Полное руководство по CMake. Часть вторая: Система сборки

В данной статье рассмотрено использование системы сборки CMake, применяемой в колоссальном количестве проектов на C/C++. Строго рекомендуется прочитать первую часть руководства во избежание непонимания синтаксиса языка CMake, явным образом фигурирующего на протяжении всей статьи.

Ниже приведены примеры использования языка CMake, по которым Вам следует попрактиковаться. Экспериментируйте с исходным кодом, меняя существующие команды и добавляя новые. Чтобы запустить данные примеры, установите CMake с официального сайта.

Система сборки CMake представляет из себя оболочку над другими платформенно зависимыми утилитами (например, Ninja или Make). Таким образом, в самом процессе сборки, как бы парадоксально это ни звучало, она непосредственного участия не принимает.

Система сборки CMake принимает на вход файл CMakeLists.txt с описанием правил сборки на формальном языке CMake, а затем генерирует промежуточные и нативные файлы сборки в том же каталоге, принятых на Вашей платформе.

Сгенерированные файлы будут содержать конкретные названия системных утилит, директорий и компиляторов, в то время как команды CMake орудуют лишь абстрактным понятием компилятора и не привязаны к платформенно зависимым инструментам, сильно различающихся на разных операционных системах.

Команда cmake_minimum_required проверяет запущенную версию CMake: если она меньше указанного минимума, то CMake завершает свою работу фатальной ошибкой. Пример, демонстрирующий типичное использование данной команды в начале любого CMake-файла:

# Задать третью минимальную версию CMake:
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

В начале любого CMakeLists.txt следует задать характеристики проекта командой project для лучшего оформления интегрированными средами и прочими инструментами разработки.

# Задать характеристики проекта "MyProject":
project(MyProject VERSION 1.2.3.4 LANGUAGES C CXX)

Стоит отметить, что если ключевое слово LANGUAGES опущено, то по умолчанию задаются языки C CXX. Вы также можете отключить указание любых языков путём написания ключевого слова NONE в качестве списка языков или просто оставить пустой список.

Команда include заменяет строку своего вызова кодом заданного файла, действуя аналогично препроцессорной команде include языков C/C++. Этот пример запускает скриптовый файл MyCMakeScript.cmake описанной командой:

message("'TEST_VARIABLE' is equal to [${TEST_VARIABLE}]")

# Запустить скрипт `MyCMakeScript.cmake` на выполнение:
include(MyCMakeScript.cmake)

message("'TEST_VARIABLE' is equal to [${TEST_VARIABLE}]")

В данном примере, первое сообщение уведомит том, что переменная TEST_VARIABLE ещё не определена, однако если скрипт MyCMakeScript.cmake определит данную переменную, то второе сообщение уже будет информировать о новом значении тестовой переменной. Таким образом, скриптовый файл, включаемый командой include, не создаёт собственной области видимости, о чём метко упомянули в комментариях к предыдущей статье.

Команда add_executable компилирует исполняемый файл с заданным именем из списка исходников. Важно отметить, что окончательное имя файла зависит от целевой платформы (например, <ExecutableName>.exe или просто <ExecutableName>). Типичный пример вызова данной команды:

# Скомпилировать исполняемый файл "MyExecutable" из
# исходников "ObjectHandler.c", "TimeManager.c" и "MessageGenerator.c":
add_executable(MyExecutable ObjectHandler.c TimeManager.c MessageGenerator.c)

Команда add_library компилирует библиотеку с указанным видом и именем из исходников. Важно отметить, что окончательное имя библиотеки зависит от целевой платформы (например, lib<LibraryName>.a или <LibraryName>.lib). Типичный пример вызова данной команды:

# Скомпилировать статическую библиотеку "MyLibrary" из
# исходников "ObjectHandler.c", "TimeManager.c" и "MessageConsumer.c":
add_library(MyLibrary STATIC ObjectHandler.c TimeManager.c MessageConsumer.c)

• Статические библиотеки задаются ключевым словом STATIC вторым аргументом и представляют из себя архивы объектных файлов, связываемых с исполняемыми файлами и другими библиотеками во время компиляции.
• Динамические библиотеки задаются ключевым словом SHARED вторым аргументом и представляют из себя двоичные библиотеки, загружаемые операционной системой во время выполнения программы.
• Модульные библиотеки задаются ключевым словом MODULE вторым аргументом и представляют из себя двоичные библиотеки, загружаемые посредством техник выполнения самим исполняемым файлом.
• Объектные библиотеки задаются ключевым словом OBJECT вторым аргументом и представляют из себя набор объектных файлов, связываемых с исполняемыми файлами и другими библиотеками во время компиляции.

Бывают случаи, требующие многократного добавления исходных файлов к цели. Для этого предусмотрена команда target_sources, способная добавлять исходники к цели множество раз.

Первым аргументом команда target_sources принимает название цели, ранее указанной с помощью команд add_library или add_executable, а последующие аргументы являются списком добавляемых исходных файлов.

Повторяющиеся вызовы команды target_sources добавляют исходные файлы к цели в том порядке, в каком они были вызваны, поэтому нижние два блока кода являются функционально эквивалентными:

# Задать исполняемый файл "MyExecutable" из исходников
# "ObjectPrinter.c" и "SystemEvaluator.c":
add_executable(MyExecutable ObjectPrinter.c SystemEvaluator.c)

# Добавить к цели "MyExecutable" исходник "MessageConsumer.c":
target_sources(MyExecutable MessageConsumer.c)
# Добавить к цели "MyExecutable" исходник "ResultHandler.c":
target_sources(MyExecutable ResultHandler.c)

# Задать исполняемый файл "MyExecutable" из исходников
# "ObjectPrinter.c", "SystemEvaluator.c", "MessageConsumer.c" и "ResultHandler.c":
add_executable(MyExecutable ObjectPrinter.c SystemEvaluator.c MessageConsumer.c
ResultHandler.c)

Местоположение выходных файлов, сгенерированных командами add_executable и add_library, определяется только на стадии генерации, однако данное правило можно изменить несколькими переменными, определяющими конечное местоположение двоичных файлов:

• Переменные RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY и RUNTIME_OUTPUT_NAME определяют местоположение целей выполнения.
• Переменные LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY и LIBRARY_OUTPUT_NAME определяют местоположение библиотек.
• Переменные ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY и ARCHIVE_OUTPUT_NAME определяют местоположение архивов.

Исполняемые файлы всегда рассматриваются целями выполнения, статические библиотеки — архивными целями, а модульные библиотеки — библиотечными целями. Для "не-DLL" платформ динамические библиотеки рассматриваются библиотечными целями, а для "DLL-платформ" — целями выполнения. Для объектных библиотек таких переменных не предусмотрено, поскольку такой вид библиотек генерируется в недрах каталога CMakeFiles.

Важно подметить, что "DLL-платформами" считаются все платформы, основанные на Windows, в том числе и Cygwin.

Команда target_link_libraries компанует библиотеку или исполняемый файл с другими предоставляемыми библиотеками. Первым аргументом данная команда принимает название цели, сгенерированной с помощью команд add_executable или add_library, а последующие аргументы представляют собой названия целей библиотек или полные пути к библиотекам. Пример:

# Скомпановать исполняемый файл "MyExecutable" с
# библиотеками "JsonParser", "SocketFactory" и "BrowserInvoker":
target_link_libraries(MyExecutable JsonParser SocketFactory BrowserInvoker)

Стоит отметить, что модульные библиотеки не подлежат компановке с исполняемыми файлами или другими библиотеками, так как они предназначены исключительно для загрузки техниками выполнения.

Команда add_subdirectory побуждает CMake к незамедлительной обработке указанного файла подпроекта. Пример ниже демонстрирует применение описанного механизма:

# Добавить каталог "subLibrary" в сборку основного проекта,
# а генерируемые файлы расположить в каталоге "subLibrary/build":
add_subdirectory(subLibrary subLibrary/build)

В данном примере первым аргументом команды add_subdirectory выступает подпроект subLibrary, а второй аргумент необязателен и информирует CMake о папке, предназначенной для генерируемых файлов включаемого подпроекта (например, CMakeCache.txt и cmake_install.cmake).

Стоит отметить, что все переменные из родительской области видимости унаследуются добавленным каталогом, а все переменные, определённые и переопределённые в данном каталоге, будут видимы лишь ему (если ключевое слово PARENT_SCOPE не было определено аргументом команды set). Данную особенность упомянули в комментариях к предыдущей статье.

Команда find_package находит и загружает настройки внешнего проекта. В большинстве случаев она применяется для последующей линковки внешних библиотек, таких как Boost и GSL. Данный пример вызывает описанную команду для поиска библиотеки GSL и последующей линковки:

# Загрузить настройки пакета библиотеки "GSL":
find_package(GSL 2.5 REQUIRED)

# Уведомить компилятор о каталоге заголовков "GSL":
include_directories(${GSL_INCLUDE_DIRS})

# Скомпановать исполняемый файл с библиотекой "GSL":
target_link_libraries(MyExecutable GSL::gsl)

В приведённом выше примере команда find_package первым аргументом принимает наименование пакета, а затем требуемую версию. Опция REQUIRED требует печати фатальной ошибки и завершении работы CMake если требуемый пакет не найден. Противоположность — это опция QUIET, требующая CMake продолжать свою работу, даже если пакет не был найден.

Далее вызывается команда include_directories, информирующая компилятора о расположении заголовочных файлов библиотеки GSL. Обратите внимание на то, что используется переменная GSL_INCLUDE_DIRS, хранящая местоположение описанных мною заголовков (это пример импортированных настроек пакета).

В конечном итоге, исполняемый файл MyExecutable линкуется с библиотекой GSL командой target_link_libraries с помощью переменной GSL::gsl, инкапсулирующей расположение самой GSL.

Вам, вероятно, захочеться проверить результат поиска пакета, если Вы указали опцию QUIET. Это можно сделать путём проверки переменной <PackageName>_FOUND, автоматически определяемой после завершения команды find_package. Например, в случае успешного импортирования настроек GSL в Ваш проект, переменная GSL_FOUND обратится в истину.

В общем случае, команда find_package имеет две разновидности запуска: модульную и конфигурационную. Пример выше применял модульную форму. Это означает, что во время вызова команды CMake ищет скриптовый файл вида Find<PackageName>.cmake в директории CMAKE_MODULE_PATH, а затем запускает его и импортирует все необходимые настройки (в данном случае CMake запустила стандартный файл FindGSL.cmake).

Команда install генерирует установочные правила для Вашего проекта. Данная команда способна работать с целями, файлами, папками и многим другим. Сперва рассмотрим установку целей.

Для установки целей необходимо первым аргументом описанной функции передать ключевое слово TARGETS, за которым должен следовать список устанавливаемых целей, а затем ключевое слово DESTINATION с расположением каталога, в который установятся указанные цели. Данный пример демонстрирует типичную установку целей:

# Установить цели "TimePrinter" и "DataScanner" в директорию "bin":
install(TARGETS TimePrinter DataScanner DESTINATION bin)

Процесс описания установки файлов аналогичен, за тем исключением, что вместо ключевого слова TARGETS следует указать FILES. Пример, демонстрирующий установку файлов:

# Установить файлы "DataCache.txt" и "MessageLog.txt" в директорию "~/":
install(FILES DataCache.txt MessageLog.txt DESTINATION ~/)

Процесс описания установки папок также аналогичен, за тем исключением, что вместо ключевого слова FILES следует указать DIRECTORY. Важно подметить, что при установке будет копироваться всё содержимое папки, а не только её название. Пример установки папок выглядит следующим образом:

# Установить каталоги "MessageCollection" и "CoreFiles" в директорию "~/":
install(DIRECTORY MessageCollection CoreFiles DESTINATION ~/)

После завершения обработки CMake всех Ваших файлов Вы можете выполнить установку всех описанных объектов командой sudo make install (если CMake генерирует Makefile), или же выполнить данное действие интегрированной средой разработки, поддерживающей CMake.

Данное руководство было бы неполным без демонстрации реального примера использования системы сборки CMake. Рассмотрим схему простого проекта, использующего CMake в качестве единственной системы сборки:

+ MyProject
      - CMakeLists.txt
      - Defines.h
      - StartProgram.c
      + core
            - CMakeLists.txt
            - Core.h
            - ProcessInvoker.c
            - SystemManager.c

Главный файл сборки CMakeLists.txt описывает компиляцию всей программы: сперва происходит вызов команды add_executable, компилирующей исполняемый файл, затем вызывается команда add_subdirectory, побуждающая обработку подпроекта, и наконец, исполняемый файл линкуется с собранной библиотекой:

# Задать минимальную версию CMake:
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

# Указать характеристики проекта:
project(MyProgram VERSION 1.0.0 LANGUAGES C)

# Добавить в сборку исполняемый файл "MyProgram":
add_executable(MyProgram StartProgram.c)

# Требовать обработку файла "core/CMakeFiles.txt":
add_subdirectory(core)

# Скомпановать исполняемый файл "MyProgram" со
# скомпилированной статической библиотекой "MyProgramCore":
target_link_libraries(MyProgram MyProgramCore)

# Установить исполняемый файл "MyProgram" в директорию "bin":
install(TARGETS MyProgram DESTINATION bin)

Файл core/CMakeLists.txt вызывается главным файлом сборки и компилирует статическую библиотеку MyProgramCore, предназначенную для линковки с исполняемым файлом:

# Задать минимальную версию CMake:
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

# Указать характеристики проекта:
project(MyProgramCore VERSION 1.0.0 LANGUAGES C)

# Добавить в сборку статическую библиотеку "MyProgramCore":
add_library(MyProgramCore STATIC ProcessInvoker.c SystemManager.c)

После череды команд cmake . && make && sudo make install работа системы сборки CMake завершается успешно. Первая команда побуждает обработку файла CMakeLists.txt в корневом каталоге проекта, вторая команда окончательно компилирует необходимые двоичные файлы, а третья команда устанавливает скомпанованный исполняемый файл MyProgram в систему.

Теперь Вы способны писать свои и понимать чужие CMake-файлы, а подробно прочитать про остальные механизмы Вы можете на официальном сайте.

Следующая статья данного руководства будет посвящена тестированию и созданию пакетов с помощью CMake и выйдет через неделю. До скорых встреч!

Let's block ads! (Why?)