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在做算法部署的过程中，我们一般都是用C++开发，主要原因是C++的高效性，而构建维护一个大型C++工程的过程中，如何管理不同子模块之间的依赖、外部依赖库、头文件和源文件如何隔离、编译的时候又该如何相互依赖这些问题，直接用Makefile实现是比较麻烦的。这个时候，CMake的优势就显现出来了，简洁的命令大大简化了项目构建过程，而且其跨平台特性也方便了不同部署平台间的迁移。这里我想把工作这一年来，在实践过程中学到的CMake用法做个总结。这里会参考一篇在知乎写的非常不错的文章，但这里我只记录我认为比较重要的部分，从来不会用到的功能不去深究，毕竟只是个工具，够用就行。

一、CMake构建编译原理概述

• 单个cpp文件可以通过gcc直接编译生成可执行文件，但当项目很大时，这种方式便不再适用，我们需要写Makefile或者CMake。
• CMake构建C++工程其实是充当一个生成Makefile的媒介，以往直接写Makefile也是可以的，但是当工程越来越复杂的时候，Makefile就不那么好写了，目前也不要求自己学会写Makefile了；
• cpp工程一般由头文件目录、源文件目录和第三方库目录三大块代码内容组成，CMake一般会在每个模块文件夹下都建立一个CMakelists.txt文件，而在最顶层的源文件目录下，会建立一个总的CMakelists.txt用于控制整个cmake流程，然后通过add_subdirectory()命令递归的访问每个模块目录执行cmake，最后在build目录下生成一个总的makefile用于编译源码。头文件目录存放最终SDK提供出去需要的头文件、以及一些需要源文件目录访问的接口类定义头文件，源文件下的代码存放实现类，大致如此。CMake中需要配置每个模块编译时头文件需要从哪里找、还有链接的时候库文件需要从哪里找。
• gcc编译生成的目标文件分为三类，可执行文件、动态库和静态库。其中可执行文件在链接过程中会链接一些系统c运行时库等，需保证可执行文件对应的源码中main函数是存在的，不然会链接失败。动态库和静态库可以朴素的理解为就是一系列的cpp文件打包而成的，cpp文件中会定义一些类和函数可供调用，此外还有一些全局变量。

二、CMake用法总结

2.1 使用与设置系统环境变量与系统信息

|  | $ENV{Name} # 使用环境变量 |
|  | set(ENV{Name} value) # 写入环境变量, 这里没有`$`符号 |
|  | ­UNIX # Linux平台下该值为 TRUE |
|  | ­WIN32 # Windows平台下该值为 TRUE |

2.2 CMake预定义变量

|  | PROJECT\_SOURCE\_DIR # 工程的根目录，即根CMakefiles.txt文件所在目录 |
|  | PROJECT\_BINARY\_DIR # 运行 cmake 命令的目录，通常是 ${PROJECT\_SOURCE\_DIR}/build  |
|  | CMAKE\_CURRENT\_SOURCE\_DIR # 当前处理的 CMakeLists.txt 所在的路径 |
|  | CMAKE\_CURRENT\_BINARY\_DIR # target（包括可执行文件与库文件） 编译目录 |
|  | CMAKE\_CURRENT\_LIST\_DIR # CMakeLists.txt 的完整路径 |
|  | CMAKE\_MODULE\_PATH # 自己的 cmake 模块所在的路径，SET(CMAKE\_MODULE\_PATH ${PROJECT\_SOURCE\_DIR}/cmake) |
|  | EXECUTABLE\_OUTPUT\_PATH # 目标二进制可执行文件的存放位置 |
|  | LIBRARY\_OUTPUT\_PATH # 目标链接库文件的存放位置 |
|  |  |
|  | CMAKE\_CXX\_FLAGS # 设置 C++ 编译选项，如优化等级、c++版本等 |

2.3 常用命令

• 基本命令

|  | cmake\_minimum\_required(VERSION3.20.1) #声明最低cmake版本要求，当执行cmake命令启动时检测到版本不符合要求时会提醒 |
|  | project(demo) #设置项目名称，在windows下camke会生成对应的VS sln文件  |
|  | option( "" [value]) #设置编译选项，用于控制选择编译方案 |
|  |  |
|  | add\_executable(demo demo.cpp) # 生成可执行文件 |
|  | add\_library(common SHARED util.cpp) # 生成动态库或共享库 |
|  | set\_property(TARGET common PROPERTY POSITION\_INDEPENDENT\_CODE ON) # 代表-fPIC，生成位置无关的动态库文件 |

• set——设置变量

|  | set(SRC\_LIST main.cpp) # 设置变量 |
|  | list(APPEND SRC\_LIST test.cpp) #追加文件到变量list |
|  | list(REMOVE\_ITEM SRC\_LIST main.cpp) #从变量列表中移除文件 |

• if——条件判断

|  | if (expression) # expression 不为空（0,N,NO,OFF,FALSE,NOTFOUND）时为真 |
|  |  |
|  | #数字比较： |
|  | if (variable LESS number) # LESS 小于 |
|  | if (string LESS number) |
|  | if (variable GREATER number) # GREATER 大于 |
|  | if (string GREATER number) |
|  | if (variable EQUAL number) # EQUAL 等于 |
|  | if (string EQUAL number) |
|  |  |
|  | #字母表顺序比较： |
|  | if (variable STRLESS string) |
|  | if (string STRLESS string) |
|  | if (variable STRGREATER string) |
|  | if (string STRGREATER string) |
|  | if (variable STREQUAL string) |
|  | if (string STREQUAL string) |

• 循环

|  | #while 循环 |
|  | while(condition) |
|  |  ... |
|  | endwhile() |
|  |  |
|  | # for循环 |
|  | # start 表示起始数，stop 表示终止数，step 表示步长 |
|  | foreach(loop\_var RANGE start stop [step]) |
|  |  ... |
|  | endforeach(loop\_var) |

• function——函数

|  | # 定义一个简单的打印函数 |
|  | function(\_foo) |
|  | foreach(arg IN LISTS ARGN) |
|  | message(STATUS "this in function is ${arg}") |
|  | endforeach() |
|  | endfunction() |
|  |  |
|  | \_foo(a b c) |
|  | # this in function is a |
|  | # this in function is b |
|  | # this in function is c |

• 指定当前编译需要包含的源文件

|  | aux\_source\_directory(dir VAR) 将目录下所有的源代码文件列表存储在一个变量中 |
|  | file(GLOB SRC\_LIST "*.cpp" "protocol/*.cpp") #按字符串匹配的文件设置变量 |
|  | file(GLOB\_RECURSE SRC\_LIST "*.cpp") # 递归搜索匹配 |
|  | add\_library(demo SHARED ${SRC\_LIST} ${SRC\_PROTOCOL\_LIST}) # 最后将所有源文件编译到一个动态库文件中，其中链接过程会对不同源文件中的定义式进行整合。 |

• 查找指定的库文件或package

|  | find\_library(VAR name path) #查找指定名称的库文件，并将路径存储到VAR中，其中path是库文件所在目录。 |
|  | find\_package(<Name>) # 通过寻找 Find<name>.cmake文件引入其他包，具体搜索路径依次为：1. ${CMAKE\_MODULE\_PATH}中的所有目录；2. 再查看CMake自己的模块目录 /share/cmake-x.y/Modules/，通过$CMAKE\_ROOT可查看；3. 在~/.cmake/packages/或/usr/local/share/中的各个包目录中查找<库名字的大写>Config.cmake 或者 <库名字的小写>-config.cmake。 |
|  | 找到上述.cmake文件后，就会定义下述几个变量： |
|  | <NAME>\_FOUND #判断查找是否成功 |
|  | <NAME>\_INCLUDE\_DIRS or <NAME>\_INCLUDES #package的头文件包含目录 |
|  | <NAME>\_LIBRARIES or <NAME>\_LIBRARIES or <NAME>\_LIBS # package的库目录 |
|  | 然后就可以使用该库了。 |

• 设置包含目录
  只有将包含目录设置了，在源文件中的include才能正确索引到头文件

|  | include\_directories(${CMAKE\_CURRENT\_SOURCE\_DIR}/include) |

• 添加子目录并用CMake构建子目录
  CMake一个很好的功能就是，可以在个子目录设置单独的CMakelists.txt，然后再上一层的Cmakelists.txt中添加该子目录即可，例如：

|  | # 其中若设置EXCLUDE\_FROM\_ALL参数，则默认不编译该目录；binary\_dir指定编译target输出目录 |
|  | add\_subdirectory(source\_dir [binary\_dir] [EXCLUDE\_FROM\_ALL])  |

• 设置链接库搜索目录

|  | link\_directories(${CMAKE\_CURRENT\_SOURCE\_DIR}/libs) |

• 设置target需要链接的库文件

|  | target\_link\_libraries(demo libface.a) |

• 打印log信息
  有些时候我们需要在终端打印某个变量以确定是否符合预期

|  | message(STATUS ${PROJECT\_SOURCE\_DIR}"this is warnning message") # 状态信息，显示变量 |
|  | message(WARNING "this is warnning message") # 警告信息 |
|  | message(FATAL\_ERROR"this is error message") # 错误信息，终止生成 |

• 文件操作

|  | #文件拷贝 |
|  | file({COPY | INSTALL} <file>... DESTINATION  [...]) |
|  | #文件夹创建 |
|  | file(MAKE\_DIRECTORY [...]) |

三、编译示例

假如有如下结构的示例工程：

|  | |-- build # 编译输出目录 |
|  | |-- cmake # 自定义命令目录 |
|  | | |-- utils\_function.cmake |
|  | | `-- utils\_macro.cmake |
|  | |-- CMakeLists.txt # root cmake脚本(1) |
|  | |-- include # 公共头文件目录 |
|  | | |-- config.h |
|  | | `-- public.h |
|  | |-- source # 源码目录 |
|  | | |-- CMakeLists.txt # cmake脚本(2) |
|  | | |-- mod\_1 |
|  | | | |-- CMakeLists.txt # cmake脚本 |
|  | | | |-- include |
|  | | | | `-- mod\_1.h |
|  | | | |-- src |
|  | | | | `-- mod\_1.cpp |
|  | | `-- mod\_2 |
|  | | | |-- CMakeLists.txt # cmake脚本（3） |
|  | | | |-- include |
|  | | | | `-- mod\_3.h |
|  | | | `-- src |
|  | | | `-- mod\_3.cpp |
|  | | |- test # 一般为单元测试代码 |
|  | | |-- CMakeLists.txt # 可执行文件cmake脚本 （4） |
|  | | `-- main\_total.cpp |
|  | | `-- test\_module1.cpp |
|  | |-- build.sh # 编译脚本 |
|  | |-- libs # 第三方依赖库 |

• 一般的CPP工程都按照上述结构组织，源码只存放在source和include文件夹中，其中include存放公共头文件，一般是一些需要提供出去的虚接口类；source下也会按照模块分别有每个模块的.h头文件和.cpp源文件，分别存放class声明和成员函数实现。此外还有单元测试代码，长期看单元测试是十分必要的。C++的STL我们可以直接使用，但第三方库需要引入才能使用，较小的库可以随工程放入单独的文件夹内，例如libs或者3rdparty文件夹下可以将opencv放进去，但像cuda这种很大的库，一般还是会从系统安装目录动态链接过来。
• 上述工程目录中的CMake脚本的工作逻辑是：先shell命令创建build目录，然后在cd到build目录后执行cmake ..，这样就搜索到了根目录下的Cmakelists.txt，然后按顺序执行其中的命令，这个cmake脚本中需要做的工作包括：①项目名称设定、option开关设定、CMAKE_CXX_FLAGS设定；②外部头文件包含目录设定；③第三方库文件引入（opencv和cuda）；④添加需要编译的子目录。然后递归执行子目录中的cmake流程。
• cmake过程中一般比较容易出现的问题是：库找不到。一般都是路径不对或者相关库未安装。
  make过程中一般出现的问题是：头文件找不到、重定义、链接失败等。这些问题也需要返回到cmake脚本中修复。

CMakelists.txt示例：
本来是要在windows的SWL上写一个demo的，手欠先升级到了SWL2，结果之前的子系统登不进去了，又得重新配置ubuntu编译环境。样例这块就先不实践了。后续写c++项目的时候，再对其中的CMake做一次解析。

四、小结

这次花了一天时间对cmake的相关内容回顾和总结了一下，但工具不用很快就忘记了，这类东西最好还是在工作实践过程主动去尝试去思考，平时一个工程如果架构构建完成后，cmakelist是很少去动的，所以从头写的机会比较少。那么就要在看到别人的cmakelists.txt的时候，多想想为什么他这样写，学习别人是如何写出简洁的cmakelists.txt文件的。cmake的思路其实和编译原理是相辅相成的，学会cmake对我们理解项目架构、解决库依赖问题很有帮助。

参考：

1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/470681241

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