Cmake基礎(chǔ)示例：如何編譯【跨平臺(tái)】的動(dòng)態(tài)庫(kù)和應(yīng)用程序
大家好，我是道哥，今天我為大伙兒解說(shuō)的技術(shù)知識(shí)點(diǎn)是：【使用 cmake 來(lái)構(gòu)建跨平臺(tái)的動(dòng)態(tài)庫(kù)和應(yīng)用程序】。
在很久之前，曾經(jīng)在B站上傳過(guò)幾個(gè)小視頻，介紹了在Windows和Linux這兩個(gè)平臺(tái)下，如何通過(guò)cmake和make這兩個(gè)構(gòu)建工具，來(lái)編譯、鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)、靜態(tài)庫(kù)以及可執(zhí)行程序。
視頻中的示例代碼是提前寫好的，因此重點(diǎn)就放在構(gòu)建(Build)環(huán)節(jié)了。主要是介紹了動(dòng)態(tài)庫(kù)與動(dòng)態(tài)庫(kù)之間、應(yīng)用程序與動(dòng)態(tài)庫(kù)之間的引用等等。
對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)、靜態(tài)庫(kù)比較熟悉的小伙伴，應(yīng)該很容易就能理解其中的內(nèi)容。但是對(duì) C 語(yǔ)言不熟悉的朋友，看起來(lái)還是有一點(diǎn)點(diǎn)障礙。
這篇文章，主要是把視頻中的示例代碼進(jìn)行簡(jiǎn)化，只使用一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)和一個(gè)可執(zhí)行文件，使用cmake構(gòu)建工具，演示在 Windows 和 Linux 這兩個(gè)平臺(tái)下的構(gòu)建過(guò)程。
本文的內(nèi)容很基礎(chǔ)，算是使用 cmake 來(lái)構(gòu)建跨平臺(tái)程序的入門教程吧!
示例代碼
首先看一下測(cè)試代碼的全貌：
- mylib：只有一個(gè)源文件，編譯輸出一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù);
- myapp：也只有一個(gè)源文件，鏈接 mylib 動(dòng)態(tài)庫(kù)，編譯輸出一個(gè)可執(zhí)行程序;
mylib
在mylib目錄中，一共有3個(gè)文件：mylib.h, mylib.c 以及 CMakeLists.txt，內(nèi)容分別如下：
- // mylib/mylib.h w文件
- #ifndef _MY_LIB_
- #define _MY_LIB_
- #ifdef MY_LINUX
- #define MYLIB_API extern
- #else
- #ifdef MYLIB_EXPORT
- #define MYLIB_API __declspec(dllexport)
- #else
- #define MYLIB_API __declspec(dllimport)
- #endif
- #endif
- MYLIB_API int my_add(int num1, int num2);
- MYLIB_API int my_sub(int num1, int num2);
- #endif // _MY_LIB_
以上這個(gè)代碼，主要是用在Windows系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)出庫(kù)，在 Linux 系統(tǒng)中，不是必要的。
補(bǔ)充：在 windows 系統(tǒng)中，編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)會(huì)生成 xxx.dll 和 xxx.lib。xxx.dll 中是真正的庫(kù)文件指令，xxx.lib 中僅僅是符號(hào)表。
具體來(lái)說(shuō)：在 Windows 系統(tǒng)中，當(dāng)編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)的時(shí)候，打開(定義)宏 MYLIB_EXPORT，下面這個(gè)宏生效：
- #define MYLIB_API __declspec(dllexport)
這樣的話，兩個(gè)函數(shù) my_add 和 my_sub 的符號(hào)才可能被導(dǎo)出到 mylib.lib 文件中。
當(dāng)這個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)被應(yīng)用程序(myapp)使用的時(shí)候，myapp.c在 include mylib.h 的時(shí)，關(guān)閉宏 MYLIB_EXPORT，此時(shí)下面這個(gè)宏就生效：
- #define MYLIB_API __declspec(dllimport)
為了簡(jiǎn)化宏定義的復(fù)雜度，這里就不考慮靜態(tài)庫(kù)了。
看完了頭文件，再來(lái)看看源文件mylib.c：
- // mylib/mylib.c 文件
- #include "mylib.h"
- int my_add(int num1, int num2)
- {
- return (num1 + num2);
- }
- int my_sub(int num1, int num2)
- {
- return (num1 - num2);
- }
最后再來(lái)看一下mylib/CMakeLists.txt文件：
- // mylib/CMakeLists.txt 文件
- CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
- PROJECT(mylib VERSION 1.0.0)
- # 自定義宏，代碼中可以使用
- ADD_DEFINITIONS(-DMYLIB_EXPORT)
- # 頭文件
- INCLUDE_DIRECTORIES(./)
- # 源文件
- FILE(GLOB MYLIB_SRCS "*.c")
- # 編譯目標(biāo)
- ADD_LIBRARY(${PROJECT_NAME} SHARED ${MYLIB_SRCS})
關(guān)于cmake的語(yǔ)法就不多說(shuō)了，這里只用到了其中很少的一部分。
注意其中的一點(diǎn)：ADD_DEFINITIONS(-DMYLIB_EXPORT)，因?yàn)檫@個(gè)CMakeLists.txt是用來(lái)編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)的，因此在Windows平臺(tái)下，每一個(gè)導(dǎo)出符號(hào)的前面需要加上 __declspec(dllexport)，因此需要打開宏定義：MYLIB_EXPORT。
myapp
應(yīng)用程序的代碼就更簡(jiǎn)單了，只有兩個(gè)文件：myapp.c 和 CMakeLists.txt，內(nèi)容如下：
- // myapp/myapp.c 文件
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include "mylib.h"
- int main(int argc, char *argv[])
- {
- int ret1, ret2;
- int a = 5;
- int b = 2;
- ret1 = my_add(a, b);
- ret2 = my_sub(a, b);
- printf("ret1 = %d \n", ret1);
- printf("ret2 = %d \n", ret2);
- getchar();
- return 0;
- }
HelloWorld級(jí)別的代碼，不需要多解釋!CMakeLists.txt內(nèi)容如下：
- // myapp/CMakeLists.txt 文件
- CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
- PROJECT(myapp VERSION 1.0.0)
- # 頭文件路徑
- INCLUDE_DIRECTORIES(./include)
- # 庫(kù)文件路徑
- LINK_DIRECTORIES(./lib)
- # 源文件
- FILE(GLOB MYAPP_SRCS "*.c")
- # 編譯目標(biāo)
- ADD_EXECUTABLE(${PROJECT_NAME} ${MYAPP_SRCS})
- # 依賴的動(dòng)態(tài)庫(kù)
- TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} mylib)
最后一行 TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} mylib) 說(shuō)明要鏈接mylib這個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)。
那么到哪個(gè)目錄下去查找相應(yīng)的頭文件和庫(kù)文件呢?
通過(guò)這兩行來(lái)指定查找目錄：
- # 頭文件路徑
- INCLUDE_DIRECTORIES(./include)
- # 庫(kù)文件路徑
- LINK_DIRECTORIES(./lib)
這個(gè)兩個(gè)目錄暫時(shí)還不存在，待會(huì)編譯的時(shí)候我們?cè)偈謩?dòng)創(chuàng)建。
可以讓 mylib 在編譯時(shí)的輸出文件，自動(dòng)拷貝到指定的目錄。但是為了不把問(wèn)題復(fù)雜化，某些操作步驟通過(guò)手動(dòng)操作來(lái)完成，這樣也能更清楚的理解其中的鏈接過(guò)程。
最后就剩下最外層的CMakeLists.txt文件了：
- CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
- PROJECT(cmake_demo VERSION 1.0.0)
- SET(CMAKE_C_STANDARD 99)
- # 自定義宏，代碼中可以使用
- if (CMAKE_HOST_UNIX)
- ADD_DEFINITIONS(-DMY_LINUX)
- else ()
- ADD_DEFINITIONS(-DMY_WINDOWS)
- endif()
- ADD_SUBDIRECTORY(mylib)
- ADD_SUBDIRECTORY(myapp)
它所做的主要工作就是：根據(jù)不同的平臺(tái)，定義相應(yīng)的宏，并且添加了mylib和myapp這兩個(gè)子文件夾。
Linux 下構(gòu)建過(guò)程
cmake 配置
為了不污染源文件目錄，在最外層目錄下新建build目錄，然后執(zhí)行cmake指令：
- $ cd ~/tmp/cmake_demo/
- $ mkdir build
- $ cd build/
- $ ls
- $ cmake ..
此時(shí)，在build目錄下，產(chǎn)生如下文件：
- CMakeCache.txt CMakeFiles cmake_install.cmake Makefile myapp mylib
make 編譯
我們可以分別進(jìn)入mylib和myapp目錄，執(zhí)行make指令來(lái)單獨(dú)編譯，也可以直接在build目錄下編譯所有的目標(biāo)。
現(xiàn)在就直接在build目錄下編譯所有目標(biāo)：
- $ cd ~/tmp/cmake_demo/build
- $ make
- Scanning dependencies of target mylib
- [ 25%] Building C object mylib/CMakeFiles/mylib.dir/mylib.c.o
- [ 50%] Linking C shared library libmylib.so
- [ 50%] Built target mylib
- Scanning dependencies of target myapp
- [ 75%] Building C object myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o
- ~/tmp/cmake_demo/myapp/myapp.c:4:19: fatal error: mylib.h: 沒(méi)有那個(gè)文件或目錄
- #include "mylib.h"
- ^
- compilation terminated.
- myapp/CMakeFiles/myapp.dir/build.make:62: recipe for target 'myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o' failed
- make[2]: *** [myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o] Error 1
- CMakeFiles/Makefile2:140: recipe for target 'myapp/CMakeFiles/myapp.dir/all' failed
- make[1]: *** [myapp/CMakeFiles/myapp.dir/all] Error 2
- Makefile:83: recipe for target 'all' failed
- make: *** [all] Error 2
從提示信息中看出：已經(jīng)編譯生成了 ./mylib/libmylib.so 文件，但是在編譯可執(zhí)行程序 myapp 時(shí)遇到了錯(cuò)誤：找不到 mylib.h 文件!
在剛才介紹myapp/CMakeLists.txt文件時(shí)說(shuō)到：應(yīng)用程序查找頭文件的目錄是 myapp/include, 查找?guī)煳募哪夸浭? myapp/lib。
但是這2個(gè)目錄以及相應(yīng)的頭文件、庫(kù)文件都不存在!
因此我們需要手動(dòng)創(chuàng)建，并且把頭文件mylib.h和庫(kù)文件libmylib.so拷貝進(jìn)去，操作過(guò)程如下：
- $ cd ~/tmp/cmake_demo/myapp/
- $ mkdir include lib
- $ cp ~/tmp/cmake_demo/mylib/mylib.h ./include/
- $ cp ~/tmp/cmake_demo/build/mylib/libmylib.so ./lib/
注意：剛才編譯生成的庫(kù)文件libmylib.so是在build目錄下。
準(zhǔn)備好頭文件和庫(kù)文件之后，再次編譯一下：
- $ cd ~/tmp/cmake_demo/build/
- $ make
- [ 50%] Built target mylib
- [ 75%] Building C object myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o
- [100%] Linking C executable myapp
- [100%] Built target myapp
此時(shí)，就在 build/myapp 目錄下生成可執(zhí)行文件myapp了。
測(cè)試、執(zhí)行
- $ cd ~/tmp/cmake_demo/build/myapp
- $ ./myapp
- ret1 = 7
- ret2 = 3
完美!
由于我們是在build目錄下編譯的，編譯過(guò)程中所有的輸出和中間文件，都放在build目錄下，一點(diǎn)都沒(méi)有污染源文件。
Windows 下構(gòu)建過(guò)程
把Linux系統(tǒng)中的build文件夾刪除，然后把測(cè)試代碼壓縮，復(fù)制到Windows系統(tǒng)中繼續(xù)測(cè)試。
在Windows下編譯，一般就很少使用命令行了，大部分都使用VS或者VSCode來(lái)編譯。
打開 VSCode，然后打開測(cè)試代碼文件夾 cmake_demo:
因?yàn)樾枰褂胏make工具來(lái)構(gòu)建，所以需要在VSCode安裝 cmake 插件。(如何安裝 VSCode 插件就不贅述了)
第一步: cmake 配置
按下鍵盤 ctrl + shift + p，在命令窗口中選擇 Cmake: Configure，如果沒(méi)看到這個(gè)選項(xiàng)，就手動(dòng)輸入前面的幾個(gè)字符，然后就可以智能匹配到：
在第一次 Configure 的時(shí)候，會(huì)彈出下面的選項(xiàng)，來(lái)選擇編譯器：
我們這里選擇 64 位的 amd64。
配置的結(jié)果輸出在最下面窗口中的output標(biāo)簽中，如下所示：
這就表明cmake配置成功，正確的執(zhí)行了每一個(gè)文件夾下的 CMakeLists.txt 文件。
這個(gè)時(shí)候，來(lái)看一下資源管理器中有啥變化：自動(dòng)生成了 build 目錄，其中的文件如下：
看來(lái)，流程與Linux系統(tǒng)中都是一樣的，只不過(guò)這里是VSCode主動(dòng)幫我們做了一些事情。
第二步: 編譯
配置之后，下一步就是編譯了。
按下 shift + F7，或者單擊VSCode底部的 Build 圖標(biāo)：
彈出編譯目標(biāo)列表：
這里選擇 ALL_BUILD，也就是編譯所有的目標(biāo)：mylib 和 myapp，輸出如下：
來(lái)看一下編譯的輸出文件：
mylib.dll 就是編譯得到的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，mylib.lib是導(dǎo)入符號(hào)。
myapp.exe 是編譯得到的可執(zhí)行程序。
第三步: 執(zhí)行
我們先在命令行窗口中執(zhí)行一下myapp.exe：
提示錯(cuò)誤：找不到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)!
手動(dòng)把mylib.dll拷貝到myuapp.exe同一個(gè)目錄下，然后再執(zhí)行一次 myapp.exe:
完美!
但是，既然已經(jīng)用VSCode來(lái)編譯了，那就繼續(xù)在VSCode中進(jìn)行代碼調(diào)試吧。
按下調(diào)試快捷鍵 F5，第一次會(huì)彈出調(diào)試器選擇項(xiàng)：
選擇 LLDB，然后彈出錯(cuò)誤對(duì)話框：
因?yàn)槲覀儧](méi)有提供相應(yīng)的配置文件來(lái)告訴VSCode調(diào)試哪一個(gè)可執(zhí)行程序。
單擊[OK]之后，VSCode 會(huì)自動(dòng)為我們生成 .vscode/launcher.json 文件，內(nèi)容如下：
把其中的program項(xiàng)目，改成可執(zhí)行程序的全路徑：
- "program": "F:/tmp/cmake_demo/build/myapp/Debug/myapp.exe"
然后再次按下F5鍵，這回終于可以正確執(zhí)行了：
此時(shí)，就可以在mylib.c或者myapp.c中設(shè)置斷點(diǎn)，然后進(jìn)行單步調(diào)試程序了：
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