在 linux 下使用 CMake 構建應用程序

CMake 簡介

CMake 是一個跨平台的自動化建構系統,它使用一個名為 CMakeLists.txt 的文件來描述構建過程,可以產生標准的構建文件,如 Unix 的 Makefile 或Windows Visual C++ 的 projects/workspaces 。文件 CMakeLists.txt 需要手工編寫,也可以通過編寫腳本進行半自動的生成。CMake 提供了比 autoconfig 更簡潔的語法。在 linux 平台下使用 CMake 生成 Makefile 並編譯的流程如下:

1. 編寫 CmakeLists.txt。
2. 執行命令“cmake PATH”或者“ccmake PATH”生成 Makefile ( PATH 是 CMakeLists.txt 所在的目錄 )。
3. 使用 make 命令進行編譯。

第一個工程

現假設我們的項目中只有一個源文件 main.cpp

清單 1 源文件 main.cpp

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1 #include< iostream > 2 3 int main() 4 { 5     std::cout<<"Hello word!"<<std::endl; 6     return 0; 7 }

為了構建該項目,我們需要編寫文件 CMakeLists.txt 並將其與 main.cpp 放在 同一個目錄下:

清單 2 CMakeLists.txt

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1 PROJECT(main) 2 CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6) 3 AUX_SOURCE_DIRECTORY(. DIR_SRCS) 4 ADD_EXECUTABLE(main ${DIR_SRCS})

CMakeLists.txt 的語法比較簡單,由命令、注釋和空格組成,其中命令是不區分大小寫的,符號"#"后面的內容被認為是注釋。命令由命令名稱、小括號和參數組成,參數之間使用空格進行間隔。例如對於清單2的 CMakeLists.txt 文件:第一行是一條命令,名稱是 PROJECT ,參數是 main ,該命令表示項目的名稱是 main 。第二行的命令限定了 CMake 的版本。第三行使用命令 AUX_SOURCE_DIRECTORY 將當前目錄中的源文件名稱賦值給變量 DIR_SRCS 。 CMake 手冊中對命令 AUX_SOURCE_DIRECTORY 的描述如下:

1	aux_source_directory(< dir > < variable >)

該命令會把參數 <dir> 中所有的源文件名稱賦值給參數 <variable> 。 第四行使用命令 ADD_EXECUTABLE 指示變量 DIR_SRCS 中的源文件需要編譯 成一個名稱為 main 的可執行文件。

完成了文件 CMakeLists.txt 的編寫后需要使用 cmake 或 ccmake 命令生成Makefile 。 ccmake 與命令 cmake 的不同之處在於 ccmake 提供了一個圖形化的操作界面。cmake 命令的執行方式如下:

1	cmake [options] < path-to-source >

這里我們進入了 main.cpp 所在的目錄后執行 “cmake .” 后就可以得到 Makefile 並使用 make 進行編譯,如下圖所示。

圖 1. camke 的運行結果

處理多源文件目錄的方法

CMake 處理源代碼分布在不同目錄中的情況也十分簡單。現假設我們的源代碼分布情況如下:

圖 2. 源代碼分布情況

其中 src 目錄下的文件要編譯成一個鏈接庫。

第一步，項目主目錄中的 CMakeLists.txt

在目錄 step2 中創建文件 CMakeLists.txt 。文件內容如下:

清單 3 目錄 step2 中的 CMakeLists.txt

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1 PROJECT(main) 2 CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6) 3 ADD_SUBDIRECTORY( src ) 4 AUX_SOURCE_DIRECTORY(. DIR_SRCS) 5 ADD_EXECUTABLE(main ${DIR_SRCS}  ) 6 TARGET_LINK_LIBRARIES( main Test )

相對於清單 2，該文件添加了下面的內容: 第三行，使用命令 ADD_SUBDIRECTORY 指明本項目包含一個子目錄 src 。第六行，使用命令 TARGET_LINK_LIBRARIES 指明可執行文件 main 需要連接一個名為Test的鏈接庫 。

第二步，子目錄中的 CmakeLists.txt

在子目錄 src 中創建 CmakeLists.txt。文件內容如下:

清單 4. 目錄 src 中的 CmakeLists.txt

1 2	1 AUX_SOURCE_DIRECTORY(. DIR_TEST1_SRCS) 2 ADD_LIBRARY ( Test ${DIR_TEST1_SRCS})

在該文件中使用命令 ADD_LIBRARY 將 src 目錄中的源文件編譯為共享庫。

第三步，執行 cmake

至此我們完成了項目中所有 CMakeLists.txt 文件的編寫,進入目錄 step2 中依次執行命令 “cmake .” 和 “make” 得到結果如下:

圖3. 處理多源文件目錄時 cmake 的執行結果

在執行 cmake 的過程中,首先解析目錄 step2 中的 CMakeLists.txt ,當程序執行命令 ADD_SUBDIRECTORY( src ) 時進入目錄 src 對其中的 CMakeLists.txt 進行解析。

在工程中查找並使用其他程序庫的方法

在開發軟件的時候我們會用到一些函數庫,這些函數庫在不同的系統中安裝的位置可能不同,編譯的時候需要首先找到這些軟件包的頭文件以及鏈接庫所在的目錄以便生成編譯選項。例如一個需要使用博克利數據庫項目,需要頭文件db_cxx.h 和鏈接庫 libdb_cxx.so ,現在該項目中有一個源代碼文件 main.cpp ，放在項目的根目錄中。

第一步，程序庫說明文件

在項目的根目錄中創建目錄 cmake/modules/ ，在 cmake/modules/ 下創建文件 Findlibdb_cxx.cmake ，內容如下：

清單 5. 文件 Findlibdb_cxx.cmake

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01 MESSAGE(STATUS "Using bundled Findlibdb.cmake...") 0203 FIND_PATH( 04   LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR 05   db_cxx.h 06   /usr/include/ 07   /usr/local/include/ 08   ) 09 10 FIND_LIBRARY( 11   LIBDB_CXX_LIBRARIES NAMES  db_cxx 12   PATHS /usr/lib/ /usr/local/lib/ 13   )

文件 Findlibdb_cxx.cmake 的命名要符合規范: FindlibNAME.cmake ,其中NAME 是函數庫的名稱。Findlibdb_cxx.cmake 的語法與 CMakeLists.txt 相同。這里使用了三個命令： MESSAGE ， FIND_PATH 和 FIND_LIBRARY 。

• 命令 MESSAGE 會將參數的內容輸出到終端。
• 命令 FIND_PATH 指明頭文件查找的路徑，原型如下：
find_path(<VAR> name1 [path1 path2 ...]) 該命令在參數 path* 指示的目錄中查找文件 name1 並將查找到的路徑保存在變量 VAR 中。清單5第3－8行的意思是在 /usr/include/ 和 /usr/local/include/ 中查找文件db_cxx.h ,並將db_cxx.h 所在的路徑保存在 LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR中。

• 命令 FIND_LIBRARY 同 FIND_PATH 類似,用於查找鏈接庫並將結果保存在變量中。清單5第10－13行的意思是在目錄 /usr/lib/ 和 /usr/local/lib/ 中尋找名稱為 db_cxx 的鏈接庫,並將結果保存在 LIBDB_CXX_LIBRARIES。

第二步, 項目的根目錄中的 CmakeList.txt

在項目的根目錄中創建 CmakeList.txt ：

清單 6. 可以查找鏈接庫的 CMakeList.txt

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01 PROJECT(main) 02 CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6) 03 SET(CMAKE_SOURCE_DIR .) 04 SET(CMAKE_MODULE_PATH ${CMAKE_ROOT}/Modules ${CMAKE_SOURCE_DIR}/cmake/modules) 05 AUX_SOURCE_DIRECTORY(. DIR_SRCS) 06 ADD_EXECUTABLE(main ${DIR_SRCS}) 0708 FIND_PACKAGE( libdb_cxx REQUIRED) 09 MARK_AS_ADVANCED( 10 LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR 11 LIBDB_CXX_LIBRARIES 12 ) 13 IF (LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR AND LIBDB_CXX_LIBRARIES) 14 MESSAGE(STATUS "Found libdb libraries") 15    INCLUDE_DIRECTORIES(${LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR}) 16     MESSAGE( ${LIBDB_CXX_LIBRARIES} ) 17     TARGET_LINK_LIBRARIES(main ${LIBDB_CXX_LIBRARIES}18 ) 19 ENDIF (LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR AND LIBDB_CXX_LIBRARIES)

在該文件中第4行表示到目錄 ./cmake/modules 中查找 Findlibdb_cxx.cmake ,8-19 行表示查找鏈接庫和頭文件的過程。第8行使用命令 FIND_PACKAGE 進行查找,這條命令執行后 CMake 會到變量 CMAKE_MODULE_PATH 指示的目錄中查找文件 Findlibdb_cxx.cmake 並執行。第13-19行是條件判斷語句,表示如果 LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR 和 LIBDB_CXX_LIBRARIES 都已經被賦值,則設置編譯時到 LIBDB_CXX_INCLUDE_DIR 尋找頭文件並且設置可執行文件 main 需要與鏈接庫 LIBDB_CXX_LIBRARIES 進行連接。

第三步，執行 cmake

完成 Findlibdb_cxx.cmake 和 CMakeList.txt 的編寫后在項目的根目錄依次執行 “cmake . ” 和 “make ” 可以進行編譯,結果如下圖所示：

圖 4. 使用其他程序庫時 cmake 的執行結果

使用 cmake 生成 debug 版和 release 版的程序

在 Visual Studio 中我們可以生成 debug 版和 release 版的程序,使用 CMake 我們也可以達到上述效果。debug 版的項目生成的可執行文件需要有調試信息並且不需要進行優化,而 release 版的不需要調試信息但需要優化。這些特性在 gcc/g++ 中是通過編譯時的參數來決定的,如果將優化程度調到最高需要設置參數-O3,最低是 -O0 即不做優化;添加調試信息的參數是 -g -ggdb ,如果不添加這個參數,調試信息就不會被包含在生成的二進制文件中。

CMake 中有一個變量 CMAKE_BUILD_TYPE ,可以的取值是 Debug Release RelWithDebInfo 和 MinSizeRel。當這個變量值為 Debug 的時候,CMake 會使用變量 CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG 和 CMAKE_C_FLAGS_DEBUG 中的字符串作為編譯選項生成 Makefile ,當這個變量值為 Release 的時候,工程會使用變量 CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE 和 CMAKE_C_FLAGS_RELEASE 選項生成 Makefile。

現假設項目中只有一個文件 main.cpp ,下面是一個可以選擇生成 debug 版和 release 版的程序的 CMakeList.txt ：

清單 7

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1 PROJECT(main) 2 CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6) 3 SET(CMAKE_SOURCE_DIR .) 45 SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb") 6 SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall") 78 AUX_SOURCE_DIRECTORY(. DIR_SRCS) 9 ADD_EXECUTABLE(main ${DIR_SRCS})

第 5 和 6 行設置了兩個變量 CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG 和 CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE, 這兩個變量是分別用於 debug 和 release 的編譯選項。 編輯 CMakeList.txt 后需要執行 ccmake 命令生成 Makefile 。在進入項目的根目錄,輸入 "ccmake ." 進入一個圖形化界面,如下圖所示：

圖 5. ccmake 的界面

按照界面中的提示進行操作,按 "c" 進行 configure ,這時界面中顯示出了配置變量 CMAKE_BUILD_TYPE 的條目。如下圖所示：

圖 6. 執行了 configure 以后 ccmake 的界面

下面我們首先生成 Debug 版的 Makefile ：將變量 CMAKE_BUILD_TYPE 設置為 Debug ,按 "c" 進行 configure ，按 "g" 生成 Makefile 並退出。這時執行命令 find * | xargs grep "O0" 后結果如下:

清單 8 find * | xargs grep "O0"的執行結果

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CMakeFiles/main.dir/flags.make:CXX_FLAGS = -O0 -Wall -g -ggdb CMakeFiles/main.dir/link.txt:/usr/bin/c++ -O0 -Wall -g -ggdb CMakeFiles/main.dir/main.cpp.o -o main -rdynamic CMakeLists.txt:SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb")

這個結果說明生成的 Makefile 中使用了變量 CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG 作為編譯時的參數。

下面我們將生成 Release 版的 Makefile ：再次執行命令 "ccmake ." 將變量CMAKE_BUILD_TYPE 設置為 Release ,生成 Makefile 並退出。執行命令 find * | xargs grep "O0" 后結果如下：

清單 9 find * | xargs grep "O0"的執行結果

1	CMakeLists.txt:SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb")

而執行命令 find * | xargs grep "O3" 后結果如下:

清單 10. find * | xargs grep "O3"的執行結果

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CMakeCache.txt:CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE:STRING=-O3 -DNDEBUG CMakeCache.txt:CMAKE_C_FLAGS_RELEASE:STRING=-O3 -DNDEBUG CMakeFiles/main.dir/flags.make:CXX_FLAGS = -O3 -Wall CMakeFiles/main.dir/link.txt:/usr/bin/c++ -O3 -Wall CMakeFiles/main.dir/main.cpp.o -o main -rdynamic CMakeLists.txt:SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall")

這兩個結果說明生成的 Makefile 中使用了變量 CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE 作為編譯時的參數