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最后更新：2020年11月22日

前言：CMake的命令对大小写不敏感，但变量对大小写敏感。因此有的动物习惯把CMake的命令全部大写，但这里遵循官方文档一律小写，以和变量名区分。

CMake的配置文件是**CMakeLists.txt**，不管在哪个操作系统下。

# 0 基础项目

1. [cmake_minimum_required](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/cmake_minimum_required.html " cmake_minimum_required")
```shell
cmake_minimum_required(VERSION <最低版本号>[...<最高版本号>]
        [FATAL_ERROR])
```
指定CMake版本号范围。没有特殊需求的话就指定一个`2.6`吧。顺便把`FATAL_ERROR`也加上，堵死那些还在用上古版本（早于2.4）CMake的计算机。

1. [project](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/project.html "project")
```shell
project(<项目名> [<使用语言>...])
project(<项目名>
        [VERSION <major>[.<minor>[.<patch>[.<tweak>]]]]
        [DESCRIPTION <项目描述>]
        [HOMEPAGE_URL <主页地址>]
        [LANGUAGES <使用语言>...])
```
重点说一下使用语言。CMake支持的使用语言包括：`C`、`CXX`（C++）、`CUDA`、`OBJC`（Objective-C）、`OBJCXX`、`Fortran`、`ASM`（汇编语言）。
如果不填写使用语言，CMake默认会打开`C`和`C++`开关，检查系统是否安装C编译器和C++编译器。如果你只使用其中一种编译器，就很有必要指定使用语言。
如果使用汇编语言，请将`ASM`标签置于最后，这样CMake会检查其他语言的编译器是否支持汇编。

1. [add_executable](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/add_executable.html "add_executable")
```shell
add_executable(<目标名> [EXCLUDE_FROM_ALL]
               [源码文件1] [源码文件2 ...])
```
使用给定的源文件，为工程制定一个**可执行**编译目标。`EXCLUDE_FROM_ALL`标签将使该可执行文件不会被默认的`make`命令所编译——除非你手动指定该目标名（`make <name>`）。

# 1 编译器设置
##1.1 选择编译器

众所周知，Linux下的默认自带编译器是GCC（GNU C Compiler），CMake默认情况下也同样调用它。但近些年来，许可证友好、代码简明易读、消耗更少资源的Clang越来越受欢迎。如果想改用诸如Clang之类的其他编译器该怎么办呢？

通过设置`CMAKE_CXX_COMPILER`环境变量解决：
```shell
set (CMAKE_CXX_COMPILER  <编译器路径>)
```
其中`<编译器路径>`可以是绝对路径，如`/usr/bin/clang++`，也可以直接填写编译器可执行文件的名称，如`clang++`，这种情况下CMake会自动寻找该文件的路径。

注意：

1. **该行必须被置于`project`行前**！
1. 一个CMake项目一旦被`cmake`命令生成，即无法通过修改CMakeLists.txt的方法修改编译器，除非你删除所有CMake生成的文件。

这就是为什么大家都推荐新建一个专门用于生成的文件夹，在里面进行生成。因为这样的话遇到问题只要直接把整个文件夹一删，即可干干净净地从头再来。CMake不提供类似`make clean`的清理命令！

## 1.2 设置编译参数
CMake提供的参数太多，具体参见[官方文档](https://cmake.org/cmake/help/latest/manual/cmake-variables.7.html "cmake-variables(7)")。这里介绍几个（我自己认为）比较常用的参数。

**注意：**下列参数应置于`project`行后。

- [`CMAKE_C_STANDARD`](https://cmake.org/cmake/help/latest/variable/CMAKE_C_STANDARD.html "CMAKE_C_STANDARD")：设置默认C语言标准。
- [`CMAKE_CXX_STANDARD`](https://cmake.org/cmake/help/latest/variable/CMAKE_CXX_STANDARD.html "CMAKE_CXX_STANDARD")：设置默认的C++语言标准。
- [`CMAKE_<LANG>_FLAGS`](https://cmake.org/cmake/help/latest/variable/CMAKE_LANG_FLAGS.html "CMAKE_<LANG>_FLAGS")：设置传递给编译器的参数。
- [`CMAKE_<LANG>_FLAGS_<CONFIG>`](https://cmake.org/cmake/help/latest/variable/CMAKE_LANG_FLAGS_CONFIG.html "CMAKE_<LANG>_FLAGS_<CONFIG>")：设置在`<CONFIG>`模式下传递给编译器的参数。
- [`CMAKE_VERBOSE_MAKEFILE`](https://cmake.org/cmake/help/latest/variable/CMAKE_VERBOSE_MAKEFILE.html "CMAKE_VERBOSE_MAKEFILE")：让Make工作在啰嗦模式下，输出更加详细的日志。

下文是一个编译参数的配置例子：
```shell
set (CMAKE_VERBOSE_MAKEFILE  ON)
set (CMAKE_CXX_COMPILER      "clang++")
set (CMAKE_CXX_FLAGS         "-Wall -Wextra")
set (CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG   "-O0 -glldb")
set (CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "-O4")
set (CMAKE_CXX_STANDARD      20)
```
顺便一提，CMake通过设置`CMAKE_BUILD_TYPE`参数来设置生成模式。例如在生成时添加`-D CMAKE_BUILD_TYPE=Release`即可在编译时启用`FLAGS_RELEASE`后的参数。

# 2 库管理
## 2.1 添加本地库

C/C++语言是十分灵活的语言，用户不需要把所有代码全部保存在单个源文件里，而可以分成多个不同的源文件，最后由编译器统一编译链接（下文又将这两步流程合并为“生成”）进单个可执行文件中。

而那些不包含`main`函数、只参与添砖加瓦工作的源文件，便可视作本地库。因为本地库不像下文提到的外部库那样已经编译妥当只待调用，因而需要使用[add_library](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/add_library.html "add_library")命令添加至项目，并指定编译目标名。

```shell
add_library(<目标名> [STATIC | SHARED | MODULE]
            [EXCLUDE_FROM_ALL]
            [源文件1] [源文件2 ...])
```
其中`STATIC`代表静态库，扩展名一般为`.a`、`.lib`；`SHARED`代表动态库，扩展名一般为`.so`、`.dll`，下文介绍的“外部库”几乎全为动态库；`MODULE`代表不在生成期进行链接的动态插件库。

## 2.2 添加外部库

### 2.2.1 find_package

众所周知，现代软件开发已经离不开先辈动物们提供的现成运行库了。Linux拥有强大的软件包管理系统，因而只需要安装对应的开发库软件包（包名一般以`dev`、`devel`结尾），并在生成选项中添加这些开发库的相关信息，就可以轻松生成，而不需要像司马Windows下的开发环境那样手动添加头文件、库文件路径。

用Makefile生成过项目的动物应该都知道`pkgconf`（又名`pkg-config`）。CMake同样拥有属于自己的开发库辅助工具：[find_package](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/find_package.html "find_package")。
```shell
find_package(<包名> [版本] [EXACT] [QUIET] [MODULE]
             [REQUIRED] [[COMPONENTS] [组件名...]]
             [OPTIONAL_COMPONENTS 组件名...]
             [NO_POLICY_SCOPE])
```
注意：这个命令与`pkgconf`关系不大，它是通过调用对应名称的模块（Module）来进行包查找的。模块文件名为`Find<包名>.cmake`，CMake本身预装了许多Find模块，可通过`cmake --help-module-list | grep "^Find"`命令查看。如果想添加自己的模块，可以先将自定义模块文件夹的路径赋予`CMAKE_MODULE_PATH`变量，再将自己编写的模块文件放入。

###2.2.2 熟悉的pkgconf

然而，CMake自带的Find模块满打满算也就不到200种，根本无法覆盖多如牛毛的开发库。

百姓无不怀念我大`pkgconf`！！！

所幸，CMake提供了一个与`pkgconf`对接的接口。
首先，我们需要使用上面介绍的`find_package`命令导入[FindPkgConfig](https://cmake.org/cmake/help/latest/module/FindPkgConfig.html "FindPkgConfig")模块：
```shell
find_package(PkgConfig REQUIRED)
```
然后再使用`pkg_check_module`功能，调用`pkgconf`命令查询指定库，并将查询到的结果保存至变量中。命令格式如下：
```shell
pkg_check_modules(<前缀>
                  [REQUIRED] [QUIET]
                  [NO_CMAKE_PATH]
                  [NO_CMAKE_ENVIRONMENT_PATH]
                  [IMPORTED_TARGET [GLOBAL]]
                  <包配置> [<包配置>...])
```
<包配置>既可以是单纯的开发包名，也可以使用数学比较符指定版本号，具体请查阅官方文档。
执行完`pkg_check_modules`后，所有`pkgconf`的输出结果都被保存在了一组名为`<前缀>_XXX`的变量中。下表为输出变量一览表：

|  变量 | 描述  | 对应命令
| ------------ | ------------ | ------------ |
| `<前缀>_FOUND`  | 如果找到该包，则设为1  | |
| `<前缀>_LIBRARIES` | 库列表 | `pkgconf <包名> --libs-only-l`，再删去每个库名前面的`-l`（小写的L）
| `<前缀>_LINK_LIBRARIES` | 库路径列表 | `pkgconf <包名> --libs-only-l`，再列出每个库名对应的库的绝对路径
| `<前缀>_LIBRARY_DIRS` | 库目录列表 | `pkgconf <包名> --libs-only-L`，再删去每个目录前面的`-L`
| `<前缀>_LDFLAGS` | 所有链接标记 | `pkgconf <包名> --libs`
| `<前缀>_LDFLAGS_OTHER` | 其他（other）链接标记  | `pkgconf <包名> --libs-only-other`
| `<前缀>_INCLUDE_DIRS` | 包含目录列表 | `pkgconf <包名> --cflags-only-I`，再删去每个目录前面的`-I`(大写的i）
| `<前缀>_CFLAGS` | 所有编译标记 | `pkgconf <包名> --cflags`
| `<前缀>_CFLAGS_OTHER` | 其他（other）编译标记 | `pkgconf <包名> --cflags-only-other`

从上表可以看出，要导入外部包，最低只需要两个变量：`<前缀>_LDFLAGS`和`<前缀>_CFLAGS`。

## 2.3 向目标导入库

库添加/查找完了当然是不够的，你得把这些库喂给依赖它们的编译目标中。

对于1.1中提到的静态库，既然你已经把库加进来了，直接用[target_link_libraries](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/target_link_libraries.html "target_link_libraries")导入即可，不在话下。

对于1.2.1中由模块返回的库信息，鉴于每个查找模块返回的变量不一样，需要自己查阅官方文档或模块源文件，弄清该模块的返回值，再对症下药。

对于1.2.2中返回的库信息，基本思路有以下两种：
1. 用[target_link_options](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/target_link_options.html "target_link_options")导入`<前缀>_LDFLAGS`，用[target_compile_options](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/target_compile_options.html "target_compile_options")导入`<前缀>_CFLAGS`。简单粗暴。

1. 进一步拆分，用`target_link_libraries`导入`<前缀>_LIBRARIES`，用[target_link_directories](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/target_link_directories.html "target_link_directories")导入`<前缀>_LIBRARY_DIRS`，用[target_include_directories](https://cmake.org/cmake/help/latest/command/target_include_directories.html "target_include_directories")导入`<前缀>_INCLUDE_DIRS`，用`target_compile_options`导入`<前缀>_CFLAGS_OTHER`。愿意使用这种方法的动物更多，分得开意味着好管理。

另外，这些`target_<XXX>`命令有一个共同点，它们都可以指定继承属性`<INTERFACE|PUBLIC|PRIVATE>`。

关于`target_link_libraries`，这篇[Qiita贴子（日文警告）](https://qiita.com/chapuni/items/7ddffb46fa327c5bef43 "CMake: target_link_libraries(PUBLIC/PRIVATE/INTERFACE\) の実践的な解説")提出了一个十分离经叛道的说法：

- 静态库使用`INTERFACE`，能够加快静态库源代码的编译速度，因为编译过程只和源代码自身有关（是的，和依赖库没有关系，那是最后链接可执行文件时的事情），使用`PUBLIC`会导致时间白白浪费在等待其他依赖库编译完成上。
- 动态库使用`PRIVATE`，避免不必要的系统开销。
- **任何情况下不要使用默认的**`PUBLIC`**！！！！！！！！！！！**
- 有一个例外情况。向可执行文件链接库的时候，不能使用`INTERFACE`。可以不填或使用`PRIVATE`和`PUBLIC`。

考虑到作者是有能力向LLVM提交代码的大佬，该言论颇具说服力，虽然本狐并没有完全整明白`INTERFACE`的继承原理是怎么和节省编译时间搭上边的QAQ。这篇文章只讲述了`target_link_libraries`，但应该也适用于其他`target_<XXX>`……吧。（待究明）

某只公狐狸的巢穴

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CMake学习笔记（持续更新）

当程序运行时报错“error while loading shared libraries”，但相关库文件确实存在怎么办？