转载自:https://blog.gmem.cc/cmake-study-note
这个周末希望能把他看掉。
基础知识
CMake简介
CMake是一个开源的可扩展工具,用于独立于编译器的管理构建过程。CMake必须和本地构建系统联合使用,在每个源码目录中,需要编写CMakeLists.txt文件,以声明如何生成标准的构建文件(例如GNU Make的Makefiles,或者MSVS的解决方案)。
CMake支持所有平台的内部构建(in-source build)和外部构建(out-of-source build)。内部构建的源码目录和二进制目录为同一目录,即CMake会改变源码目录的内容。通过外部构建,可以针对单个源码树进行多重构建(Multiple builds )。
CMake会生成一个方便用户编辑的缓存文件,当其运行时,会定位头文件、库、可执行文件,这些信息被收集到缓存文件中。用户可以在生成本地构建文件之前编辑它。
CMake命令行支持自动或者交互式的运行。CMake还提供了一个基于QT的GUI,其名称为cmake-gui。注意此GUI同样依赖于环境变量的正确设置。
基本语法
CMakeLists.txt包含一系列的命令,每个命令都是 COMMAND (args…) 的形式,多个参数使用空白符分隔。CMake提供了很多预定义命令,你可以方便的扩展自己的命令。
CMake支持简单的变量,它们或者是字符串,或者是字符串的列表。引用一个变量的语法是 ${VAR_NAME} 。
如果向一个命令传递列表变量,效果等同于向它逐个传递列表成员:
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set(V 1 2 3) # V的值是1 2 3 command(${V}) # 等价于command(1 2 3) |
要把一个列表变量作为整体传递,只需要加上双引号即可:
1 |
command("${V}") # 等价于command("1 2 3") |
CMake可以直接访问环境变量和Windows注册表,前者使用语法 $ENV{VAR} ,后者使用语法[HKEY_CURRENT_USER\\SOFTWARE\\path;key] 。示例:
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# 读取环境变量 message(STATUS "LD_LIBRARY_PATH=$ENV{LD_LIBRARY_PATH}" ) # 设置环境变量 set(ENV{PATH} "/home/alex/scripts") |
CMake的优势
在开发跨平台软件时,CMake具有以下额外优势:
安装CMake
Shell
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# Ubuntu sudo apt-get install cmake # Redhat yum install cmake # Mac OS X with Macports sudo port install cmake # Window https://cmake.org/files/v3.5/cmake-3.5.2-win32-x86.zip |
HelloWorld
C++源码:
C++
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#include
using namespace std;
int main() { return 0; } |
要通过CMake编译上述文件,需要在同一目录下放置CMakeLists.txt文件:
CMakeLists.txt
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# 需要最小的CMake版本 cmake_minimum_required(VERSION 3.3) # 工程的名称,会作为MSVS的Workspace的名字 project(intellij_taste)
# 全局变量:CMAKE_SOURCE_DIR CMake的起始目录,即源码的根目录 # 全局变量:PROJECT_NAME 工程的名称 # 全局变量:PROJECT_SOURCE_DIR 工程的源码根目录的完整路径
# 全局变量:构建输出目录。默认的,对于内部构建,此变量的值等于CMAKE_SOURCE_DIR;否则等于构建树的根目录 set(CMAKE_BINARY_DIR ${CMAKE_SOURCE_DIR}/bin) # ${}语法用于引用变量 # 全局变量:可执行文件的输出路径 set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${CMAKE_BINARY_DIR}) # 全局变量:库文件的输出路径 set(LIBRARY_OUTPUT_PATH ${CMAKE_BINARY_DIR}) # 设置头文件位置 include_directories("${PROJECT_SOURCE_DIR}") # 设置C++标志位 set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11") # 设置源文件集合 set(SOURCE_FILES main.cpp) # 添加需要构建的可执行文件,第二个以及后续参数是用于构建此文件的源码文件 add_executable(intellij_taste ${SOURCE_FILES}) |
在上述目录中执行下面两条命令,即可执行构建:
Shell
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# 创建一个build子目录作为构建树 mkdir build && cd build && cmake .. && cd ..
# 在build/bin子目录中生成可执行文件: # cmake --build cmake --build build -- -j3 # --表示把其余选项传递给底层构建工具
# 注意,亦可使用底层构建系统,例如make命令或者MSVC的IDE cd build make -j3 |
核心理念
CMake包含一系列重要的概念抽象,包括目标(Targets)、生成器(Generators)、命令(Commands)等,这些命令均被实现为C++类。理解这些概念后才能编写高效的CMakeLists文件。
下面列出这些概念之间的基本关系:
CMake的执行开始时,会创建一个cmake对象并把命令行参数传递给它。cmake对象管理整体的配置过程,持有构建过程的全局信息(例如缓存值)。cmake会依据用户的选择来创建合适的全局生成器(VS、Makefiles等等),并把构建过程的控制权转交给全局生成器(调用configure和generate方法)。
全局生成器负责管理配置信息,并生成所有Makefiles/工程文件。一般情况下全局生成器把具体工作委托给本地生成器执行,全局生成器为每个目录创建一个本地生成器。全局/本地生成器的分工取决于实现,例如:
每个本地生成器包含一个cmMakefile对象,其中存放CMakeList.txt的解析结果。
CMake的每一个命令也被实现为C++类,该类主要包括两个成员:
成员 | 说明 |
InitialPass() | 接受当前目录的cmMakefile对象、命令参数作为入参。命令的执行结果存放在cmMakefile对象中 |
LastPass() | 在整个CMake工程所有命令的InitialPass()都执行后再执行。大部分命令不实现此方法 |
下图显示cmake、生成器、cmMakefile、命令等类型的关系:
目标
cmMakefile对象中存放的最重要的对象是目标(Targets),目标代表可执行文件、库、实用工具等。每个add_library 、 add_executable 、 add_custom_target 命令都会创建一个目标。
库目标
下面的语句创建一个库目标:
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# 创建一个静态库,包含两个源文件 add_library(foo STATIC foo1.c foo2.c) |
上述命令声明的foo可以作为库名称在工程的任何地方使用。CMake知道如何将此名称转换为库文件。命令的(可选的)第二个参数声明库的类型,有效值包括:
库类型 | 说明 |
STATIC | 目标必须构建为静态库 |
SHARED | 目标必须构建为共享库 |
MODULE | 目标必须构建为支持在运行时动态加载到可执行文件中的模块 对于除了Mac OS X之外的系统,此取值等价于SHARED |
如果不声明库类型,则CMake依据变量 BUILD_SHARED_LIBS 判断应该构建为共享库还是静态库,如果此变量不设置,构建为静态库。
可执行目标
与库目标类似,可执行目标也可以指定特定的选项,例如WIN32会导致操作系统调用WinMain而不是main函数。
读写目标属性
使用 set_target_properties 或者 get_target_properties 命令,或者更通用的 set_property 、get_property 命令,可以读写目标的属性,示例:
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# 修改目录使用的头文件目录,注意,全局的include_directories会此目标忽略 set_property (TARGET jsonrpc PROPERTY INCLUDE_DIRECTORIES ${JSONCPP_INCLUDE_DIRS} ${Boost_INCLUDE_DIRS} ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR} ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/jsonrpc )
# 同时设置多个属性 set_target_properties(jsonrpc PROPERTIES VERSION ${PROJECT_VERSION} SOVERSION ${PROJECT_VERSION_MAJOR}) |
常用目标属性如下表:
属性 | 说明 |
LINK_FLAGS | 指定链接标记 |
COMPILE_FLAGS | 指定编译标记 |
INCLUDE_DIRECTORIES | 指定目标需要引用的头文件目录 |
PUBLIC_HEADER | 共享的库目标提供的公共头文件 |
VERSION SOVERSION |
对于共享库来说,VERSION、SOVERSION允许让你分别设置构建版本、API版本。通常SOVERSION更加稳定不变 如果设置了NO_SONAME属性,则SOVERSION属性被自动忽略 |
OUTPUT_NAME | 目标输出文件名称 |
全部目标属性请参考官网。
链接到库
使用 target_link_libraries 命令,可以指定目标需要链接的库的列表。列表的元素可以是库、库的全路径、通过add_library命令添加的库名称。
对于声明的每个库,CMake会跟踪其依赖的所有其它库,这种依赖关系需要用上述命令来设置:
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add_library(foo foo.cpp) #foo库依赖于bar库 target_link_libraries(foo bar)
add_executable(foobar foobar.cpp) #foobar显式依赖foo,隐式依赖bar,后两者都会被链接到foobar中 target_link_libraries(foobar foo) |
源文件
和Target类似,源文件也被建模为C++类,也支持读写属性(通过set_source_files_properties、get_source_files_properties或更加一般的命令)。最常用属性包括:
属性 | 说明 |
COMPILE_FLAGS | 针对特定源文件的编译器标记,可以包含-D、-I之类的标记 |
GENERATED | 指示此文件是否在构建过程中生成,这种文件在CMake首次运行时不存在,因而计算依赖关系时要特殊考虑 |
OBJECT_DEPENDS | 添加此源文件额外依赖的其它文件。CMake会自动分析C、C++的源文件依赖,因而此选项很少使用 |
WRAP_EXCLUDE | CMake不直接使用该属性。但是某些命令和扩展读取该属性,判断何时/如何把C++类包装到其它语言,例如Python |
目录、生成器、测试、属性
其它偶尔可能用到的CMake类型包括Directory、Generator、Test、Property等。Directory、Generator、Test的实例同样(与目录、源文件类似)关联属性。
属性是一种键值存储,它关联到一个对象。读写属性最一般的方法是上面提到的get/set_property命令。所有可用的属性可以通过 cmake -help-property-list 得到。
目录的属性包括:
属性 | 说明 |
ADDITIONAL_MAKE_CLEAN_FILES | 指定一系列需要在make clean时清除掉的文件的列表 默认的CMake会清除所有生成的文件 |
EXCLUDE_FROM_ALL | 指示此目录和子目录中所有的目标,是否应当从默认构建中排除 子目录的IDE工程文件/Makefile将从顶级IDE工程文件/Makefile中排除 |
LISTFILE_STACK | 最要在调试CMake脚本时用到,列出当前正在被处理的文件的列表 |
目录和生成器对象会在CMake处理你的源码树时自动创建。
变量和缓存条目(Cache Entries)
变量
CMakeLists中的变量和普通编程语言中的变量很类似,变量的值要么是单个值,要么是列表。CMake自动定义一系列重要的变量。
要引用变量,必须使用 ${VARNAME} 语法,要设置变量的值,需要使用set命令。
CMake中变量的作用域和普通编程语言略有不同,当你设置一个变量后,变量对当前CMakeLists文件、当前函数、以及子目录的CMakeLists、任何通过 INCLUDE 包含进来的文件、任何调用的宏或函数可见。
当处理一个子目录、调用一个函数时,CMake创建一个新的作用域,其复制当前作用域全部变量,在子作用域中对变量的修改不会对父作用域产生影响。要修改父作用域中的变量,可以在set时指定特殊选项:
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set (name Alex PARENT_SCOPE) |
变量的值可以是一个列表,这样的变量可以被展开为多个值:
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set(fruit apple peach strawberry ) foreach(f ${fruit}) message("Do you want ${f}") endforeach() |
常用变量如下表:
变量 | 说明 |
CMAKE_C_FLAGS | C编译标记,示例: set(CMAKE_C_FLAGS "-std=c11 -pthread") |
CMAKE_CXX_FLAGS | C++编译标记 |
CMAKE_C_FLAGS_DEBUG | 用于Debug配置的C编译标记,示例: set(CMAKE_C_FLAGS_DEBUG "-g -O0") |
CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG | 用于Debug配置的C++编译标记 |
CMAKE_C_FLAGS_RELEASE | 用于Release配置的C编译标记 |
CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE | 用于Release配置的C++编译标记 |
缓存条目
有些时候你可能期望用户通过CMake的UI输入一些变量的值, 这时变量必须作为缓存条目。当CMake运行时,它会向二进制目录输出缓存文件(Cache file),缓存文件中的变量值通过CMake的UI展示给用户。
使用这种缓存的目的之一是,存储用户的选项,避免重新运行CMake时,反复要求用户输入相同的信息。
option 命令可以创建一个Boolean变量(ON/OFF)并将其存储在缓存中:
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option(USE_PNG "Do you want to use the png library?") |
用户可以通过UI设置USE_PNG的值,并且在未来这一值会保存在缓存中。使用CLion作为IDE时,可以在CMake窗口中点击Cache选项卡,查看或者编辑缓存条目:
除了 option 命令之外, find_file 也可以用来创建缓存条目。为 set 命令指定特殊参数,亦可创建缓存条目:
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# CACHE选项表示此变量作为缓存条目 # ON为默认值 # BOOL为变量类型,支持BOOL、PATH、FILEPATH、STRING set(USE_PNG ON CACHE BOOL "Do you want to use the png library?") |
缓存条目的另外一个目的是, 存储那些难以确定的关键变量,这些变量可能对用户不可见。通常这些变量是系统相关的,例如 CMAKE_WORDS_BIGENDIAN 。这类值可能需要CMake编译并运行一个程序来确定,一旦确定,即缓存。
位于缓存中的变量具有一个属性指示它是否为“进阶的”(advanced),默认的CMake GUI隐藏进阶条目。要标记一个缓存条目为进阶的,可以:
1 |
mark_as_advanced(VAR_NAME) |
某些情况下,你可能需要限制缓存条目的值范围在一个有限的集合中,这是可以设置条目的 STRINGS 属性,提供值列表。在GUI中,这种条目的字段会展示为下拉列表:
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# 设置名为CRYPT_BACKEND的缓存条目的值为Open SSL set(CRYPT_BACKEND "Open SSL" CACHE STRING) # 设置上述缓存条目的取值范围 set_property(CACHE CRYPT_BACKEND PROPERTY STRINGS "Open SSL" "LibDES") |
即使变量存在于缓存,你仍然可以在CMakeLists中覆盖它(改变作用域中此变量的值)。只需要不带CACHE选项调用set命令,即可覆盖缓存中同名变量的值。
另一方面,一旦变量值已经缓存,你一般无法在CMakeLists中改变缓存的值(与上述覆盖是两回事)。也就是说,当缓存中有VARNAME时, set(VARNAME ON CACHE BOOL ) 不会有任何作用。要强制改变缓存中的值并覆盖当前作用域的值,可以联合使用 FORCE 和 CACHE选项。
构建配置
构建配置允许工程使用不同方式构建:debug、optimized或者任何其它标记。CMake默认支持四种构建配置:
构建配置 | 说明 |
Debug | 启用基本的调试(编译器的)标记 |
Release | 基本的优化配置 |
MinSizeRel | 生成最小化的,但不一定是最快的代码 |
RelWithDebugInfo | 优化构建,但是同时携带调试信息 |
依据生成器的不同,CMake处理构建配置的方式有所差异,CMake尽可能遵循底层本地构建系统的约定,这意味着使用Makefiles、VS时构建配置影响构建的方式有所不同:
Shell
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# 创建工程目录的两个兄弟目录,CD到其中分别执行: cmake ../project -DCMAKE_BUILD_TYPE:STRING=Debug cmake ../project -DCMAKE_BUILD_TYPE:STRING=Release |
编写CMakeLists文件
CMake由CMakeLists.txt驱动,此文件包含构建需要的一切信息。
除了用于分隔命令参数,其余空白符一律被忽略。反斜杠可以用来指示转义字符。
基本命令
命令 | 说明 | ||
project | 顶层CMakeLists.txt中应当包含的第一个命令,声明工程的名字和使用的编程语言:
如果不指定语言,默认CMake启用C/C++,如果指定为CXX则C语言的支持自动加入 对于工程中出现的每个project命令,CMake会创建一个顶级的IDE工程文件(或Makefile文件) 。此工程文件中会包含:
|
||
set | 设置变量值或列表 | ||
remove | 从变量值的列表中移除一个单值 | ||
separate_arguments | 基于空格,把单个字符串分隔为列表 | ||
add_executable | 定义目标(可执行文件/库),以及目录由哪些源文件组成 对于VS,源文件将会出现在IDE中,但是默认的项目使用的头文件不会包含在IDE中,要改变此行为,只需要将头文件添加到源文件列表中 |
||
add_library |
流程控制命令
和普通编程语言一样,CMake支持条件、循环控制结构,同时支持子过程(macro、function)
if-else-endif
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if (FOO) else(FOO) endif(FOO) # 上面把if的条件在else、endif中重复,这是可选的。因此我们可以简单的写作: if (FOO) else() endif() |
在else、endif上重复条件,有助于if-else-endif匹配检查,特别是多层嵌套时。
elseif
CMake同样支持elseif:
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if(MSVC80) #... elseif(MSVC90) #... elseif(APPLE) #... endif() |
条件表达式
条件命令支持受限的表达式语法,如下表所列:
语法 | 说明 | ||
if ( variable ) | 当if命令参数的值不是:0、FALSE、OFF、NO、NOTFOUND、*-NOTFOUND、IGNORE时,表达式的值为真,注意不区分大小写 |
||
if ( NOT variable ) | 上面取反 variable可以不用${}包围 |
||
if ( variable1 AND variable2 ) | 逻辑与,所有逻辑操作支持用括号来提升优先级 | ||
if ( variable1 OR variable2 ) | 逻辑或 | ||
if ( num1 EQUAL num2 ) | 数字相等比较,其它操作符包括LESS、GREATER | ||
if ( str1 STREQUAL str2 ) | 字典序相等比较,其它操作符包括STRLESS、STRGREATER | ||
if ( v1 VERSION_EQUAL v2) | marjor[.minor[.patch[.tweak]]] 风格的版本号相等比较,其它操作符包括VERSION_LESS、VERSION_GREATER | ||
if ( COMMAND commandname ) | 如果指定的命令可以调用 | ||
if ( DEFINED variable ) | 如果指定的变量被定义,不管它的值真假 | ||
if ( EXISTS file-name ) | 如果指定的文件或者目录存在 | ||
if ( IS_DIRECTORY name ) | 如果给定的name是一个目录 | ||
if ( IS_ABSOLUTE name ) | 如果给定的name是一个绝对路径 | ||
if ( n1 IS_NEWER_TAN n2 ) | 如果文件n1的修改时间大于n2 | ||
if ( variable MATCHES regex ) | 如果给定的变量或者字符串匹配正则式:
|
||
if ( string MATCHES regex ) |
操作符优先级
CMake操作符优先级从高到底:
foreach
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foreach (item list) # do something with item endforeach (item) |
此命令用于迭代一个列表,第一个参数是每次迭代使用变量的名称,其余参数为被迭代的列表
注意,在循环内部,你可以使用迭代变量构造另外一个变量的名字,例如 ${NAME_OF_${item}}
while
此命令用于基于条件的迭代:
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while(${COUNT} LESS 2000) set(TASK_COUNT, ${COUNT}) endwhile() |
break
此命令用于中断foreach/while循环。
function
CMake中的函数很类似于C/C++函数。你可以向函数传递参数,除了依据形参名外,你还可以使用 ARGC 、ARGV 、 ARGN 、 ARG0 、 ARG1 ...等形式,在函数内部访问入参。
函数内部是一个新作用域,类似于add_subdirectory生成的新作用域一样,函数调用前的作用域被拷贝并传递到函数内部,函数返回时,新作用域消失。
函数的第一个形参是函数的名称,其它参数构成传统的形参列表:
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function(println msg) message(${msg} "\n") set ( msg ${msg} PARENT_SCOPE ) #设置父作用域中变量的值 endfunction()
println(Hello) |
return
此命令拥有从函数中返回,或者在listfile命令中提前结束。
macro
宏于函数类似,但是宏不会创建新的作用域。传递给宏的参数也不被作为变量看待,而是在执行宏前替换为字符串:
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macro (println msg) #同样的,括号中第一个项目是宏的名称 message(${msg} "\n") endmacro() |
对于宏, ARGC、ARG0、ARG1等也可以使用。ARG0代表传递给宏的第一个参数。
检查CMake的版本
CMake是一个不断进化的工具,随着新版本的推出,会不断有新的命令被加入。很多时候,我们需要检查当前CMake版本是否支持某些特性。
我们可以使用if命令判断某个命令是否可用:
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if(COMMAND some_new_command) #... endif() |
或者直接检查CMake的版本:
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if (${CMAKE_VERSION} VERSION_GREATER 1.6.1) endif() |
另外,还可以声明要求的最低的CMake版本:
1 |
cmake_minimum_required(VERSION 2.8) |
使用模块
所谓模块,仅仅是存放到一个文件中,一系列CMake命令的集合。我们可以用 include 命令将模块包含到CMakeLists.txt中。举例:
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# 此模块用于查找TCL库 include (FindTCL) # 找到后,将其加入到链接依赖中 target_link_libraries (FOO ${TCL_LIBRARY}) |
包含一个模块时,可以使用绝对路径,或者是基于CMAKE_MODULE_PATH的相对路径,如果此变量未设置,默认为CMake的安装目录的Modules子目录。
模块依据用途的不同可以分为:
类别 | 说明 | ||
查找类模块 | 查找软件元素——例如头文件、库——的位置 CMake提供了大量这类模块,如果目录库/头文件找不到,模块往往提供一个缓存条目,便于用户手工指定 下面是一个查找PNG模块的例子:
|
||
系统探测模块 | 探测系统的特性,例如浮点数长度、对ASCI C++刘的支持 很多这类模块具有Test、Check前缀,例如TestBigEndian、CheckTypeSize |
||
实用工具模块 | 用于添加额外的功能,例如处理一个CMake工程依赖于其它CMake工程的情况 |
策略(Policies)
由于某些原因,在版本升级后,CMake可能不提供完全的向后兼容。这意味着使用新版的CMake处理基于旧版本的CMakeLists.txt时会出现问题。CMake引入策略这一特性,帮助用户和开发者处理此向后兼容问题。
策略机制实现以下目标:
CMake中的所有策略被分配一个 CMPNNNN 形式的名称,其中NNNN是一个整数值编号。策略同时支持出于兼容性目的的旧行为,以及“正确的”新行为。每个策略包含出现动机、新旧行为的详细说明文档。
设置策略
可以在工程中对每个策略进行配置,设置其值为NEW或者OLD,CMake将遵从测量设置,从而表现出不同的构建行为。
设置策略有几种方式,最简单的是设置策略为特定的CMake版本: cmake_policy(VERSION 2.6) 。这样所有2.6版本之前引入的策略都被标记为NEW,而2.6之后引入的策略则标记为“未设置”,以便产生警告信息。
注:cmake_minimum_required命令同样会设置策略,因此仅在需要定制子目录的策略时才以VERSION选项调用cmake_policy命令。
以SET选项调用cmake_policy可以明确的设置单个策略。以CMP0002为例,该策略的新行为要求所有逻辑目标具有全局独特的名字。下面的命令可以抑制存在重复目标名时的警告信息:
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cmake_policy(SET CMP0002 OLD) |
链接到库
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# 设置库的寻找目录 link_directories(/path/to) add_executable(myexe myexe.c) target_link_libraries (myexe A B)
# 或者 add_executable(myexe myexe.c) # 使用绝对路径 target_link_libraries (myexe /path/to/libA.so /path/to/libB.so ) |
链接到系统库
类Unix操作系统的系统库常常位于/usr/lib或者/lib目录。这些目录被链接器作为隐含的库搜索目录,因此find_library(M_LIB m) 将从/usr/lib/libm.so定位到Math库。
问题是,某些平台会依据体系结构的不同,提供库的不同版本:
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# IRIX机器 /usr/lib/libm.so # ELF o32 /usr/lib32/libm.so # ELF n32 /usr/lib64/libm.so # ELF 64 # Solaris /usr/lib/lim.so # sparcv8架构 /usr/lib/sparcv9/lim.so # sparcv9架构 |
find_library命令不知道各种体系结构特定的系统如何定义上面的目录规则,因此此命令可能找到不匹配的体系结构的库文件。
此问题的一个解决办法是让链接器自动寻找库所在目录(不使用link_directories或者指定绝对路径),不幸的是,此办法无法区分库的动态、静态版本。CMake实际使用的妥协做法是:
共享库和可加载模块
共享库和可加载模块有利于重用:
相比静态库,共享库更像是可执行文件,大部分系统要求共享库上具有可执行权限。和可执行文件一样,共享库可以链接到其它共享库。
对于静态库来说,一个object文件是最小单元;而共享库(包括其依赖)本身是一个最小单元。链接器可以从静态库中挑出需要的object文件,但是对于共享库及其依赖的其它共享库,都需要存在。
共享库和静态库的另外一个不同是库的声明顺序,指定静态库时顺序很重要,因为大部分链接器仅仅遍历库列表一次来寻找符号,依赖其它静态库的静态库必须放在列表前面。
当决定在工程使用共享库时,开发者必须面对几个问题。
共享库导出哪些符号
在大部分UNIX系统中,默认所有符号被导出。在Windows系统中,开发者必须明确告知编译器哪些符号被导入(使用符号时)/导出(创建符号时)
当从UNIX移植项目到Windows平台时,你可以:
如果一个源文件在创建、使用一个库时都需要使用,则必须使用宏来处理。CMake在Windows下构建共享库(DDL)时,会自动定义宏 ${LIBNAME}_EXPORTS 。我们可以利用此宏:
C++
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#if defined(WIN32) #if defined(vtkCommon_EXPORTS) #define VTK_COMMON_EXPORT __declspec(dllexport) #else #define VTK_COMMON_EXPORT __declspec(dllimport) #endif #else #define VTK_COMMON_EXPORT #endif |
这样,VTK_COMMON_EXPORT在UNIX中为空白;在Windows下构建共享库时为__declspec(dllexport)。
UNIX和Windows存在一个重要的和符号需求相关的差异:Windows上的DLL需要完全解析,也就是在创建时必须链接所有符号;而UNIX允许共享库在运行时从可执行文件或者其它共享库中获取符号。因而在UNIX中,CMake会给可执行目标一个标记,允许它被共享库调用。
另外一个需要提及的关于C++全局对象的陷阱是,加载或者链接了C++共享库的main函数,必须基于C++的编译器来链接,否则cout之类的全局对象可能在使用时尚未初始化。
共享库位置
由于链接到共享库的可执行文件必须在运行时能找到这些库,特殊的环境变量或者链接器标记必须被使用。
不同系统都提供了工具,用以查看可执行文件实际上使用的是哪个库:
在很多UNIX系统中,可以使用环境变量 LD_LIBRARY_PATH 来告诉应用程序到哪里寻找库,而在Windows中,环境变量 PATH 同时用来寻找DLL和可执行文件。CMake会默认把运行时库的路径信息存放到可执行文件中,因此前述环境变量并不必须。但是某些时候你可能需要关闭这个特性,设置 CMAKE_SKIP_RPATH=false 即可。
共享库版本化
使用共享库时,运行时加载的库,应当与链接时期望的库的“版本”一致,即功能上没有不兼容的变化。
如何识别这种变化并没有一致的规范,某些UNIX系统通过soname来版本化共享库,所谓soname就是在共享库名称后附加可选的数字后缀,例如libx.so.1。仅当共享库的接口发生不兼容变化时soname才改变,如果libx从1.0到1.9维持了一致性的接口,它们的soname应该一致。注意soname和文件名不是一回事,1.3版本的libx的文件名可能叫libx.so.1.3,但是它的soname可能是libx.so.1。
soname是共享库文件的一个头字段。当可执行文件和共享库链接时,共享库的soname也存放到可执行文件中,因此在运行时加载时,可执行文件可以根据soname来寻找版本匹配的共享库文件。
当安装libx库到系统时,可以建立符号链接 libx.so -> libx.so.1 ,当libx出现不兼容升级时,则修改前述符号链接,例如 libx.so -> libx.so.2 。这样,新的程序总是和最新的libx版本进行链接。另一方面,这种符号链接用法可以扩展为,将某个soname链接到特定文件,例如 libx.so.1 -> libx.so.1.3 ,如果1.3版本有一个BUG在1.3.2中修复,可以修改前述符号链接为 libx.so.1 -> libx.so.1.3.2 ,这样基于libx.so.1链接的可执行文件在获得BUG修复的同时,能够找到正确的共享库。
CMake支持这种基于soname的版本号编码机制,只要底层平台支持soname,可以设置共享库目标的属性:
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# VERSION,指定一个版本号,用于创建文件名 # SOVERSION,指定一个版本号,用于生成SONAME头 set_target_properties (x PROPERTIES VERSION 1.2 SOVERSION 4) |
设置上述属性后,安装共享库时会产生如下文件和符号链接:
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libx.so.1.2 libx.so.4 -> libx.so.1.2 libx.so -> libx.so.4 |
如果仅指定两个版本号中的一个,那么另外一个自动与之相同。
安装文件
软件通常被安装到和源码、构建树无关的位置上。CMake提供一个 install 命令,来说明一个工程如何被安装。正确使用这个命令后:
对install的每一次调用都会指定某些安装规则,这些规则会依据命令调用的顺序被执行。
install命令
install命令提供了若干“签名”(类似于子命令),签名作为第一个参数传入,可用的签名包括:
签名 | 说明 |
install(TARGETS...) | 安装工程中目标对应的二进制文件 |
install(FILES...) | 一般性的文件安装,包括头文件、文档、软件需要的数据文件 |
install(PROGRAMS...) | 安装不是由当前工程构建的文件,例如Shell脚本,与FILES签名类似,只是文件被授予可执行权限 |
install(DIRECTORY...) | 安装一个完整的目录树,例如包含了图标、图片的资源目录 |
install(SCRIPT...) | 指定一个用户提供的、在安装过程中(典型的是pre-install、post-install)执行的CMake脚本 |
install(CODE...) | 与SCRIPT类似,只是脚本以内联字符串形式提供 |
前四个签名都用于创建文件的安装规则,需要安装的目标、目录、文件紧接着签名列出。其余和安装相关的信息,以关键字参数的形式附加,大部分签名支持以下关键字:
关键字 | 说明 |
DESTINATION | 说明在何处放置被安装的文件,后面必须紧跟一个目录,此目录可以指定为绝对路径。如果使用相对路径,则相对于安装时指定的前缀,前缀可能由缓存条目CMAKE_INSTALL_PREFIX 指定。前缀的默认值:
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PERMISSIONS | 说明如何设置被安装文件的权限(UNIX文件模式),仅在需要覆盖签名默认权限的情况下使用,可用的权限为:[OWNER|GROUP|WORLD][READ|WRITE|EXECUTE]、SETUID、SETGID 某些平台不完整支持上述权限,这种情况下自动忽略此关键字 |
CONFIGURATIONS | 指定规则应用到的构建配置(Release、Debug...)的列表 没有应用到的构建配置,不会执行此命令调用产生的规则 |
COMPONENT | 指定规则应用到的组件。某些工程把安装划分为多个组件,以便分别打包 例如某个工程可能包含三个组件:
没有应用到的组件,不会执行此命令调用产生的规则 默认情况下,会安装所有组件,因而此关键字不产生任何影响。如果要安装特定组件,必须手工调用安装脚本 |
OPTIONAL | 指示如果期望的待安装文件不存在时,不是一个错误,仅仅忽略之 |
TARGETS签名
以此签名调用install命令,以便构建过程中创建的库、可执行文件。详细调用格式为:
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install ( TARGETS targets... # 基于add_executable/add_library创建的目标的列表 [ # 通过TARGETS签名安装的文件可以分为三类: # ARCHIVE 静态库(UNIX/Cygwin/MinGW的.A、Windows的.LIB) # DLL的可链接(Linkable)导入库(Cygwin/MinGW的.DLL.A、Windows的.LIB) # LIBRARY 可加载模块、共享库(.SO) # RUNTIME 可执行文件、动态链接库(.DLL) # 如果指定下面一行的某个关键字,则后续的关键字仅针对特定类型的文件,否则针对所有文件 [ARCHIVE|LIBRARY|RUNTIME|FRAMEWORK|BUNDLE|PRIVATE_HEADER|PUBLIC_HEADER|RESOURCE] [DESTINATION [PERMISSIOS permissions...] [CONFIGURATIONS [Debug|Release|...]] [COMPONENT component] [OPTIONAL] [EXPORT # 下面的关键字仅用于LIBRARY类型,仅针对支持namelink、版本化共享库的平台 # 对于符号链接lib # NAMELINK_ONLY导致仅仅共享库的namelink被安装;NAMELINK_SKIP导致除了namelink之外的文件被安装 # 如果不指定,那么namelink、共享库的文件都被安装 [NAMELINK_ONLY|NAMELINK_SKIP] ] [ ... #仅需要针对不同类型(ARCHIVE|LIBRARY|RUNTIME...)分别设置关键字时,才会出现 ] ) |
注意上面代码中关于文件分类的规则,把同属于共享库的.SO、.DLL分别划分到LIBRART、RUNTIME是有意的设计,因为Windows平台下,DLL通常和EXE存放在一个目录,这样才能确保DLL能够被找到并加载。下面的调用确保共享库目标mySharedLib产生的所有文件在所有平台上均安装到期望的位置:
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install ( TARGETS myExecutable mySharedLib myStaticLib myPlugin RUNTIME DESTINATION bin COMPONENT Runtime LIBRARY DESTINATION lib COMPONENT Runtime ARCHIVE DESTINATION lib/myproject Component Development #静态库只有在二次开发时才需要 ) |
FILES签名
很多工程可能需要安装与目标无关的任何文件,这时可以使用一般目的的FILES签名:
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install (FILES files... #需要被安装的文件的列表,如果是相对路径,相对于当前Source目录 DESTINATION [PERMISSIOS permissions...] #默认权限644 [CONFIGURATIONS [Debug|Release|...]] [COMPONENT component] [RENAME [OPTIONAL] ) |
PROGRAMS签名
某些工程可能安装额外的助手程序——Shell脚本或者Python脚本。这时可以使用PROGRAMS签名。此签名和FILES一样,只是默认权限为755。
DIRECTORY签名
有时候我们需要安装包含了大量资源文件的整个目录,此时使用DIRECTORY签名:
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install (DIRECTORY dirs... # 需要被安装的目录的列表,如果是相对路径,相对于当前Source目录 # 目标位置,此目录确保被创建。如果设置为share/myproject,则: # data/icons 被安装到/share/myproject/icons,注意输入目录的所有祖先目录被忽略 # data/ 被安装到/share/myproject,注意结尾的斜杠,会导致此目录下所有内容被安装,因此data/类似于data/* DESTINATION # 默认权限:文件与FILES一样644,目录与PROGRAMS一样755,下面两个关键字用于修改默认行为 [FILE_PERMISSIOS permissions...] [DIRECTORY_PERMISSIOS permissions...] # 和文件来源保持一致的权限 [USE_SOURCE_PERMISSIOS] [CONFIGURATIONS [Debug|Release|...]] [COMPONENT component] [ # 排除某些文件,或者为某些文件指定特殊的权限 # PATTERN用于UNIX风格通配符匹配;REGEX用于正则式匹配 [PATTERN # 是否把匹配的文件排除,不安装 [EXCLUDE] # 设置匹配文件的权限 [PERMISSIOS permissions...] ] [ ... #排除或者chmod其它匹配文件 ] ) |
SCRIPT/CODE签名
拷贝文件到安装树下(Installation tree)不是安装过程的唯一内容,有时候需要执行特定的逻辑。这时可以使用SCRIPT或者CODE签名:
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install(SCRIPT scr.cmake) # scr.cmake为某个CMake脚本名称 install(CODE "message(Hello)") #直接跟着脚本内容 |
注意脚本不是在CMakeLists.txt处理过程中,而是在安装过程中执行,因而在脚本中不能访问CMakeLists.txt定义的变量。尽管如此, CMAKE_INSTALL_PREFIX 、 CMAKE_INSTALL_CONFIG_NAME 、 CMAKE_INSTALL_COMPONENT 会被设置为真实的安装前缀、构建配置、组件类型。
安装依赖的共享库
OS自带的、第三方提供的或者工程本身生成的共享库,是某些可执行文件能够运行的前提条件。由OS提供的自然不需要额外安装;工程本身产生的库由add_library命令说明,一般通过install命令安装到系统。需要额外考虑的是第三方库。
CMake提供两个模块,用于简化共享库的处理。
GetPrerequisites.cmake
使用该模块的 get_prerequisites() 函数,可以分析一个可执行文件的依赖。将可执行文件的路径传递给此函数,其会输出运行此文件必须的依赖库的列表,包括传递性依赖。该函数使用各平台上的Native工具:dumpbin(Windows)、otool(Mac)、ldd(Linux)进行依赖分析。
BundleUtilities.cmake
使用该模块的 fixup_bundle() 函数,可以依据可执行文件的相对位置,拷贝和修复共享库(依赖)。
对于Mac的bundle应用,需要的共享库会被嵌入到bundle中,并调用install_name_tool生成一个自包含bundle。
对于Widnows,需要的共享库会被拷贝到exe所在目录,可执行文件运行时会自动寻找并加载。
要使用fixup_bundle()函数,首先安装某个可执行目标,然后创建一个可以在安装时执行的CMake脚本,在此脚本中调用:
FixBundle.cmake
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include (BundleUtilities) # 安装树中的可执行文件的路径 set (bundle "${CMAKE_INSTALL_PREFIX}/myExecutable@CMAKE_EXECUTABLE_SUFFIX@") # 无法通过依赖分析到达的依赖库的列表 set (other_libs "") # 可以寻找到前置依赖库的目录的列表 set (dirs "@LIBRARY_OUTPUT_PATH@")
# 调用 fixup_bundle("${bundle}" "${other_libs}" "${dirs}") |
导入和导出目标
CMake 2.6开始,支持在两个CMake工程之间导入导出目标。
导入
导入目标这一机制,用于将项目外部的磁盘文件转换为逻辑的CMake目标。在调用add_executable、add_library命令时,传递 IMPORTED 选项,即可定义导入目标。CMake不会为导入目标生成构建文件,导入目标仅仅用于便利的引用外部的可执行文件和库。
下面的例子定义了一个导入的可执行文件,仅仅将其作为命令调用:
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# 声明一个名为generator的导入目标 add_executable(generator IMPORTED) # 设置目标的实际位置 set_property(TARGET generator PROPERTY IMPORT_LOCATION "/path/to/generator") # 调用自定义命令,即添加一条定制的构建规则 # 底层构建系统执行类似这样的命令/path/to/generator /project/binary/dir/generated.c add_custom_command(OUTPUT generated.c COMMAND generator generated.c) |
下面的例子定义了一个导入的库,并与之链接:
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add_library(foo IMPORTED)
# Linux set_property(TARGET foo PROPERTY IMPORTED_LOCATION "/path/to/libfoo.a") # Windows下需要同时导入.lib和.dll set_property(TARGET foo PROPERTY IMPORTED_LOCATION "/path/to/libfoo.dll") set_property(TARGET foo PROPERTY IMPORTED_IMPLIB "/path/to/libfoo.lib") # 具有多个构建配置的库,可以作为单个目标导入 set_property(TARGET foo PROPERTY IMPORTED_LOCATION_RELEASE "/path/to/libfoo.a") set_property(TARGET foo PROPERTY IMPORTED_LOCATION_DEBUG "/path/to/debug/libfoo.a") add_executable(myexe src1.c) target_link_libraries(myexe foo) |
导出
尽管导入机制很有用,但是作为导入者来说,你必须知道目标在磁盘的位置。
使用导出机制,可以在提供目标文件的同时,提供一个文件,帮助其它工程导入。联合使用 install(TARGETS) 和install(EXPORTS) 可以在安装目标的同时,把CMake文件也安装到机器上:
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add_executable(generator generator.c) # EXPORT选项导致生成一个助手文件,该文件是一个CMake脚本,可以让其它工程方便的导入generator install(TARGET generator DESTINATION lib/myporj/generators EXPORT myproj-targets) # 安装助手文件 install(EXPORT myproj-targets DESTINATION lib/myproj) |
助手文件的内容可以是:
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# get_filename_component命令拥有得到一个全路径的某个部分 # 第一个参数:结果变量;第二个参数:待解析的路径;第三个参数,需要得到的部分,可以是DIRECTORY/NAME/EXT/PATH... # CMAKE_CURRENT_LIST_FILE当前正在处理文件的路径 get_filename_component(_self "${CMAKE_CURRENT_LIST_FILE}" PATH) # 解析出安装前缀的绝对路径 get_filename_component(PREFIX "${_self}/../.." ABSOLUTE) # 添加导入目标 add_executable(generator IMPORTED) # 通过计算出的路径引用目标 set_property(TARGET generator PROPERTY IMPORTED_LOCATION "${PREFIX}/lib/myproj/generators/generator") |
注意上面这个脚本依据自身位置动态计算出目标位置,即使移动安装目录,也不会失效。
其它工程只需要包含助手文件即可:
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include(/lib/myproj/myproj-targets.cmake) # generator已经导入 add_custom_command(OUTPUT generated.c COMMAND generator generated.c) |
注意,单个助手文件可以容纳多个目标,甚至这些目标不在同一个目录中:
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# A/CMakeLists.txt add_executable(generator generator.c) install(TARGETS generator DESTINATION lib/myproj/generators EXPORT myproj-targets) # B/CMakeLists.txt add_library(foo STATIC foo1.c) install(TARGETS foo DESTINATION lib EXPORT myproj-targets) #导出为同一个EXPORT
# CMakeLists.txt add_subdirectory(A) add_subdirectory(B) install(EXPORT myproj-targets DESTINATION lib/myproj) |
从构建树导出
典型情况下,在第三方工程需要导入之前,当前工程已经构建并安装,因此导出一般是基于安装树的。
CMake直接从构建树导出 ,这样第三方工程可以参考构建树来导入,这样就可以避免安装当前工程了。
使用 export 命令可以直接从构建树生成一个助手文件:
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add_executable(generator generator.c) export (TARGETS generator FILE myproj-exports.cmake) |
第三方工程可以include当前工程构建树下的myproj-exprots.cmake文件,其中包含导入generator需要的全部信息。
这种导出方式在交叉编译场景下可以用到。
系统探测
系统探测,即检测在其上构建的系统的各种环境信息,是构建跨平台库或者应用程序的关键因素。
使用头文件和库
很多C/C++程序依赖于外部的库,然后在编译和链接一个工程时,如何找到已经存在的头文件和库并不容易。因为开发程序的机器,和构建并安装程序的机器中,库的安装位置可能不一样。CMake提供多种特性,辅助开发者把外部库集成到工程中。
与集成外部库相关的命令包括: find_library 、 find_path 、 find_program 、 find_package 。对于大部分C/C++库,使用前两个命令一般足够和系统上已安装的库进行链接,这两个命令分别可以用来定位库文件、头文件所在目录。举例:
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# 寻找一个库 find_library( TIFF_LIBRARY NAMES tiff tiff2 #只需要库的basename,不需要平台特定的前缀、后缀。前面的库优先 #额外的路径,支持Windows注册表条目,例如[HKEY_CURRENT_USER\\Software\\Path;Build1] PATHS /usr/local/lib /usr/lib #前面的路径优先 ) # 寻找一般性的文件,仅支持一个待查找文件,支持多个路径 find_path( TIFF_INCLUDES tiff.h /usr/local/include /usr/include ) include_directories(${TIFF_INCLUDES}) add_executable(mytiff mytiff.c) target_link_libraries(mytiff ${TIFF_LIBRARY}) |
注意:
系统属性
在跨平台软件中,应当避免使用平台特定的代码,例如:
C
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// 基于系统的判断 #ifdef defined(SUN) && defined(HPUX) foobar(); #endif |
这会降低代码的可移植性,每当需要支持新的系统,都要改变代码。即便非要使用宏,也最好使用基于特性,而不是基于系统的判断。可以改造上述代码为:
C
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#ifdef HAS_FOOBAR_FUNC forbar(); #endif |
通过 try_compile 、 try_run 命令,CMake可以用来自动生成类似上面的HAS_***宏定义。这些命令编译/执行一小段代码,以探测系统特性:
testFoobarModule.cmake
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try_compile( HAS_FOOBAR_FUNC ${CMAKE_BINARY_DIR} ${PROJECT_SOURCE_DIR}/testFoobar.c #尝试调用forbar()函数 ) |
如果编译成功,则CMake变量HAS_FOOBAR_FUNC为真。我们可以通过 add_definitions 命令或者配置头文件(更好),来设置HAS_FOOBAR_FUNC为宏定义。
如果单纯的编译并不够,还需要获知探测代码的运行结果,可以使用:
TestByteOrder.c
C
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int main() { union { int i; char c; } u; u.i = 65; exit( u.c == 'A' ); } |
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try_run( RUN_RESULT_VAR #尝试运行的返回结果 COMPILE_RESULT_VAR #编译结果 ${CMAKE_BINARY_DIR} ${PROJECT_SOURCE_DIR}/Modules/TestByteOrder.c OUTPUTVAR OUTPUT #运行的任何输出 ) |
运用上述命令的运行结果,可以根据字节序的不同来定制构建过程或者设置宏定义。对于较小的测试程序,可以不特定编写文件,使用 file 命令即可:
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file(WRITE ${CMAKE_BINARY_DIR}/tmp/testc "int main(){return 0;}") |
预定义try_*宏
在CMake/Modules中预定义了若干CMake用,可简化日常工作。这些宏常常需要查看当前CMAKE_REQUIRED_FLAGS 、 CMAKE_REQUIRED_LIBRARIES 变量的值,以便添加额外的编译标记,或者链接以测试:
模块 | 说明 |
CheckFunctionExists.cmake | 检查一个特定的C函数是否存在于系统中。接受两个参数,第一个参数是待测试的函数名,第二个参数是存放测试结果的变量 该宏会查看上述两个变量 |
CheckIncludeFile.cmake | 检查一个头文件是否存在于系统中。第一个参数是头文件名称,第二个参数是存放测试结果的变量,第三个参数是可选的编译标记,如果不指定,使用CMAKE_REQUIRED_FLAGS |
CheckIncludeFileCXX.cmake | 与上面类似,但是用于C++程序。第一个参数是头文件名称,第二个参数是存放测试结果的变量,第三个参数是可选的编译标记 |
CheckLibraryExists.cmake | 检查一个库是否存在于系统。接受4个参数:待测试库名称、库中待测试函数名称、库的寻找位置、测试结果 该宏会查看上述两个变量 |
CheckSymbolExists.cmake | 检查某个符号是否在头文件中定义。接受3个参数:待测试符号名称、尝试包含的头文件列表、测试结果 该宏会查看上述两个变量 |
CheckTypeSize.cmake | 确定某个类型的长度(字节数)。接受2个参数:待测试类型、测试结果 该宏会查看上述两个变量 |
CheckVariableExists.cmake | 检查某个全局变量是否存在。接受2个参数:待测试全局变量名称、测试结果。仅用于C变量 该宏会查看上述两个变量 |
查找包
CMake提供 find_package(Package [version]) 命令来查找符合CPack包规则的软件包。
该命令可以在两个模式下运行:
内置查找模块
CMake的内置查找模块,在找到包后,一般会定义一系列的变量供当前工程使用:
变量名称约定 | 说明 |
包的头文件所在目录 | |
包提供的库的完整路径 | |
使用包时,编译代码需要用的宏定义 | |
包提供的PKG工具所在目录 | |
包提供的TOOL工具所在目录 | |
PKG包的安装根目录 | |
如果PKG的VER版本被找到,则定义为真 | |
如果PKG的CMP组件被找到,则定义为真 | |
如果PKG被找到则定义为真 |
为编译传递参数
要传递参数给编译器,可以指定命令行,或者使用一个预先配置好的头文件。
add_definitions
调用 add_definitions 命令,可以向编译器传递宏定义:
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#定义一个布尔的缓存条目 option(DENIG_BUILD "Enable debug messages") if (DEBUG_BUILD) #添加宏定义 add_definitions(-DDEBUG_MSG) endif () |
如果要细粒度的控制宏定义,可以设置目录、目标、源文件的 COMPILE_DEFINITIONS 属性:
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add_library(mylib src1.c src2.c) # 可以添加APPEND选项,追加值而不是覆盖 set_property(DIRECTORY PROPERTY COMPILE_DEFINITIONS A AV=1) set_property(TARGET mylib PROPERTY COMPILE_DEFINITIONS B BV=2) set_property(SOURCE src1.c PROPERTY COMPILE_DEFINITIONS C CV=3) # 执行上述命令后,编译参数分别为: # src1.c -DA -DAV=1 -DB -DBV=2 -DC -DCV=3 # src2.c -DA -DAV=1 -DB -DBV=2 # main.c -DA -DAV=1 |
配置头文件
这种方式更可维护,大部分工程应当使用该方式。应用程序只需要引入预先配置好的头文件即可,不必编写复杂的CMake规则。
我们可以把头文件看作一种配置文件,而要生成配置文件,可使用 configure_file(input output [@ONLY]) 命令,此命令需要一个“输入文件”,输入文件可以包含三种变量定义方式:
C
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// 第一种方式 #cmakedefine VARIABLE // 如果VARIABLE为真,则输出: #define VARIABLE // 否则输出: /* #undef VARIABLE */
//第二种方式,直接输出变量的值。如果confgure_file命令传递@ONLY选项,则这种方式不能使用 ${VARIABLE}
//第三种方式,直接输出变量的值 @VARIABLE@ |
配置文件应当输出到二进制树,而不是源码树,避免代码污染。因为单个CMake的源码树可以供多种构建树或平台使用,它们生成的配置文件常常是不一样的。你可能需要用include_directories命令将配置文件所在目录作为头文件目录。
创建包配置文件
除了头文件以外, configure_file 命令亦可用来生成包的配置文件。在“查找包”一节我们已经讨论过,包配置文件供其它工程发现本包。
定制命令与目标
很多时候,“构建”一个工程不仅仅是简单的编译、链接、拷贝,额外的工作——例如利用文档工具生成文档—— 需要在构建过程中完成。
通过定制命令和目标,CMake可以被扩展以支持任意的任务(或者说规则)。
可移植性
定制命令时,面临的一个重要问题是可移植性:
CMake提供了两个主要工具,解决上面两个可移植性问题。
cmake -E命令
使用 cmake -E arguments 调用,可以执行一些跨平台的操作,在CMakeLists.txt中可以通过定制命令来调用cmake命令,cmake这个可执行文件可以用变量 CMAKE_COMMAND 引用。
支持的操作(arguments)包括:
操作 | 说明 |
chdir dir command args | 改变当前目录为dir然后执行指定的命令 |
copy file destination | 拷贝文件 |
copy_if_different infile outfile | 如果两个文件不一样,则从infile拷贝到outfile |
copy_directory source destination | 拷贝source目录(包括子目录)中全部文件到destination目录 |
remove file1 file2... | 从磁盘上删除文件 |
echo string | 打印到标准输出 |
time command args | 运行一个命令并且计算耗时 |
CMake不限制你仅使用cmake命令,事实上你可以使用任何命令,但是要注意可移植性问题。一个通用的实践是,通过 find_program 找到一个程序,然后在定制命令中调用之。
系统特征变量
CMake提供了一系列预定义的变量,描述系统的特征:
变量 | 说明 |
EXE_EXTENSION | 可执行文件的扩展名,Windows平台是.exe,UNIX是空 |
CMAKE_CFG_INTDIR | 诸如VS、XCode这样的开发环境,根据构建配置的不同,使用不同的子目录,例如Debug、Release 在一个库、可执行文件、目标文件上执行一个命令时,你往往需要知道它们的完整路径 改变了在UNIX上通常是 ./ 而VS则是 $(INTDIR)/ |
CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR | 与当前CMakeList文件关联的输出目录的完整路径 可能与PROJECT_BINARY_DIR(当前工程二进制树的顶级目录)不同 |
CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR | 与当前CMakeList文件关联的源码目录的完整路径 可能与PROJECT_SOURCE_DIR(当前工程源码树的顶级目录)不同 |
EXECUTABLE_OUTPUT_PATH | 某些工程指定可执行文件需要生成到的目录,该变量指示其完整路径 |
LIBRARY_OUTPUT_PATH | 某些工程指定库文件需要生成到的目录,该变量指示其完整路径 |
CMAKE_SHARED_MODULE_PREFIX | 共享模块文件的前后缀 |
CMAKE_SHARED_MODULE_SUFFIX | |
CMAKE_SHARED_LIBRARY_PREFIX | 共享库文件的前后缀 |
CMAKE_SHARED_LIBRARY_SUFFIX | |
CMAKE_LIBRARY_PREFIX | 静态库文件的前后缀 |
CMAKE_LIBRARY_SUFFIX |
在目标上使用add_custom_command
add_custom_command有两个主要的签名:TARGET、OUTPUT,分别用于为目标或者文件添加额外的规则。其中TARGET签名语法如下:
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add_custom_command( #目标的名称 TARGET target #执行触发时机: #pre_build,在目标任何依赖文件被构建之前执行 #pre_link,在所有依赖已经构建好,但是尚未链接时执行 #post_build,在目标已经构建好后执行 PRE_BUILD | PRE_LINK | POST_BUILD # command为可执行文件的名称 COMMAND command [ARGS arg1 arg2 ... ] [COMMAND command [ARGS arg1 arg2 ... ] ...] # 注释,在定制命令运行时打印 [COMMENT comment] ) |
下面是一个例子,在目标构建好后立即拷贝之:
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add_executable(myExe my.c) get_target_property(EXE_LOC myExe LOCATION) add_custom_command( TARGET myExe POST_BUILD COMMAND ${CMAKE_COMMAND} ARGS -E copy ${EXE_LOC} /QC/files ) |
使用add_custom_command生成文件
add_custom_command的另外一个用途是指定生成一个文件的规则。这种情况下,已有的用于生成目标文件的规则被替换掉。语法如下:
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add_custom_command ( # 指定命令运行生成的结果文件,最好指定完整路径 OUTPUT output1 [output2 ...] # 需要执行的命令 COMMAND command [ARGS [args ...]] [ COMMAND command [ARGS [args ...]] ...] # 主要用于VS [MAIN_DEPENDENCY depend] # 命令依赖于的文件,最好指定完整路径(依赖是目标则不必),这些文件中的任何一个变化后,命令都需要重新执行 [DEPENDS [depends ...]] [COMMENT comment] ) |
在某些库的构建过程中,例如TIFF,会先编译并构建一个可执行文件,再用此可执行文件生成还有系统特定信息的源码,而此源码参与库的最终构建。这种场景下,可以使用add_custom_command来生成源码。
添加定制目标
CMake支持除了库、可执行文件之外的,更一般概念上的目标,称为定制目标。生成文档、运行测试、更新Web服务器都可以抽象为目标。
要添加定制目标,需要调用下面的命令:
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add_custom_target( # name为目标的名称,如果使用Makefile生成器,你可以调用make name来生成此目标 # ALL,表示该目标包含在ALL_BUILD目标中,自动构建 name [ALL] # 执行的命令 [command arg arg ...] # 此目标依赖的文件的列表,最好指定完整路径(依赖是目标则不必),这些文件可以是add_custom_command(OUTPUT)生成的 [DEPENDS dep dep ...] ) |
使用CMake进行交叉编译
所谓交叉编译,就是指软件在一个平台(Build host)上构建,而在另外一个平台(Target Platform)上运行。目标平台往往是另外一个OS甚至没有OS,也常常使用与构建平台不一样的硬件,这导致目标平台根本不能运行开发环境。交叉编译的典型应用是嵌入式开发,程序需要在路由器、传感器之类的特殊硬件上运行。
交叉编译依赖于工具链。工具链是针对目标平台的一整套工具,包括编译器、链接器,以及目标平台的全套头文件、库。
从2.6开始,CMake完整的支持交叉编译,包括Linux-Windows交叉编译,或者PC-嵌入设备交叉编译。在交叉编译场景下,会面临以下问题:
CMake区分构建平台、运行平台的信息,让给用户可以解决交叉编译相关的问题,避免例如运行虚拟机的额外需求。
工具链文件
通过一个所谓工具链(Toolchain)文件,我们可以告知CMake关于目标平台的任何必要信息。CMakeList.txt必须被调整以适应目标平台和构建平台具有不同属性的情况。下面是一个Linux下基于MinGW交叉编译器,交叉编译Windows程序使用的工具链文件:
TC-mingw.cmake
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#目标平台的名称 set( CMAKE_SYSTEM_NAME Windows )
#指定C/C++编译器为交叉编译器,只有交叉编译器才知道如何构建目标平台上的二进制文件 set( CMAKE_C_COMPILER i586-mingw32msvc-gcc ) set( CMAKE_CXX_COMPILER i586-mingw32msvc-g++ )
#指定目标平台环境的位置,这一位置在构建平台中,但是存放的是目标平台需要的头文件、库 set( CMAKE_FIND_ROOT_PATH /usr/i586-mingw32msvc /home/alex/mingw-install )
#调整find_***命令的行为 #仅在构建平台上寻找程序 set( CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER ) #仅在目标平台环境中寻找头文件、库 set( CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY ) set( CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY ) |
通过下面的命令,可以指示CMake使用上述工具链文件:
Shell
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cd src/build cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=~/TC-mingw.cmake ... |
CMAKE_TOOLCHAIN_FILE必须在最初运行时设置,后续其值会保存为缓存条目。每个目标平台一般只需要一个工具链文件。
工具链文件变量
在工具链文件中,可能需要设置以下变量:
变量 | 说明 |
CMAKE_SYSTEM_NAME | 该变量必须设置,指示目标平台的名称。典型的名称如Linux、Windows,如果目标平台是无OS的嵌入式平台,设置为Generic。此名称会用来生成平台文件的名称,例如Linux.cmake、Windows-gcc.cmake 手工设置此变量后,CMake认为当前是在做交叉编译,自动设置变量 CMAKE_CROSSCOMPILING 为真 |
CMAKE_SYSTEM_VERSION | 可选的,目标平台的版本 |
CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR | 可选的,目标平台处理器或者硬件的名称。CMake用此变量加载文件: ${CMAKE_SYSTEM_NAME}-COMPILER_ID-${CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR}.cmake ,该文件用来修改设置,例如目标的编译标记 仅在你需要为目标平台指定特殊的编译设置时,才需要设置该变量 |
CMAKE_C_COMPILER | 指定C编译器的完整路径或者名字。如果指定为完整路径,这CMake倾向于到对应目录寻找binutils、linker、C++编译器等其它内容。如果指定的编译器是一个GNU交叉编译器,则CMake会自动寻找到对应的C++编译器,例如从arm-elf-gcc找到arm-elf-c++ C编译器亦可通过环境变量CC设置 |
CMAKE_CXX_COMPILER | 指定C++编译器的完整路径或者名字。对于GNU工具链,只需要设置CMAKE_C_COMPILER,此变量不必设置 C++编译器亦可通过环境变量CXX设置 |
CMAKE_FIND_ROOT_PATH | 指定一组包含了目标平台环境的目录,这些目录供所有find_**命令使用 假设目标平台环境安装在/opt/eldk/ppc_74xx,设置变量为此路径。find_library寻找jpeg库时会最终定位到/opt/eldk/ppc_74xx/lib/libjpeg.so |
CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM | 分别设置find_program、find_library、find_include命令的默认行为。可以设置为:
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CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY | |
CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE |
注:形如CMAKE_SYSTEM_XXX的变量,总是在描述目标平台。如果要描述当前构建平台,可以使用相应的CMAKE_HOST_SYSTEM_XXX变量。
系统探测
CMake提供了一些变量,用于粗粒度的测试系统特征:
更加细化的测试变量,可以使用上节提到的CMAKE_SYSTEM_XXX、CMAKE_HOST_SYSTEM_XXX变量。
编译检查
CMake中使用CHECK_INCLUDE_FILES、CHECK_C_SOURCE_RUNS等宏来测试平台属性,这些宏通常使用try_compile、try_run命令。
try_run无法正常运行,因为交叉编译出的可执行文件不能在构建平台上运行。try_run被调用时,它首先尝试编译,如果成功它会检查CMAKE_CROSSCOMPILING变量,该变量为真的话它不会尝试运行,而是设置两个缓存变量,供用户后续修改。考虑下面这个例子:
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try_run( SHARED_LIBRARY_PATH_TYPE SHARED_LIBRARY_PATH_INFO_COMPILED ${PROJECT_BINARY_DIR}/CMakeTmp ${PROJECT_SOURCE_DIR}/CMake/SharedLPathInfo.cxx OUTPUT_VARIABLE OUTPUT ARGS "LDPATH" ) |
如果SharedLPathInfo.cxx编译成功,SHARED_LIBRARY_PATH_INFO_COMPILED被设置为真。而交叉编译时无法运行可执行文件,因此CMake创建一个缓存条目: SHARED_LIBRARY_PATH_TYPE=PLEASE_FILL_OUT-FAILED_TO_RUN ,该条目必须被手工的设置为SharedLPathInfo的在目标平台上的退出码。如果指定了OUTPUT_VARIABLE选项,CMake还会创建一个缓存条目SHARED_LIBRARY_PATH_TYPE__TRYRUN_OUTPUT=PLEASE_FILL_OUT-NOTFOUND ,该条目必须手工设置为SharedLPathInfo在目标平台上的标准输出/错误。
要手工运行,可以考虑构建目录下的 cmTryCompileExec-SHARED_LIBRARY_PATH_TYPE 到目标平台下执行。
除了设置缓存条目外,还可以把运行结果记录到 ${CMAKE_BINARY_DIR}/TryRunResults.cmake 中,该文件由CMake自动创建,其中包含所有CMake无法确定的变量,并记录可执行文件位置、源码位置、运行参数等信息。我们可以根据运行结果填充这些变量的值,然后为cmake调用缓存:
Shell
1 |
cmake -C ~/TryRunResults-myproj-eldk-ppc.cmake |
交叉编译HelloWorld
本节示例一个完整的交叉编译的过程。
寻找工具链
交叉编译的第一步是寻找合适的工具链,如果你已经安装好工具链,则可以跳过这一步。
不同工程——包括基于Linux的PDA和嵌入式设备厂商的——在Linux上处理交叉编译的途径不同,它们有自己的构建流程和工具链。CMake可以使用这些工具链,只要它们是基于普通文件系统的。
一个提供较为完整的目标平台环境的工具链套件是Embedded Linux Development Toolkit(ELDK),该套件支持ARM、PowerPC、MIPS等目标平台。ELDK或者其它工具链可以被安装在构建平台的任意位置,例如:
Shell
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# 工具链 /home/alex/eldk-mips/usr/bin # 目标平台环境 /home/alex/eldk-mpis/mips_4KC/ |
创建工具链文件
下载并安装好工具链后,下一步就是编写工具链文件,注意我们在上面提到过,每个工具链只需要一个这样的文件:
~/CPP/cmake/toolchains/ToolChain-eldk-mips4K.cmake
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set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux) set(CMAKE_C_COMPILER /home/alex/eldk-mips/usr/bin/mips_4KC-gcc) set(CMAKE_CXX_COMPILER /home/alex/eldk-mips/usr/bin/mips_4KC-g++) set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH /home/alex/eldk-mips/mips-4KC /home/alex/eldk-mips-extra-install)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER) set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY) set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY) |
工具链文件可以存放在任何地方,推荐将其存放在统一的目录,方便其它工程重用。
工程文件
Hello.c
C
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int main(){ exit(0) } |
CMakeLists.txt
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project(Hello) add_executable(Hello Hello.c) |
执行构建
Shell
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mkdir eldk-mips cd eldk-mips # 调用cmake,指定工具链文件 cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=~/CPP/cmake/toolchains/ToolChain-eldk-mips4K.cmake .. # 生成器已经生成Makefile,可以构建 make VERBOSE=1 |
微控制器的交叉编译
不但支持具有OS的目标平台的交叉编译,CMake还可以针对那些没有OS的微控制器进行交叉编译。
本节的例子使用SDCC编译器,该编译器可以运行于主流系统下,支持8/16位微控制器的交叉编译。
首先,还是编写工具链文件:
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set(CMAKE_SYSTEM_NAME Generic) set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR i8501) set(CMAKE_C_COMPILER "D:/CPP/sdcc/bin/sdcc.exe") |
对于没有OS的目标平台,其系统名称设置为Generic。CMake假设Generic平台不支持共享库。
很多微控制器工程不需要依赖任何外部库,因此往往不需要设置影响find_**的变量。
CMakeLists文件:
Toolchain-sdcc.cmake
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# 明确声明使用C语言,因为SDCC不支持C++ project (Blink C) add_library(blink blink.c) add_executable(hello main.c)JSONCPP_INCLUDE_DIRS target_link_libraries(hello blink) |
执行构建:
MS DOS
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rem 使用MS NMake生成器驱动构建 cmake -G "NMake Makefiles" -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=D:/CPP/cmake/toolchains/Toolchain-sdcc.cmake .. rem 执行构建 namke |
命令
cmake
此命令是cmake的命令行接口
命令格式
Shell
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cmake [options] cmake [options] |
命令选项
选项 | 说明 |
-C |
预加载一个脚本,以生成缓存 |
-D : |
定义一个cmake缓存条目 |
-U |
从缓存中移除匹配的条目 |
-G |
指定一个生成器(构建系统) |
-T |
指定生成器支持的工具集 |
-Wno-dev | 抑制开发者警告 |
-E | cmake命令模式 |
-i | 以向导模式运行 |
-L[A][H] | 列出所有非进阶缓存变量 |
--build |
在dir中构建二进制树 |
--find-package | 以类似于pkg-config的方式来查找包 |
--graphviz=[file] | 生成依赖的graphviz |
--system-information [file] | 输出系统信息 |
--debug-trycompile | 不删除trycompile构建树 |
--debug-output | 以调试模式运行 |
--trace | 以trace模式运行(更多调试信息) |
--warn-uninitialized | 对未初始化值进行警告 |
--warn-unused-vars | 对未使用变量进行警告 |
常见问题
零散问题
有哪些最常用的变量
Shell
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cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE:STRING=Debug # 构建配置 -DCMAKE_INSTALL_PREFIX:STRING=/usr # 安装位置 |
其它变量参考这里。
如何启用C++ 11支持
可以使用CMake 3.1引入的变量:
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set(CMAKE_CXX_STANDARD 11) |
如果要对老版本CMake兼容,参考下面的宏:
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macro(use_cxx11) if (CMAKE_VERSION VERSION_LESS "3.1") if (CMAKE_CXX_COMPILER_ID STREQUAL "GNU") set (CMAKE_CXX_FLAGS "-std=gnu++11 ${CMAKE_CXX_FLAGS}") endif () else () set (CMAKE_CXX_STANDARD 11) endif () endmacro(use_cxx11) |
如何添加C/C++宏定义
全局性宏定义:
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# 定义宏MACRO_NAME,注意前面的-D add_definitions(-DMACRO_NAME) # 赋值 add_definitions(-DMACRO_NAME=${value}) |
针对某个目标:
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# 仅仅能用于 add_executable() 或 add_library() 添加的目标
# 格式: target_compile_definitions( # PUBLIC、INTERFACE可以将宏定义传递给target的PUBLIC、INTERFACE条目 [
# 示例: target_compile_definitions(hello PRIVATE A=1 B=0)
# 你也可以直接设置目标属性 COMPILE_DEFINITIONS |
如何使用不同版本的GCC
使用环境变量:
Shell
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export CC=/home/alex/CPP/lib/gcc/7.2.0/bin/gcc export CXX=/home/alex/CPP/lib/gcc/7.2.0/bin/g++ |
在基于CLion开发时,将上述内容添加到clion.sh脚本中