CMakeLists.txt 语法介绍与实例演练

一、Cmake 简介

cmake 是一个跨平台、开源的构建系统。它是一个集软件构建、测试、打包于一身的软件。它使用与平台和编译器独立的配置文件来对软件编译过程进行控制。

二、常用命令

1. 指定 cmake 的最小版本

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

这行命令是可选的，我们可以不写这句话，但在有些情况下，如果 CMakeLists.txt 文件中使用了一些高版本 cmake 特有的一些命令的时候，就需要加上这样一行，提醒用户升级到该版本之后再执行 cmake。

2. 设置项目名称

project(demo)

这个命令不是强制性的，但最好都加上。它会引入两个变量 demo_BINARY_DIR 和 demo_SOURCE_DIR，同时，cmake 自动定义了两个等价的变量 PROJECT_BINARY_DIR 和 PROJECT_SOURCE_DIR。

3. 设置编译类型

add_executable(demo demo.cpp) # 生成可执行文件
add_library(common STATIC util.cpp) # 生成静态库
add_library(common SHARED util.cpp) # 生成动态库或共享库

add_library 默认生成是静态库，通过以上命令生成文件名字，

在 Linux 下是：
demo
libcommon.a
libcommon.so
在 Windows 下是：
demo.exe
common.lib
common.dll

4. 指定编译包含的源文件

4.1 明确指定包含哪些源文件

add_library(demo demo.cpp test.cpp util.cpp)

4.2 搜索所有的 cpp 文件

aux_source_directory(dir VAR) 发现一个目录下所有的源代码文件并将列表存储在一个变量中。

aux_source_directory(. SRC_LIST) # 搜索当前目录下的所有.cpp文件
add_library(demo ${SRC_LIST})

4.3 自定义搜索规则

file(GLOB SRC_LIST "*.cpp" "protocol/*.cpp")
add_library(demo ${SRC_LIST})
# 或者
file(GLOB SRC_LIST "*.cpp")
file(GLOB SRC_PROTOCOL_LIST "protocol/*.cpp")
add_library(demo ${SRC_LIST} ${SRC_PROTOCOL_LIST})
# 或者
file(GLOB_RECURSE SRC_LIST "*.cpp") #递归搜索
FILE(GLOB SRC_PROTOCOL RELATIVE "protocol" "*.cpp") # 相对protocol目录下搜索
add_library(demo ${SRC_LIST} ${SRC_PROTOCOL_LIST})
# 或者
aux_source_directory(. SRC_LIST)
aux_source_directory(protocol SRC_PROTOCOL_LIST)
add_library(demo ${SRC_LIST} ${SRC_PROTOCOL_LIST})

5. 查找指定的库文件

find_library(VAR name path)查找到指定的预编译库，并将它的路径存储在变量中。
默认的搜索路径为 cmake 包含的系统库，因此如果是 NDK 的公共库只需要指定库的 name 即可。

find_library( # Sets the name of the path variable.
              log-lib
 
              # Specifies the name of the NDK library that
              # you want CMake to locate.
              log )

类似的命令还有 find_file()、find_path()、find_program()、find_package()。

6. 设置包含的目录

include_directories(
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
    ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
)

Linux 下还可以通过如下方式设置包含的目录

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -I${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}")

7. 设置链接库搜索目录

link_directories(
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs
)

Linux 下还可以通过如下方式设置包含的目录

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -L${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs")

8. 设置 target 需要链接的库

target_link_libraries( # 目标库
                       demo
 
                       # 目标库需要链接的库
                       # log-lib 是上面 find_library 指定的变量名
                       ${log-lib} )

在 Windows 下，系统会根据链接库目录，搜索xxx.lib 文件，Linux 下会搜索 xxx.so 或者 xxx.a 文件，如果都存在会优先链接动态库（so 后缀）。

8.1 指定链接动态库或静态库

target_link_libraries(demo libface.a) # 链接libface.a
target_link_libraries(demo libface.so) # 链接libface.so

8.2 指定全路径

target_link_libraries(demo ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs/libface.a)
target_link_libraries(demo ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs/libface.so)

8.3 指定链接多个库

target_link_libraries(demo
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs/libface.a
    boost_system.a
    boost_thread
    pthread)

9. 设置变量

9.1 set 直接设置变量的值

set(SRC_LIST main.cpp test.cpp)
add_executable(demo ${SRC_LIST})

9.2 set 追加设置变量的值

set(SRC_LIST main.cpp)
set(SRC_LIST ${SRC_LIST} test.cpp)
add_executable(demo ${SRC_LIST})

9.3 list 追加或者删除变量的值

set(SRC_LIST main.cpp)
list(APPEND SRC_LIST test.cpp)
list(REMOVE_ITEM SRC_LIST main.cpp)
add_executable(demo ${SRC_LIST})

10. 条件控制

10.1 if…elseif…else…endif

逻辑判断和比较：
if (expression)：expression 不为空（0,N,NO,OFF,FALSE,NOTFOUND）时为真
if (not exp)：与上面相反
if (var1 AND var2)
if (var1 OR var2)
if (COMMAND cmd)：如果 cmd 确实是命令并可调用为真
if (EXISTS dir) if (EXISTS file)：如果目录或文件存在为真
if (file1 IS_NEWER_THAN file2)：当 file1 比 file2 新，或 file1/file2 中有一个不存在时为真，文件名需使用全路径
if (IS_DIRECTORY dir)：当 dir 是目录时为真
if (DEFINED var)：如果变量被定义为真
if (var MATCHES regex)：给定的变量或者字符串能够匹配正则表达式 regex 时为真，此处 var 可以用 var 名，也可以用 ${var}
if (string MATCHES regex)

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)
示例：

if(MSVC)
    set(LINK_LIBS common)
else()
    set(boost_thread boost_log.a boost_system.a)
endif()
target_link_libraries(demo ${LINK_LIBS})
# 或者
if(UNIX)
    set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11 -fpermissive -g")
else()
    add_definitions(-D_SCL_SECURE_NO_WARNINGS
    D_CRT_SECURE_NO_WARNINGS
    -D_WIN32_WINNT=0x601
    -D_WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS)
endif()
 
if(${CMAKE_BUILD_TYPE} MATCHES "debug")
    ...
else()
    ...
endif()

10.2 while…endwhile

while(condition)
    ...
endwhile()

10.3 foreach…endforeach

foreach(loop_var RANGE start stop [step])
    ...
endforeach(loop_var)

start 表示起始数，stop 表示终止数，step 表示步长，示例：

foreach(i RANGE 1 9 2)
    message(${i})
endforeach(i)
# 输出：13579

11. 打印信息

message(${PROJECT_SOURCE_DIR})
message("build with debug mode")
message(WARNING "this is warnning message")
message(FATAL_ERROR "this build has many error") # FATAL_ERROR 会导致编译失败

12. 包含其它 cmake 文件

include(./common.cmake) # 指定包含文件的全路径
include(def) # 在搜索路径中搜索def.cmake文件
set(CMAKE_MODULE_PATH ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/cmake) # 设置include的搜索路径

三、常用变量

1. 预定义变量

PROJECT_SOURCE_DIR：工程的根目录
PROJECT_BINARY_DIR：运行 cmake 命令的目录，通常是 ${PROJECT_SOURCE_DIR}/build
PROJECT_NAME：返回通过 project 命令定义的项目名称
CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR：当前处理的 CMakeLists.txt 所在的路径
CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR：target 编译目录
CMAKE_CURRENT_LIST_DIR：CMakeLists.txt 的完整路径
CMAKE_CURRENT_LIST_LINE：当前所在的行
CMAKE_MODULE_PATH：定义自己的 cmake 模块所在的路径，SET(CMAKE_MODULE_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/cmake)，然后可以用INCLUDE命令来调用自己的模块
EXECUTABLE_OUTPUT_PATH：重新定义目标二进制可执行文件的存放位置
LIBRARY_OUTPUT_PATH：重新定义目标链接库文件的存放位置

2. 环境变量

使用环境变量

 $ENV{Name}

写入环境变量

 set(ENV{Name} value) # 这里没有“$”符号

3. 系统信息

CMAKE_MAJOR_VERSION：cmake 主版本号，比如 3.4.1 中的 3
CMAKE_MINOR_VERSION：cmake 次版本号，比如 3.4.1 中的 4
CMAKE_PATCH_VERSION：cmake 补丁等级，比如 3.4.1 中的 1
CMAKE_SYSTEM：系统名称，比如 Linux-2.6.22
CMAKE_SYSTEM_NAME：不包含版本的系统名，比如 Linux
CMAKE_SYSTEM_VERSION：系统版本，比如 2.6.22
CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR：处理器名称，比如 i686
UNIX：在所有的类 UNIX 平台下该值为 TRUE，包括 OS X 和 cygwin
WIN32：在所有的 win32 平台下该值为 TRUE，包括 cygwin

4. 主要开关选项

BUILD_SHARED_LIBS：这个开关用来控制默认的库编译方式，如果不进行设置，使用 add_library 又没有指定库类型的情况下，默认编译生成的库都是静态库。如果 set(BUILD_SHARED_LIBS ON) 后，默认生成的为动态库
CMAKE_C_FLAGS：设置 C 编译选项，也可以通过指令 add_definitions() 添加
CMAKE_CXX_FLAGS：设置 C++ 编译选项，也可以通过指令 add_definitions() 添加

add_definitions(-DENABLE_DEBUG -DABC) # 参数之间用空格分隔

四、项目示例

1. 简单项目（单个源文件）

一个经典的 C 程序，如何通过 cmake 来编译呢？

1.1 新建文件 main.c

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

1.2 新建文件 CMakeLists.txt（命名必须是 CMakeLists.txt，注意大小写和不要漏字母）

project(HELLO)
add_executable(hello main.c)

1.3 编译和运行

新建一个 build 文件夹，目录情况如下：

为什么要新建一个 build 文件夹？
一般我们采用 cmake 的 out-of-source 方式来构建（即生成的中间产物和源代码分离），这样做可以让生成的文件和源文件不会弄混，且目录结构看起来也会清晰明了。所以推荐使用这种方式，至于这个文件夹的命名并无限制，我们习惯命名为 build。

依次执行以下命令：

cd build
cmake ..

首先进入到 build 目录，然后就是 cmake .. 命令，另外要注意将 cmake 配置到环境变量中去才可直接使用，否则需要使用绝对路径，.. 表示上一级目录，cmake 会在上一级目录下找到 CMakeLists.txt 文件并编译，并生成如下图所示的一些中间文件：

直接执行 make 命令，生成可执行程序，如下图：

运行程序，如下所示：运行程序，如下所示：

2. 复杂项目（多个目录，多个源文件，多个项目）

目录结构如下：

demo 根目录下的 CMakeLists.txt 文件如下：

cmake_minimum_required (VERSION 2.8)
project(demo)
aux_source_directory(. DIR_SRCS)
# 添加math子目录
add_subdirectory(math)
# 指定生成目标
add_executable(demo ${DIR_SRCS})
# 添加链接库
target_link_libraries(demo MathFunctions)

math 目录下的 CMakeLists.txt 文件如下：

aux_source_directory(. DIR_LIB_SRCS)
# 生成链接库
add_library(MathFunctions ${DIR_LIB_SRCS})

3. 自定义编译选项

cmake 允许为项目增加编译选项，从而可以根据用户的环境和需求选择最合适的编译方案。
例如，可以将 MathFunctions 库设为一个可选的库，如果该选项为 ON ，就使用该库定义的数学函数来进行运算，否则就调用标准库中的数学函数库。
修改根目录下的 CMakeLists.txt 文件如下：

# CMake 最低版本号要求
cmake_minimum_required (VERSION 2.8)
# 项目信息
project (Demo)
# 加入一个配置头文件，用于处理 CMake 对源码的设置
configure_file (
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/config.h.in"
    "${PROJECT_BINARY_DIR}/config.h"
    )
# 是否使用自己的 MathFunctions 库
option (USE_MYMATH
        "Use provided math implementation" ON)
# 是否加入 MathFunctions 库
if (USE_MYMATH)
    include_directories ("${PROJECT_SOURCE_DIR}/math")
    add_subdirectory (math)
    set (EXTRA_LIBS ${EXTRA_LIBS} MathFunctions)
endif (USE_MYMATH)
# 查找当前目录下的所有源文件
# 并将名称保存到 DIR_SRCS 变量
aux_source_directory(. DIR_SRCS)
# 指定生成目标
add_executable(Demo ${DIR_SRCS})
target_link_libraries (Demo ${EXTRA_LIBS})

configure_file 命令用于加入一个配置头文件 config.h ，这个文件由 cmake 从 config.h.in 生成，通过这样的机制，将可以通过预定义一些参数和变量来控制代码的生成。
option 命令添加了一个 USE_MYMATH 选项，并且默认值为 ON 。根据 USE_MYMATH 变量的值来决定是否使用我们自己编写的 MathFunctions 库。

修改 main.cc 文件，让其根据 USE_MYMATH 的预定义值来决定是否调用标准库还是MathFunctions 库：

#include "config.h"
#ifdef USE_MYMATH
    #include "math/MathFunctions.h"
#else
    #include <math.h>
#endif
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 3){
        printf("Usage: %s base exponent \n", argv[0]);
        return 1;
    }
    double base = atof(argv[1]);
    int exponent = atoi(argv[2]);
 
#ifdef USE_MYMATH
    printf("Now we use our own Math library. \n");
    double result = power(base, exponent);
#else
    printf("Now we use the standard library. \n");
    double result = pow(base, exponent);
#endif
    printf("%g ^ %d is %g\n", base, exponent, result);
    return 0;
}

编写 config.h.in 文件
注意 main.cc 的第一行，这里引用了一个 config.h 文件，这个文件预定义了 USE_MYMATH 的值。但我们并不直接编写这个文件，为了方便从 CMakeLists.txt 中导入配置，我们编写一个 config.h.in 文件，内容如下：

#cmakedefine USE_MYMATH

这样 cmake 会自动根据 CMakeLists.txt 配置文件中的设置自动生成 config.h 文件。

其它：

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