CMake编译工具与项目构建
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文章导读
本文从C/C++代码的编译过程入手,弄清楚Make与Makefile,CMake与CMakeLists的关系,最后从CMakeLists的语法规则入手给出示例带大家熟悉如何编写一份简单的编译脚本。
1.C/C++的编译过程
编译过程实际上就是将一种语言(通常为高级语言)翻译为成另一种语言(通常为低级语言)。C/C++程序编译的主要工作流程为:源代码 → 预处理器 → 编译器 → 汇编器 → 链接器 → 可执行程序
(1)预处理
C/C++中,在编译器对源程序进行编译之前,首先要对程序文本进行预处理。预处理器提供了一组预编译处理指令和预处理操作符,形式上以#开头,实际上并不属于C/C++中的语句,不能被编译程序翻译,需要在真正编译之前做一个预处理,最后输出一个“.i”文件。
(2)编译
编译就是把C/C++代码转换成汇编代码。编译程序需要通过词法分析和语法分析,在确认所有的指令都符合语法规则没有语法错误之后,把代码转换成汇编语言,生成汇编代码。
(3)汇编
汇编就是将上一步输出的汇编代码翻译成目标机器指令的过程,生成的目标文件中是与源程序等效的机器语言。
(4)链接
链接就是将汇编生成的目标文件、系统库的目标文件、库文件链接起来,生成可以在某一特定平台运行的可执行程序。
2.Make和Makefile是什么关系?
当源文件比较多时,一般不适合直接通过gcc来编译代码,这时就需要一个自动化的编译工具。
Make(GNU Make)是一个自动化软件,用于将源代码文件编译为可执行的二进制文件从而完成自动化编译。Make工具编译的时候需要Makefile文件提供编译规则,Makefile定义了一系列的编译规则,包括编译的先后顺序,哪些文件需要重新编译等操作。
利用Make工具可以自动完成编译工作,如果修改了某几个源文件,则只重新编译这几个源文件。如果某个头文件被修改了,则重新编译所有包含该头文件的源文件。利用这种自动编译极大地提高了开发效率,避免了不必要的重新编译。
3.CMake与CMakeLists又是什么?
CMake是更加抽象的跨平台的项目管理工具,它能够输出各种Makefile文件或工程文件。例如,在windows下它能生成visual studio的工程,在linux下它会生成Makefile文件。也就是说,cmake能够按照同一个抽象规则为各个编译器生成工程文件,从而忽略不同平台的差异,抽象成为一个一致的环境。
而CMake命令的执行所按照的规则也就是由CMakeLists.txt文件编写的。
对于一个庞大的工程,编写Makefile相当复杂,有了CMake工具之后就可以读入所有源文件,自动生成Makefile。那么使用CMake编写一个跨平台工程的基本流程如下:
编写源文件
编写CMakeLists.txt
由CMake根据CMakeLists.txt生成Makefile
由Make根据Makefile,调用gcc生成可执行文件
4.如何编写CMakeLists
CMakeLists.txt的编写主要包含以下步骤:
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.0):用于指定cmake所需最低版本;
project(Project) :用于指定项目名称;
include_directories() :用于包含头文件目录;
aux_source_directory(src dir_srcs):用于包含源文件目录;
set(TEST_MATH) :用于设置环境变量,编译用到的源文件全部都要放到这里;
add_executable(${PROJECT_NAME} ${TEST_MATH}):用于添加要编译的可执行文件;
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} m):用于添加可执行文件所需要的库;
CMake语法中预设了一些常用变量:
CMAKE_MAJOR_VERSION:cmake 主版本号;
CMAKE_MINOR_VERSION:cmake 次版本号;
CMAKE_C_FLAGS:设置 C 编译选项;
CMAKE_CXX_FLAGS:设置 C++ 编译选项;
PROJECT_SOURCE_DIR:工程的根目录;
PROJECT_BINARY_DIR:运行 cmake 命令的目录;
CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR:当前CMakeLists.txt 所在路径;
CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR:目标文件编译目录;
EXECUTABLE_OUTPUT_PATH:重新定义目标二进制可执行文件的存放位置
LIBRARY_OUTPUT_PATH:重新定义目标链接库文件的存放位置
示例代码如下(cmake语法大小写不敏感)
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.12)
option(ARM "Activate the ARM cross-compile" OFF)
if(ARM)message(STATUS "ARM Cross-Compile")set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)set(CMAKE_C_COMPILER /usr/local/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-gcc)set(CMAKE_CXX_COMPILER /usr/local/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-g++)set(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")
else()message(STATUS "Default Compile")
endif()
project("Demo")
上述代码中通过cmake_minimum_required指定cmake的最小版本,if-else语句进行条件判断,因为cmake可以跨平台编译,上述通过宏的方式选择arm下的交叉编译器或者win下的默认编译器。
project()在上面提到是指定当前项目的名称。而message()类似于printf用于答应信息。set()用于显示的定义变量,比如定义CMAKE_C_COMPILER变量保存arm平台C编译器的路径,定义CMAKE_BUILD_TYPE变量指定编译的是Release版本程序。
add_compile_options(-D_DEBUG)
add_compile_options(-D_INTERNALDEBUG)
add_compile_options(-std=c++11)
add_compile_options(-O0)
add_compile_options(-g)
add_compile_options(-Wall)
add_compile_options主要用来设置编译选项,比如例子代码中-std=c++11指定编译c++代码时加上c++11支持选项;-g允许发出gcc能提供的所有有用的警告到生成的二进制文件中;-O0是调节编译优化程度,调到最高需要设置 -O3 ,最低的是 -O0 即不做优化;
# Find requirements
find_package(PCL REQUIRED)
if(NOT PCL_FOUND)message("Not found PCL")
endif()
include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})
add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})
当在工程中使用第三方库时,需要知道在哪里找头文件;在哪里找库文件;链接库的名称是什么等信息。使用find_package()命令会在模块路径中寻找Find.cmake,其中记录了库的相关信息。如实例代码中,当找到第三方库的配置路径后,就可以通过include_directories包含其头文件;通过link_directories链接其库文件;add_definitions的作用是控制库的源代码开关,保证在更改第三方库代码时,不对其源码进行破坏,并可以添加自己的功能。
file(GLOB_RECURSE SRC_LIST ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/modules/src/*.cpp
)aux_source_directory(${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/modules/common SRC_COMMON_LIST
)add_library(perception STATIC ${SRC_LIST}${SRC_COMMON_LIST}
)
file()通过自定义搜索规则将文件中的内容存储到变量中,其中参数GLOB 会产生一个由所有匹配globbing表达式的文件组成的列表将其保存到变量SRC_LIST。或者使用参数GLOB_RECURSE遍历匹配目录的所有文件以及子目录下面的文件将其保存到变量SRC_LIST。
aux_source_directory()的作用与file()类似,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。如上述代码将common路径下的文件保存到变量SRC_COMMON_LIST中。
add_library用于将变量中保存的源文件打成库的形式,可以通过参数选择静态库或动态库。如:
add_library(perception STATIC ${SRC_LIST})
add_library(perception SHARED ${SRC_LIST})
link_directories(${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/modules/lib/
)add_executable(main ${SRC_FILES})target_link_libraries(main libdetect.alibsegment.alibtracker.a
)
最后就是生成可执行文件并链接库文件的环节,add_executable使用指定的源文件来生成目标可执行文件。
目标可执行文件分为三类:
普通可执行目标文件
导入可执行目标文件
别名可执行目标文件
其中link_libraries和target_link_libraries这两个命令长得挺相似,功能却不同:
link_libraries是指定要链接的库文件路径。自己生成的库文件可以用该指令指定目录的路径以便工程能够找到。
target_link_libraries是将目标文件与库文件进行链接,可以指定动态库/静态库,如果只提供库名称,系统会根据链接库目录搜索xxx.so 或者 xxx.a 文件;或者指定给出全路径。
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