CMake脚本优化技巧：自定义命令提升构建脚本的可维护性


参考资源链接：[cmake参考手册_中文.pdf](https://wenku.csdn.net/doc/6461bd24543f84448894e780?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. CMake脚本基础

CMake（Cross Platform Make）是一个跨平台的自动化构建系统，它使用CMakeLists.txt文件来控制编译过程，生成原生的构建环境。对于新手来说，掌握CMake脚本的基础知识是理解后续复杂概念的基石。本章我们将简要介绍CMake的历史、特点以及为什么它是IT行业内构建项目的首选工具。

## 1.1 CMake的历史与特点

CMake最初由肯·马丁于1999年为Kitware公司开发，目的是为了简化Tcl/Tk的构建过程。它支持多平台，包括Linux、Windows、Mac OS X等，通过生成对应平台的原生构建系统（如Makefile、Visual Studio项目等）来简化项目的编译配置。它的主要特点包括：

- 跨平台特性：无论是在Windows还是Unix-like系统上，CMake都能提供一致的构建体验。
- 代码和构建系统的分离：CMake通过CMakeLists.txt文件描述项目的结构，而不是在源代码中嵌入构建命令。
- 高度可配置和可扩展：它允许开发者自定义命令和函数，为复杂项目提供支持。

## 1.2 CMake的入门示例

让我们通过一个简单的示例来了解CMake的基本用法。假定我们有一个简单的hello world程序，包含一个源文件`main.cpp`：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, CMake!" << std::endl;
    return 0;
}

我们创建一个`CMakeLists.txt`文件来配置构建过程：

# 指定最低CMake版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

# 设置项目名称
project(MyFirstCMakeProject)

# 指定可执行文件名称
add_executable(hello_world main.cpp)

这个`CMakeLists.txt`配置了一个名为"MyFirstCMakeProject"的项目，并且生成了一个名为"hello_world"的可执行文件。这就是使用CMake入门的最基础流程。

通过这个简单的例子，我们可以看到CMake为项目构建过程带来的便利性。随着本章的深入，我们将继续探索CMake脚本的更多高级用法和最佳实践。

# 2. CMake脚本的基本结构和语法

在本章节中，我们将深入探讨CMake脚本的核心结构和语法。这将为使用CMake管理项目构建过程的用户打下坚实的基础。我们将从CMake的基本结构开始，逐步过渡到CMake的命令详解，最后讨论项目的构建和配置过程。

## 2.1 CMake的基本结构

CMake的构建系统是以CMakeLists.txt文件为核心的，该文件描述了构建过程的各个步骤。通过CMakeLists.txt，用户可以配置源代码文件、编译选项、依赖库和可执行文件的生成。

### 2.1.1 CMakeLists.txt的基本格式

每个CMake项目都必须有一个根目录下的CMakeLists.txt文件。这个文件通常包含以下几个核心部分：

- `cmake_minimum_required(VERSION x.y.z)`: 指定项目的CMake版本。
- `project(YourProjectName)`: 定义项目的名称。
- `include_directories()`: 添加头文件搜索路径。
- `link_directories()`: 添加库文件搜索路径。
- `add_executable()`: 添加一个可执行文件的构建规则。
- `target_link_libraries()`: 指定可执行文件链接到哪些库。

以下是一个简单的CMakeLists.txt文件示例：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(MyProject)

add_executable(MyApp main.cpp)

# 假设有一个库库名为MyLib，存在于lib目录下
link_directories(lib)
target_link_libraries(MyApp MyLib)

### 2.1.2 CMake指令和变量

CMake提供了丰富的指令来控制构建过程。这些指令常用于设置构建选项、查找依赖、编译和链接。例如：

- `set(variable_name value)`: 设置变量的值。
- `message(STATUS "some message")`: 显示消息信息。

变量是CMake中用于存储字符串、列表或路径的一种方式。CMake的变量通常以`CACHE{}`或`PROJECT_`等前缀开头，表示这些变量具有特定的作用范围或来源。

set(SOURCES main.cpp utils.cpp)
add_executable(MyApp ${SOURCES})

在上述例子中，`SOURCES`变量存储了需要编译的源文件列表。

## 2.2 CMake的命令详解

CMake提供了一系列的命令用于控制构建过程。我们首先介绍常用的CMake命令，随后通过实例来演示它们的使用方法。

### 2.2.1 常用的CMake命令

- `add_library()`: 创建一个库。
- `add_subdirectory()`: 添加一个子目录。
- `target_include_directories()`: 设置目标的头文件搜索路径。
- `aux_source_directory()`: 检索指定目录下的所有源文件，并将结果存入变量中。

### 2.2.2 命令的使用实例

以下实例展示了如何使用`add_library()`和`target_include_directories()`来构建一个库并链接到另一个可执行文件。

# 定义一个新的库
add_library(MyLib utils.cpp)

# 设置库的头文件路径，这样其他目标可以包含它
target_include_directories(MyLib PUBLIC include)

# 定义一个可执行文件并链接到刚才创建的库
add_executable(MyApp main.cpp)
target_link_libraries(MyApp PRIVATE MyLib)

在这个例子中，`add_library()`创建了一个新的库，而`target_include_directories()`设置了这个库的头文件路径，使得其他可执行文件或库可以轻松地找到并包含它的头文件。

## 2.3 CMake的项目构建和配置

CMake不仅用于配置构建过程，还可以控制项目如何构建和配置。我们首先介绍构建过程，然后讨论配置和缓存的使用。

### 2.3.1 项目的构建过程

构建过程涉及多个步骤：

- 配置阶段：CMake解析CMakeLists.txt文件，生成构建文件（如Makefile）。
- 编译阶段：使用构建工具（如make或ninja）编译源代码。
- 链接阶段：编译后的对象文件被链接成最终的可执行文件或库。

### 2.3.2 配置和缓存的使用

配置阶段允许用户设置或修改项目构建的参数，如编译器选项、定义宏等。CMake缓存提供了存储这些设置的能力，以便下次运行CMake时可以复用。

# 提示用户设置编译器优化选项
option(ENABLE_OPTIMIZATION "Enable compiler optimizations" OFF)

if(ENABLE_OPTIMIZATION)
  set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -O2")
endif()

# 生成缓存条目
set(MY_CACHE_ENTRY "some value" CACHE STRING "Description of the entry")

在这个示例中，`option()`指令创建了一个用户可配置的选项，并根据该选项是否启用来设置编译器标志。`set(... CACHE ...)`指令创建了一个缓存条目，这个条目下次CMake运行时将保留上次设置的值。

接下来，我们将深入探讨CMake脚本的自定义命令和函数，这是管理大型项目中代码复用和逻辑分离的关键部分。

# 3. CMake脚本的自定义命令和函数

## 3.1 自定义命令的创建和使用

### 3.1.1 创建自定义命令

在CMake中创建自定义命令是一种扩展CMake功能的方式。自定义命令可以通过`add_custom_command`指令来实现。该指令的基本语法如下：

add_custom_command(TARGET <target>
                  PRE_BUILD | PRE_LINK | POST_BUILD
                  COMMAND <command> [ARGS]... [orraine]
                  [BYPRODUCTS [files...]]
                  [COMMENT <comment>] [VERBATIM] [APPEND])

- **TARGET**: 表示这个自定义命令是用来和某个目标(target)关联的。
- **PRE_BUILD | PRE_LINK | POST_BUILD**: 表示命令应该在构建流程的哪个阶段执行。
- **COMMAND**: 指定要执行的命令。
- **ARGS**: 命令的参数。
- **COMMENT**: 在执行该命令时，显示在输出中的注释信息。
- **VERBATIM**: 确保命令和参数按照原样被传递到生成的构建系统中。
- **APPEND**: 将命令追加到指定target的自定义命令列表。

### 3.1.