摘要:
本文記錄一下 CMake 變量的定義、原理及其使用。CMake 變量包含 Normal Variables、Cache Variables。通過 set 指令可以設置兩種不同的變量。也可以在 CMake 腳本中使用和設置環境變量。set(ENV{<variable>} <value>...)，本文重點講述 CMake 腳本語言特有的兩種變量。
正文：
1、兩種變量的定義參考
-
Normal Variables
通過
set(<variable> <value>... [PARENT_SCOPE])這個命令來設置的變量就是 Normal Variables。例如 set(MY_VAL "666") ，此時 MY_VAL 變量的值就是 666。 -
Cache Variables
通過
set(<variable> <value>... CACHE <type> <docstring> [FORCE])這個命令來設置的變量就是 Cache Variables。例如set(MY_CACHE_VAL "666" CACHE STRING INTERNAL)，此時 MY_CACHE_VAL 就是一個 CACHE 變量。
2、兩種變量的作用域原理及使用
1、Normal Variables
作用域屬於整個 CMakeLists.txt 文件，當該文件包含了 add_subdirectory()、include()、macro()、function() 語句時，會出現兩種不同的效果。
（1）、包含 add_subdirectory()、function()。（本質是值拷貝）
假設，我們在工程根目錄 CMakeLists.txt 文件中使用 add_subdirectory(src) 包含另一個 src 目錄，在 src 目錄中有另一個 CMakeLists.txt 文件。在終端運行的目錄結構如下：
$ tree
.
├── CMakeLists.txt
└── src
└── CMakeLists.txt
1 directory, 2 files
以根目錄 CMake 文件為父目錄，src 目錄為子目錄，此時子目錄 CMake 文件會拷貝一份父目錄文件的 Normal 變量。需要說明的是，我們在子目錄中如果想要修改父目錄 CMake 文件包含的 Normal 變量。必須通過 set(... PARENT_SCOPE) 的方式。下面通過例子來說明。
在父/根目錄的 CMakeLists.txt 文件內容如下:
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("父目錄 CMakeLists.txt 文件")
set(MY_VAL "666")
message("第一次在父目錄 MY_VAL=${MY_VAL}")
add_subdirectory(src)
message("第二次在父目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
在子目錄 src/CMakeLists.txt 文件內容如下：
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件")
message("在子目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
message("退出子目錄")
運行結果：
$ cmake .
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件
在子目錄，MY_VAL=666
退出子目錄
第二次在父目錄，MY_VAL=666
從結果可以看出，在子目錄 CMake 文件中可以直接使用父目錄定義的 MY_VAL 變量的值 666。當在子目錄 CMake 文件中修改 MY_VAL 變量值，看看在父目錄中 MY_VAL 的值如何變化。下面僅僅在子目錄 CMake 文件中加入一行代碼 set(MY_VAL "777"),最后的子目錄 CMake 文件代碼如下：
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件")
set(MY_VAL "777") # 剛剛加入的
message("在子目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
message("退出子目錄")
運行結果：
$ cmake .
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件
在子目錄，MY_VAL=777
退出子目錄
第二次在父目錄，MY_VAL=666
我們發現在 src/CMakeLists.txt 中打印的 MY_VAL 的值是 777，然后退出子目錄回到根目錄后，打印 MY_VAL 的值仍然是 666。這就說明了：子目錄的 CMakeLists.txt 文件僅僅是拷貝了一份父目錄的 Normal 變量，即使在子目錄 CMake 文件中修改了 MY_VAL 變量，那也只是子目錄自己的變量，不是父目錄的變量。因為 Normal 變量的作用域就是以 CMakeLists.txt 文件為基本單元。那么我們如何在子目錄 CMake 文件中修改父目錄 CMake 文件的 Normal 變量呢? 我們需要在子目錄 CMakeLists.txt 文件中設置 MY_VAL 時，加上 PARENT_SCOPE 屬性。即用如下代碼: set(MY_VAL "777" PARENT_SCOPE)，子目錄 CMakeLists.txt 文件如下：
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件")
set(MY_VAL "777" PARENT_SCOPE) # 修改處
message("在子目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
message("退出子目錄")
運行結果:
$ cmake .
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
進入子目錄 src/CMakeLists.txt 文件
在子目錄，MY_VAL=666
退出子目錄
第二次在父目錄，MY_VAL=777
可以看出在第二次回到父目錄時，MY_VAL 的值已經變成了 777。同理，對於 function() 最開始的結論也適用。代碼如下：
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("父目錄 CMakeLists.txt 文件")
set(MY_VAL "666")
message("第一次在父目錄 MY_VAL=${MY_VAL}")
# 函數定義
function(xyz test_VAL) # 函數定義處！
set(MY_VAL "888" PARENT_SCOPE)
message("functions is MY_VAL=${MY_VAL}")
endfunction(xyz)
xyz(${MY_VAL}) # 調用函數
message("第二次在父目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
運行結果:
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
functions is MY_VAL=666
第二次在父目錄，MY_VAL=888
可以看出在該函數中使用 MY_VAL 這個變量值，其實就是一份父目錄變量的值拷貝，此時打印值為 666。在 函數中修改值，那么也是用 set(${MY_VAL} 888 PARENT_SCOPE)。此時，退出函數第二次打印變量值時。該值就是在函數中修改好的值 888。 本質講，對於 function() 而言，剛剛說到的父目錄其實不是嚴格正確的。因為函數定義可以是在其他 .cmake 模塊文件中定義的。也可以在其他 CMakeLists.txt 文件中調用，因此准確的說，這里的父目錄應該改為『調用函數的地方所屬的 CMakeLists.txt 』，我們做的這個實驗是在根目錄 CMakeLists.txt 文件中定義了函數，又在本文件中使用了。因此之前的說法理解其意思即可。對於 add_subdirectory() 而言，其實也是說調用的地方。下面的 include()、macro() 例子會涉及到，將 function() 放在一個外部的 .cmake 文件中。那里也會說明 function() 與 macro() 的不同。
（2）、**包含 include()、macro() **（本質有點類似 c 中的 #include 預處理含義）
現在在上面的根目錄中加入了一個 cmake_modules 目錄。目錄中有一個 Findtest.cmake 文件。新的目錄結構如下:
$ tree
.
├── CMakeLists.txt
├── cmake_modules
│ └── Findtest.cmake
└── src
└── CMakeLists.txt
2 directories, 3 files
在根目錄中的 CMakeLists.txt 文件包含的代碼如下:
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("父目錄 CMakeLists.txt 文件")
set(MY_VAL "666")
message("第一次在父目錄 MY_VAL=${MY_VAL}")
# 使用 include() 文件的宏
list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/cmake_modules)
include(Findtest) # 從 CMAKE_MODULE_PATH 包含的路徑中搜索 Findtest.cmake 文件
#test(${MY_VAL}) # 調用宏
#xyz(${MY_VAL}) # 調用函數
#find_package(test REQUIRED) # 從 CMAKE_MODULE_PATH 包含的路徑中搜索 Findtest.cmake 文件 與 include () 兩者的效果是一樣的！
message("第二次在父目錄，MY_VAL=${MY_VAL}")
message("include test=${test_VAL}")
#message("macro_val=${macro_val}")
cmake_modules/Findtest.cmake 文件內容如下:
# 該文件定義了一個函數以及一個宏
message("進入 Findtest.cmake 文件")
set(test_VAL "222") # 驗證根目錄 CMake 文件能夠訪問這個變量
set(MY_VAL "000") # 測試 include() 效果
# 宏定義
macro(test MY_VA) # 定義一個宏！
set(macro_val "1") # 宏內部定義變量
message("macro is MY_VAL=${MY_VA}")
set(MY_VAL "999") # 直接修改的就是調用該宏所處的文件中的 Normal 變量
endmacro(test)
# 函數定義
function(xyz test_VAL)
set(MY_VAL "888" PARENT_SCOPE) # 修改 調用者的 變量
message("function is MY_VAL=${MY_VAL}")
endfunction(xyz)
運行結果：
$ cmake .
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
進入 Findtest.cmake 文件
第二次在父目錄，MY_VAL=000
include test=222
從結果可以看出，include() 內部是可以修改調用者 MY_VAL 變量。include() 包含的文件內定義的變量 test_VAL，也可以在調用 include() 的 CMakeLists.txt 文件中直接訪問，同樣的對於 macro() 也適用，在根目錄 CMake 文件中調用宏，即取消 test(\({MY_VAL}) 以及 message("macro_val=\){macro_val}") 部分的注釋，此時最后輸出結果 ：
$ cmake .
父目錄 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目錄 MY_VAL=666
進入 Findtest.cmake 文件
macro is MY_VAL=000
第二次在父目錄，MY_VAL=999
include test=222
macro_val=1
可以看出，這次輸出的結果在第二次進入父目錄后，MY_VAL 變量的值就是 999 了。注意到在根目錄中 CMakeLists.txt 中 注釋語句中有一個 find_package() ，這個和 include() 其實都是一樣的結果。
總結:
結合 include() 、macro() 最后結果，能夠得出一個結論：通過 include() 和 macro() 相當於把這兩部分包含的代碼直接加入根目錄 CMakeLists.txt 文件中去執行，相當於他們是一個整體。因此變量直接都是互通的。這就有點像 C/C++ 中的 #include 包含頭文件的預處理過程了。這一點其實與剛開始講的 function() 、add_subdirectory() 完全不同，在函數以及 add_subdirectory() 中，他們本身就是一個不同的作用域范圍，僅僅通過拷貝調用者的 Normal 值(僅僅在調用 add_subdirectory() / function() 之前的 Normal 變量)，如果要修改調用者包含的 Normal 變量，那么只能通過 set(MY_VAL "某個值" PARENT_SCOPE)注明我們修改的是調用者 Normal 值。雖然在 C/C++ 中，可以通過指針的方式，通過函數可以修改外部變量值，但是在 CMake 腳本語言中 function() 雖然能夠傳入形式參數，但是者本質上就是 C/C++ 中的值拷貝。而不是引用。上面所說的 Normal 變量其實就是一個局部變量。
2、Cache Variables
相當於一個全局變量，我們在同一個 cmake 工程中都可以使用。Cache 變量有以下幾點說明:
- Cache 變量 CMAKE_INSTALL_PREFIX 默認值是 /usr/local (可以在生成的 CMakeCache.txt 文件中查看)，這時候如果我們 在某個 CMakeLists.txt 中，仍然使用 set(CMAKE_INSTALL_PREFIX "/usr")，那么此時我們 install 的時候，CMake 以后面的 /usr 作為 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的值，這是因為 CMake 規定，有一個與 Cache 變量同名的 Normal 變量出現時，后面使用這個變量的值都是以 Normal 為准，如果沒有同名的 Normal 變量，CMake 才會自動使用 Cache 變量。
- 所有的 Cache 變量都會出現在 CMakeCache.txt 文件中。這個文件是我們鍵入
cmake .命令后自動出現的文件。打開這個文件發現，CMake 本身會有一些默認的全局 Cache 變量。例如：CMAKE_INSTALL_PREFIX、CMAKE_BUILD_TYPE、CMAKE_CXX_FLAGSS 等等。可以自行查看。當然，我們自己定義的 Cache 變量也會出現在這個文件中。Cache 變量定義格式為set(<variable> <value> CACHE STRING INTERNAL)。這里的STRING可以替換為BOOLFILEPATHPATH，但是要根據前面 value 類型來確定。參考。 - 修改 Cache 變量。可以通過
set(<variable> <value> CACHE INSTERNAL FORCE)，另一種方式是直接在終端中使用cmake -D var=value ..來設定默認存在的CMake Cache 變量。
下面通過一個例子來說明以上三點:
首先看一下目錄樹結構:
$ tree
.
├── CMakeLists.txt
└── src
└── CMakeLists.txt
1 directory, 2 files
根目錄 CMakeLists.txt 文件內容如下:
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(MY_GLOBAL_VAR "666" CACHE STRING INTERNAL )
message("第一次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}")
message("第一次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}")
add_subdirectory(src)
message("第二次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}")
message("第二次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}")
set(CMAKE_INSTALL_PREFIX "-->usr" )
message("第三次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}")
src/CMakeLists.txt 文件內容如下:
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("子目錄,CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}")
message("子目錄,MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}")
set(CMAKE_INSTALL_PREFIX "/usr" CACHE STRING INTERNAL FORCE)
set(MY_GLOBAL_VAR "777" CACHE STRING INTERNAL FORCE )
運行結果:
$ cmake .
第一次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
第一次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=666
子目錄,CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
子目錄,MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第二次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=777
第三次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=-->usr
程序說明：首先在根目錄中打印一下當前的 Cache 變量 CMAKE_INSTALL_PREFIX 值，主要看看默認值是什么，然后在子目錄 src/CMakeLists.txt 中再次打印和修改該 Cache 值，目的是熟悉修改全局 Cache 變量，當返回根目錄 CMakeLists.txt 文件中再次執行第二次打印該 Cache 值時，主要看一看在子目錄中修改后的效果。接着在根目錄中設定一個 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的 Normal 同名變量，此時第三次打印 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的值，此時是為了證明，當有與 Cache 同名的 Normal 變量出現時，CMake 會優先使用 Normal 屬性的值。通過設定 MY_GLOBAL_VAR 主要是為了說明可以自己設定全局 Cache 變量。最后的結果如上面顯示，當我們再次執行 cmake . 的時候，程序結果如下:
$ cmake .
第一次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第一次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=777
子目錄,CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
子目錄,MY_GLOBAL_VAR=777
第二次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第二次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=777
第三次在父目錄 CMAKE_INSTALL_PREFIX=-->usr
可以發現第一次在父目錄打印 CMAKE_INSTALL_PREFIX 和 MY_GOLBAL_VAR 時，他們的結果是上次cmake .后生成的值，存儲在 CMakeCache.txt 中，自己可以找到，解決方案就是可以把 CMakeCache.txt 文件刪除，然后在 cmake .我們以后在實際使用時要注意這個坑。對於修改 Cache 變量的另一種方式就是cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr。可以自己驗證。這里說一個重要的點，就是在終端中輸入的 cmake -D var=value . 如果 CMake 中默認有這個 var Cache 變量，那么此時就是賦值，沒有的話，CMake 就會默認創建了一個全局 Cache 變量然后賦值。(tips: $CACHE{VAR}表示獲取 CACHE 緩存變量的值)。例子如下:(目錄結構同上)
根目錄 CMakeLists.txt :
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(MY_GLOBAL_VAR "666")
message("第一次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=$CACHE{MY_GLOBAL_VAR}")
add_subdirectory(src)
message("第二次在父目錄局部 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}")
message("第二次在父目錄全局 MY_GLOBAL_VAR=$CACHE{MY_GLOBAL_VAR}")
src/CMakeLists.txt :
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
message("子目錄,MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}")
set(MY_GLOBAL_VAR "777" CACHE STRING INTERNAL FORCE )
運行結果：
第一次在父目錄 MY_GLOBAL_VAR=8
子目錄,MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目錄局部 MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目錄全局 MY_GLOBAL_VAR=777
有了上面的基礎，相信這個例子很快能看明白。
參考:
3、https://cmake.org/cmake/help/v3.11/command/set.html#set
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比如：
「反復研究好幾遍，我才發現關於 CMake 變量還可以這樣理解！」
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