Windows下的 C++ 编译工具（MinGW-w64 + CMake）

引言

假如想在 Windows 下进行 C++ 的开发，可以直接使用 Visual Studio 和相应的 C++ 插件来实现，但编译和构建过程是不可见的。为了更彻底地了解 C++ 工程的编译和构建，可以借助另外两个工具在 Windows 环境下实现。

 

MinGW

是 Windows 系统下的一个编译环境，包含了 C++ 代码编译所需的三方库、头文件等，用于完成 C++ 源码的编译和链接。

• 安装：

  在官网下载安装包：mingw-get-setup.exe ，双击开始安装，然后在 MinGW Installation Manager 中选择需要安装的工具库。Basic Setup 中的库都是比较常用的，例如编译代码使用的 g++ 工具，这些最好都选中并安装。

• 配置：

  将安装目录的 bin 目录配置到系统环境变量中的 Path 中，启动 cmd 命令行，输入一下指令验证上面选择的库是否安装成功，例如 g++ 库：

  E:\C++\projects>g++ --version
  g++ (MinGW.org GCC-6.3.0-1) 6.3.0
  Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.
  This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
  warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

  输出上述内容则表示库安装成功。

• 测试编译：

  随便编写一个 C++ 代码文件，然后使用 g++ 来编译生成可执行文件：

  #include 
  using namespace std;
  ​
  int main() 
  {
      cout << "Hello, World!";
      return 0;
  }

  先编译但不链接，然后链接生成可执行文件：

  $ g++ -c helloworld.cpp
  $ g++ helloworld.o -o helloworld.exe

  假如使用 -c 标识，则是编译但不链接，会生成对应的 .o 文件，不设置标识，则会直接生成最终的 .exe 可执行文件。

• 静态关联：

  上述编译生成的可执行文件，双击打开都会提示 "无法启动此程序，因为计算机中丢失 libgcc_s_dw2-1.dll。..." 这样的错误（假如是在命令行中执行文件则不会报错，但会命令行窗口会一闪而过，看不到输出的结果）。这是因为 gcc 编译器 编译时默认使用的不是静态关联的方式，运行时找不到对应的库导致报错。

  解决方案：可以直接将缺失的 dll 库手动复制到可执行文件目录下，当然这不是根治的方法，其实只要在链接时带上标识 -static-libgcc 来指定静态关联即可解决此问题：

  $ g++ helloworld.o -o helloworld.exe -static-libgcc

  后面使用 CMake 来构建的话，可以在 CMakeList.txt 配置编译参数。

 

MinGW-w64

上面安装的 MinGW 只能编译生成 32 位的可执行程序，而 MinGW-w64 可以编译生成 64 位或 32 位的可执行程序。安装步骤如下：

• 安装：

  可以从 mingw-w64 官网 下载最新的安装包，也可以直接从 SourceForge 中去下载 mingw-w64-install.exe

  下载完成后，直接双击安装包进行安装，除了修改一下安装目录，其余设置都是用默认设置接口。

  这里直接下载安装程序进行安装的话，在安装过程需需要去服务器下载资源，似乎速度很慢，所以最后我改成直接从 这里 下载离线的完整压缩包：

  • x86_64-win32-seh

  • x86_64-posix-seh

  根据自己的需求选择，此包为：64 位系统，且使用效率较好较新的 seh 异常处理模型（至于 win32 和 posix 的区别暂时还没搞懂）

• 配置：

  通上面的 MinGW 一样，只需将安装目录下的 bin 目录配置到系统 Path 中即可。查询配置结果：

  $ gcc --version
  gcc (x86_64-posix-seh-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0
  Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
  This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
  warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

在执行 gcc 命令时，加上 -m32 生成 32 位可执行程序，加上 -m64 生成 64 位可执行程序

 

CMake

一个跨平台的自动构建系统，使用一个 CMakeLists.txt 文件来描述构建过程（等同于 Linux 系统下编译构建 C/C++ 时使用的 Makefile 的作用），通常在编译一个多文件的工程时使用这样的工具。

• 安装：

  直接下载官方 cmake-3.13.0-rc3-win64-x64.zip 包，解压即可，无需安装。

• 配置：

  参考 MinGW 的配置方式，将解压后目录中的 bin 目录配置到系统 的 Path 参数中，通过命令行验证是否配置成功：

  E:\C++\projects>cmake --version
  cmake version 3.13.0-rc3
  ​
  CMake suite maintained and supported by Kitware (kitware.com/cmake).

  如上标识配置生效。

• 测试：

  在测试目录下创建一个 CMakeLists.txt 文件：

  cmake_minimum_required (VERSION 3.0)    # cmake 最低版本
  ​
  project (helloworld)    # 工程名称
  ​
  add_executable(helloworld helloworld.cpp)   # 源文件
  ​
  if(WIN32)   # 静态关联配置
      set(CMAKE_CXX_FLAGS "-static-libgcc")
  endif(WIN32)

  打开 cmake-gui.exe ，然后 source 目录选择工程目录，bin 目录可以随便自定义，然后点击 Configure 选择 MinGW Makefiles ，无报错的话，在命令行进入 bin 目录，输入 mingw32-make 编译工程：

  E:\C++\projects\helloworld\build>mingw32-make
  Scanning dependencies of target helloworld
  [ 50%] Building CXX object CMakeFiles/helloworld.dir/helloworld.cpp.obj
  [100%] Linking CXX executable helloworld.exe
  [100%] Built target helloworld

  成功编译出目标文件 helloworld.exe ，在命令行中执行如下：

  E:\C++\projects\helloworld\build>helloworld.exe
  Hello World!

• 命令行模式：

  上面我们使用借助 cmake-gui.exe 工具完成了工程的编译，而实际上也可以直接通过命令行来完成：

  $ mkdir build
  $ cd build
  $ cmake -G"Unix Makefiles" ../
  -- The C compiler identification is GNU 8.1.0
  -- The CXX compiler identification is GNU 8.1.0
  -- Check for working C compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-
  rt_v6-rev0/mingw64/bin/gcc.exe
  -- Check for working C compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-
  rt_v6-rev0/mingw64/bin/gcc.exe -- works
  -- Detecting C compiler ABI info
  -- Detecting C compiler ABI info - done
  -- Detecting C compile features
  -- Detecting C compile features - done
  -- Check for working CXX compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-se
  h-rt_v6-rev0/mingw64/bin/c++.exe
  -- Check for working CXX compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-se
  h-rt_v6-rev0/mingw64/bin/c++.exe -- works
  -- Detecting CXX compiler ABI info
  -- Detecting CXX compiler ABI info - done
  -- Detecting CXX compile features
  -- Detecting CXX compile features - done
  -- Configuring done
  -- Generating done
  -- Build files have been written to: E:/C++/projects/helloworld/build

  上面的步骤用于生成 makefile 文件，生成成功后，在执行 make 进行编译：

  $ make
  Scanning dependencies of target helloworld
  [ 50%] Building CXX object CMakeFiles/helloworld.dir/helloworld.cpp.obj
  [100%] Linking CXX executable helloworld.exe
  [100%] Built target helloworld

  然后在命令行中执行编译后的可执行文件：

  $ .\helloworld.exe
  Hello World!

 

CMakeLists.txt

关于 CMakeLists.txt 的语法还是需要再补充一下的，可以参考：cmake-tutorial

当然，在使用过程中会发现很多很微妙的地方，例如： link_directories 必须在 add_executable 之前使用，这样 target_link_libraries 才能从 link_directories 中指定的目录中去搜索库文件。

 

GCC 、Make 和 CMake

这里有必要梳理一下 gcc 、make 以及 cmake 的关系：

• gcc：

  即 GNU Compiler Collection（GNU 编译器套件），也可以理解为编译器，可用于编译很多种编程语言（如：C、C++、Objective-C、Java 等）；

• make ：

  可以看作一个智能的批处理工具，本身没有编译和链接功能，而是通过调用 makefile 文件中用户指定的命令来进行编译和链接的；

• cmake ：

  可以根据 CMakeLists.txt 文件，跨平台来生成对应平台的 makefile 文件。

综上所述：

• gcc 是用于编译和链接和工具，编译少量文件可以直接使用 gcc 命令完成，但当源文件很多，用 gcc 命令去逐个编译则是很混乱且工作量巨大。

• 因此，需要借助 make 来来管理整个编译过程，make 安装 makefile 中的命令进行编译和链接，而 makefile 命令中就包含了调用 gcc 去编译某个源文件的命令。

• 而当工程规模非常大时，且需要跨平台时，手写 makefile 也开始变得麻烦，这是可以借助 cmake 来生成 makefile 。

 

MinGW-w64 和 CMake 配置

MinGW-w64 就是 Windows 平台下集成了 gcc 和 make （gcc.exe 和 bin/mingw32-make.exe）的工具 ，上面我们已经分别配置好了 MinGW-w64 和 CMake ，为了更好地配合这两个工具来完成工程的编译，下面需要再完成一点点额外的配置：

打开 MinGW-w64 的 bin 目录，拷贝一份 mingw32-make.exe 改名为 make.exe ：

$ make --version
GNU Make 4.2.1
Built for x86_64-w64-mingw32
Copyright (C) 1988-2016 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later 
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

 

参考

• 在Windows下使用CMake+MinGW搭建C/C++编译环境

• MinGW生成C可执行文件，运行报dll丢失

• MinGW-w64安装教程——著名C/C++编译器GCC的Windows版本

• OpenCV使用CMake和MinGW-w64的编译安装