GAMES101 作业环境配置指北 (Mac M1)

背景说明

GAMES101 课程官方提供了配置好的 Linux 虚拟机环境（Ubuntu 18.04.2 64bit），可以通过以下方式获取：

• 百度网盘链接: https://pan.baidu.com/s/1egzD3Z87ZwX4IMiGPsQgnw?pwd=rrf3
• 提取码: rrf3

但虚拟机方案存在以下问题：

1. 占用大量存储空间
2. 百度网盘下载速度慢

因此，我选择直接在 Mac M1 芯片上直接配置原生开发环境。

本地环境配置

安装包管理器

Mac 上我们使用 Homebrew 作为包管理器，类似于 Linux 中的 apt-get 和 yum。

1. 官方安装命令（国外源）：

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

这个源在国外，我安装的时候连不上服务器，于是用国内镜像安装，安装方法参考链接: zhihu
2. 国内镜像源安装（推荐）：

/bin/zsh -c "$(curl -fsSL https://gitee.com/cunkai/HomebrewCN/raw/master/Homebrew.sh)"

安装完成后，验证安装：

brew --version

安装必要依赖

1. 安装 Eigen（线性代数库）：

   brew install eigen
   

   Eigen 库会被安装在 /usr/local/include/eigen3 目录下，用ls命令查看安装是否成功：

   ls /opt/homebrew/include/eigen3
   

   这里直接用g++编译了一下作业0的main.cpp，指定了eigen3 路径，可以生成可执行文件main

   g++ -I/opt/homebrew/include/eigen3 main.cpp -o main
   

2. 安装opencv
   安装最新版本的openCV会由于C++标准不一样 导致和老师的代码不兼容

   brew install opencv
   

   建议安装opencv@3，完美兼容

   brew install opencv@3
   

   opencv库安装在/opt/homebrew/opt/opencv/include/opencv4目录下。接下来把open库正确添加到配置文件中，就可以通过头文件调用了。

到这里都非常简单，运行很顺利。但是我用VScode的时候明明指定了路径但是它依然死活找不到包含Eigen头文件的路径，一直报错无法运行。由于我一直用python这种傻瓜式操作，对C++的编译懵懵的，然后找不到问题在哪，我下面记录一下。

配置编译环境

1. 命令行直接编译

最简单但最不方便的方式：

g++ -I/opt/homebrew/include/eigen3 main.cpp -o main

直接在命令行敲g++命令会非常麻烦，因为每次敲一遍很长的代码很容易出错，尤其是大型项目。但是下面有几种方法可以解决这个问题。

2. Makefile 构建

把命令写到makefile文件中，每次编译只需要在终端输入 make 就可以生成可执行文件。
创建 Makefile：

CXX = g++
CXXFLAGS = -I/opt/homebrew/include/eigen3
TARGET = main
SRCS = main.cpp

$(TARGET): $(SRCS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(SRCS) -o $(TARGET)

clean:
	rm -f $(TARGET)

使用：

make        # 编译
make clean  # 清理

3. CMake 构建

1. 安装 CMake：

brew install cmake

2. 创建 CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(GAMES101_PA0)

# 设置 C++ 标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

# 设置 Eigen 路径
include_directories(/opt/homebrew/include/eigen3)

# 添加可执行文件
add_executable(main main.cpp)

3. 构建步骤：

# 创建并进入构建目录
mkdir build && cd build

# 生成构建系统
cmake ..

# 编译
make

4. VSCode 配置（推荐）

在VScode中运行调试C++最为方便，同时配置环境更为麻烦一点。
在打开cpp文件的时候，VScode会自动安装所需要的拓展。
我们要做的是配置.vscode文件下的几个文件，告诉vscode我们要用什么东西，他们放在哪里。

1. 必要的 VSCode 扩展：

   • C/C++
   • C/C++ Extension Pack
   • CMake Tools（如果使用 CMake）

2. 配置文件设置：

.vscode/c_cpp_properties.json这个文件是给 VSCode 的 IntelliSense（智能提示）使用的，它只帮助 VSCode 理解代码，提供代码补全、语法检查等功能，并不影响实际的编译过程

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Mac",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**",
                "/opt/homebrew/include/eigen3",
                "/opt/homebrew/opt/opencv/include/opencv4"
            ],
            "defines": [],
            "macFrameworkPath": [
                "/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks"
            ],
            "compilerPath": "/usr/bin/clang++",
            "cStandard": "c17",
            "cppStandard": "c++11",
            "intelliSenseMode": "macos-clang-arm64"
        }
    ],
    "version": 4
}

.vscode/tasks.json这个文件定义了实际的编译命令，它告诉编译器（g++）在哪里找到头文件和库文件，直接影响编译过程

{
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [
        {
            "type": "cppbuild",
            "label": "C/C++: g++ build active file",
            "command": "/usr/bin/g++",
            "args": [
                "args": [
                "-std=c++11",
                "-fdiagnostics-color=always",
                "-g",                              
                "${file}",
                "${fileDirname}/rasterizer.cpp",
                "-I/opt/homebrew/include/eigen3",
                "-I/opt/homebrew/opt/opencv/include/opencv4",
                "-L/opt/homebrew/opt/opencv/lib",
                "-lopencv_core",
                "-lopencv_imgcodecs",
                "-lopencv_imgproc",
                "-lopencv_highgui",
                "-o",
                "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}"
            ],
            "options": {
                "cwd": "${fileDirname}"
            },
            "problemMatcher": [
                "$gcc"
            ],
            "group": {
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            }
        }
    ]
}

.vscode/launch.json (用于调试)：

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "C/C++: g++ build and debug active file",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
            "args": [],
            "stopAtEntry": false,
            "cwd": "${fileDirname}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "MIMode": "lldb",
            "preLaunchTask": "C/C++: g++ build active file"
        }
    ]
}

然后把头文件路径改一下，就发现vscode能找到路径了，现在可以愉快做作业了。

#include<cmath>
#include<Eigen/Dense>
#include<Eigen/Core>
#include<iostream>

常见问题解决

1. Eigen 头文件找不到

   • 检查 Eigen 是否正确安装：ls /opt/homebrew/include/eigen3
   • 确认包含路径是否正确配置在json中
   • VSCode 可能需要重新加载窗口：Command + Shift + P，输入 “Reload Window”

2. 编译错误

   • 确保使用了正确的编译器（g++ 或 clang++）
   • 检查是否包含了所有必要的头文件
   • 确认 C++ 标准设置正确

3. error OpenCV 4.x+ requires enabled C++11 support
   我安装的是最近版本的OpenCV，根据报错信息OpenCV 4.x+ 需要C++11标准

   brew info opencv
   ==> opencv: stable 4.10.0 (bottled), HEAD
   
   

   需要g++ 指定标准，在task.json中arg第一行加入"-std=c++11" 即可
   但是这里有个大坑，因为作业的代码是更高的C++标准，所以还要给代码改成C++11标准……，要么一开始就别装最新版本的opencv，可以装个opencv@3 应该就可以兼容老师给的代码了。

   brew install opencv@3