系统是否自带pow函数，如果有pow函数，就使用；否则使用自定义的power函数。

1、添加 CheckFunctionExists 宏

首先在顶层CMakeLists.txt文件中添加CheckFunctionExists.cmake 宏，并调用check_function_exists命令测试链接器是否能够在链接阶段找到 pow函数。

#检查系统是否支持 pow 函数
include (${CMAKE_ROOT}/Modules/CheckFunctionExists.cmake)
check_function_exists (pow HAVE_POW)
check_function_exists需要放在configure_file命令前。

2、预定义相关宏变量

修改 config.h.in 文件，预定义相关的宏变量。

// does the platform provide pow function?
#cmakedefine HAVE_POW

3、在代码中使用宏和函数

修改 main.cpp文件 ，在代码中使用宏和函数。

十、添加版本号

修改顶层CMakeLists.txt文件，在project命令后分别指定当前的项目的主版本号和副版本号。

分别指定当前的项目的主版本号和副版本号。

为了在代码中获取版本信息，可以修改 config.h.in 文件，添加两个预定义变量：

// the configured options and settings for Tutorial
#define Demo_VERSION_MAJOR @Demo_VERSION_MAJOR@
#define Demo_VERSION_MINOR @Demo_VERSION_MINOR@
// does the platform provide pow function?
#cmakedefine HAVE_POW

直接在源码中使用：

十一、生成安装包

1、增加CPack模块

CMake提供了一个专门用于打包的工具CPack，用于配置生成各种平台上的安装包，包括二进制安装包和源码安装包。

首先在顶层的CMakeLists.txt文件尾部添加下面几行：

导入InstallRequiredSystemLibraries模块，便于导入CPack模块；

设置一些CPack相关变量，包括版权信息和版本信息

导入CPack模块。

在顶层目录下创建License.txt文件内如如下：

2、生成安装包

生成二进制安装包：

cpack -C CPackConfig.cmake

生成源码安装包:

cpack -C CPackSourceConfig.cmake

上述两个命令都会在目录下创建3个不同格式的二进制包文件：

demo-1.0.1-Linux.tar.gz

demo-1.0.1-Linux.tar.Z

demo-1.0.1-Linux.sh

3个二进制包文件所包含的内容是完全相同的。