C++学习(十三)(构建系统,CMAKE)

构建系统是一组工具和实用程序，用于自动执行项目中的源代码文件的编译、链接和执行过程。构建系统的主要目标是管理编译过程的复杂性，并最终生成构建（可执行文件或二进制文件）。在 C++ （cpp） 中，一些常见的构建系统包括：

• GNU Make：这是一个流行的构建系统，用于定义构建过程。它检查源文件的依赖关系和时间戳，以确定需要编译和链接哪些文件。Makefile

  代码示例：

  # Makefile
  CXX = g++
  CPPFLAGS = -Wall -std=c++11
  TARGET = HelloWorld
  
  all: $(TARGET)
  
  $(TARGET): main.cpp
      $(CXX) $(CPPFLAGS)main.cpp -o $(TARGET)
  
  clean:
      rm $(TARGET)
  

• CMake：它是一个跨平台的构建系统，专注于定义项目依赖关系和管理构建环境。CMake 为不同的平台生成构建文件（如 Makefiles），并允许开发人员编写一次源代码，然后针对不同的目标平台进行编译。

  代码示例：

  # CMakeLists.txt
  cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
  project(HelloWorld)
  
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
  
  add_executable(HelloWorld main.cpp)

• Autotools：也称为 GNU 构建系统，由 GNU Autoconf、Automake 和 Libtool 工具组成，使开发人员能够跨不同的基于 Unix 的系统创建可移植软件。对于 C++ 项目，您需要创建具有特定规则的 ， 文件，然后在终端中运行以下命令来构建项目：configure.acMakefile.am

  autoreconf --install
  ./configure
  make
  make install

• SCons：此构建系统使用 Python 作为构建脚本，使其比 GNU Make 更具表现力。它还可以同时为多个平台和配置构建。

  代码示例：

  # SConstruct
  env = Environment()
  env.Program(target="HelloWorld", source=["main.cpp"])

• Ninja：一个小型而专注的构建系统，它采用人类可读文本文件中指定的构建目标列表，并尽快构建它们。

  代码示例：

  # build.ninja
  rule cc
    command = g++ -c $in -o $out
  
  rule link
    command = g++ $in -o $out
  
  build main.o: cc main.cpp
  build HelloWorld: link main.o
    default HelloWorld

这些是 C++ 中一些流行的构建系统，每个系统都有自己的语法和功能。虽然 Make 被广泛使用，但 CMake 是一个跨平台的构建系统，可为 Make 或 Ninja 等其他构建系统生成构建文件。Autotools 适合创建便携式软件，SCons 利用 Python 作为其构建脚本，而 Ninja 专注于快速构建时间

我们可以用**“厨房自动化系统”**的比喻来理解构建系统的概念：

构建系统是什么？

想象你要做一道复杂大餐（比如佛跳墙），需要处理几十种食材、控制火候、按特定顺序烹饪。手动操作会累到崩溃，还容易出错。构建系统就像一套智能厨房机器人，它：

1. 记住所有步骤（哪些食材要先处理，哪些要同时蒸煮）

2. 自动检测变化（如果某个食材更新了，只重做相关步骤）

3. 一键完成烹饪（不用手动盯着每个环节）

C++ 构建系统的作用

1. 代替手动敲命令
   不用每次修改代码都手动输入 g++ -o main.cpp ...（就像不用自己切菜生火）。

2. 智能跳过重复工作
   如果只改了一个文件，只重新编译这个文件，其他不变（类似只重切新到的葱，不重新炖汤）。

3. 处理复杂依赖关系
   自动解决“文件A依赖文件B，文件B又依赖文件C”的问题（类似知道要先煮高汤才能做酱汁）。

4. 生成最终成品
   把代码变成可执行文件（就像把食材变成菜品）。

以 GNU Make 为例

核心组成

• Makefile：相当于菜谱，用文本文件定义：

  • 要做哪些菜（编译目标）

  • 每道菜的食材（源文件）和步骤（编译命令）

  • 食材之间的依赖关系（比如主菜需要先做好酱汁）

示例 Makefile

# 最终菜品：佛跳墙（可执行程序）
佛跳墙: 高汤.o 鲍鱼.o 海参.o  # 依赖的中间文件
    厨师机链接 -o 佛跳墙 高汤.o 鲍鱼.o 海参.o

高汤.o: 高汤.cpp 调料.h       # 高汤的食材和步骤
    厨师机编译 -c 高汤.cpp

鲍鱼.o: 鲍鱼.cpp 调料.h
    厨师机编译 -c 鲍鱼.cpp

clean:                      # 清理厨房（删除中间文件）
    洗碗机 rm *.o 佛跳墙

执行过程

$ make         # 机器人开始按菜谱做菜
$ make clean   # 机器人清理厨房（删除临时文件）

为什么需要构建系统？

其他常见构建系统

• CMake：
  像智能菜谱生成器，可以根据不同厨房（操作系统/编译器）自动生成对应的 Makefile。

• Bazel：
  谷歌开发的“工业级厨房机器人”，适合超大型项目（如自动驾驶系统）。

• Ninja：
  追求极速的“闪电厨师”，编译速度极快。

一句话总结

构建系统是程序员的厨房机器人——你只需写菜谱（Makefile），它帮你搞定复杂烹饪流程（编译链接），省时省力不翻车！ 🤖🍲

这段 CMake 代码的作用是创建一个 C++ 项目的构建配置，让 CMake 生成合适的编译文件（如 Makefile 或 Visual Studio 解决方案）。下面用通俗易懂的方式一步步解释：

1. 指定 CMake 版本

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

• 这行代码的作用是确保 CMake 版本至少是 3.0，防止使用太旧的版本，避免不兼容问题。

2. 定义项目名称

project(MyProject)

• 这行代码定义了项目的名称，这里项目叫 "MyProject"。

3. 设置源码路径

set(SRC_DIR "${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/src") set(SOURCES "${SRC_DIR}/main.cpp" "${SRC_DIR}/file1.cpp" "${SRC_DIR}/file2.cpp")

• SRC_DIR 变量指定源码目录，假设 CMakeLists.txt 文件在 root 目录下，它就表示 root/src/。
• SOURCES 变量列出了所有的源码文件（main.cpp, file1.cpp, file2.cpp）。

4. 创建可执行文件

add_executable(${PROJECT_NAME} ${SOURCES})

• add_executable() 这个命令告诉 CMake：
  • 生成一个 可执行文件（MyProject）。
  • 使用 指定的源码文件 编译它。

5. 设置头文件路径

target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE "${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include")

• 这行代码告诉编译器，头文件（.h 或 .hpp 文件）存放在 include 目录下。
• PRIVATE 说明这个目录只对当前目标（MyProject）可见，不会影响其他目标（如果有的话）。

6. 设置 C++ 标准

set_target_properties(${PROJECT_NAME} PROPERTIES CXX_STANDARD 14 CXX_STANDARD_REQUIRED ON CXX_EXTENSIONS OFF )

这部分代码指定 C++ 版本，并设置相关编译选项：

• CXX_STANDARD 14 → 代码会使用 C++14 语法。
• CXX_STANDARD_REQUIRED ON → 必须使用 C++14，不允许降级到更低的标准。
• CXX_EXTENSIONS OFF → 禁用编译器特有的扩展（比如 g++ 的 -std=gnu++14），确保代码符合标准的 C++14。

总结

这段 CMake 代码的作用是：

1. 创建一个名为 "MyProject" 的 C++ 项目。
2. 设定源码目录 src/，并包含 main.cpp, file1.cpp, file2.cpp 作为源文件。
3. 告诉 CMake 生成一个可执行文件 "MyProject"。
4. 让编译器在 include/ 目录中查找头文件。
5. 确保使用 C++14 标准，并避免编译器特有扩展。

💡 最终效果： 当你运行 cmake . 并执行 make（或在 IDE 里构建），CMake 会自动调用编译器，把 main.cpp, file1.cpp, file2.cpp 编译成可执行文件 MyProject 🎯。

📌 你可以试试运行这段 CMake

1. 在一个空目录里创建以下结构：

   /MyProject ├── CMakeLists.txt ├── src/ │ ├── main.cpp │ ├── file1.cpp │ ├── file2.cpp ├── include/ │ ├── file1.h │ ├── file2.h

2. 进入 MyProject 目录：

   cd MyProject mkdir build && cd build cmake .. make

3. 运行生成的可执行文件：

   ./MyProject

这样你就能亲自体验这段 CMake 代码的作用啦！🚀