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CMake 完全实战指南：从入门到精通

web 2025/7/30 14:14:40

CMake 完全实战指南：从入门到精通

一、CMake 核心概念

1. CMake 是什么？

构建系统生成器：生成各种平台的构建文件（Makefile、VS项目等）
跨平台解决方案：同一份配置适配不同操作系统
现代C/C++标准：推荐用于新项目开发

2. 核心工作流程

二、快速入门：5分钟上手

1. 基础项目结构

myapp/
├── CMakeLists.txt   # CMake配置文件
├── main.cpp         # 源代码
└── build/           # 构建目录（建议创建）

2. 最小 CMakeLists.txt

# 指定CMake最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)# 设置项目名称
project(MyApp)# 添加可执行文件
add_executable(myapp main.cpp)

3. 构建命令序列

# 创建构建目录
mkdir build && cd build# 生成构建系统（默认生成Makefile）
cmake ..# 编译程序
make# 运行程序
./myapp

三、核心语法详解

1. 项目设置

cmake_minimum_required(VERSION 3.20)  # 最低版本要求
project(MyApp                         # 项目名称VERSION 1.0.0                     # 项目版本DESCRIPTION "My Awesome App"      # 项目描述LANGUAGES CXX                     # 使用语言(CXX=C++)
)

2. 添加可执行文件

# 添加单个源文件
add_executable(app_single main.cpp)# 添加多个源文件
add_executable(app_multi main.cpputils.cppgraphics.cpp
)# 使用变量管理源文件
set(APP_SOURCESsrc/main.cppsrc/utils.cppsrc/graphics.cpp
)
add_executable(myapp ${APP_SOURCES})

3. 添加库文件

# 创建静态库
add_library(math_static STATIC math.cpp)# 创建动态库（共享库）
add_library(math_shared SHARED math.cpp)# 头文件接口库（无源文件）
add_library(math_interface INTERFACE)
target_include_directories(math_interface INTERFACE include)

4. 链接库文件

# 链接库到可执行文件
target_link_libraries(myapp PRIVATE math_static)# 不同链接范围：
# PRIVATE   - 仅当前目标使用
# INTERFACE - 仅依赖者使用
# PUBLIC    - 当前目标和依赖者都使用

5. 包含头文件目录

# 全局包含（旧式）
include_directories(include)# 目标级包含（推荐）
target_include_directories(myappPRIVATE src${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/includePUBLIC$<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>$<INSTALL_INTERFACE:include>
)

四、生成 Makefile 实战

1. 基础生成命令

# 生成标准Makefile
cmake -S . -B build -G "Unix Makefiles"# 指定构建类型
cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release# 设置安装前缀
cmake -S . -B build -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local

2. 高级生成选项

# 设置编译器
cmake -S . -B build -DCMAKE_C_COMPILER=clang -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++# 交叉编译配置
cmake -S . -B build \-DCMAKE_SYSTEM_NAME=Linux \-DCMAKE_C_COMPILER=arm-linux-gnueabihf-gcc \-DCMAKE_CXX_COMPILER=arm-linux-gnueabihf-g++# 生成编译数据库（用于工具链）
cmake -S . -B build -DCMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS=ON

3. 构建与安装

# 使用生成的Makefile构建
cd build
make -j$(nproc)       # 并行编译# 运行测试
make test# 安装程序
sudo make install# 清理构建
make clean

五、项目结构最佳实践

1. 标准项目布局

myproject/
├── CMakeLists.txt            # 根配置文件
├── cmake/                    # CMake模块
│   ├── FindMyLib.cmake
│   └── Config.cmake.in
├── include/                  # 公共头文件
│   └── myproject/
│       └── utils.h
├── src/                      # 源代码
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── main.cpp
│   └── utils.cpp
├── tests/                    # 测试代码
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── test_utils.cpp
└── build/                    # 构建目录

2. 模块化配置示例

根 CMakeLists.txt:

cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(MyProject VERSION 1.0)# 包含子目录
add_subdirectory(src)
add_subdirectory(tests)# 安装配置
include(GNUInstallDirs)
install(DIRECTORY include/ DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_INCLUDEDIR})

src/CMakeLists.txt:

# 添加库
add_library(myproject_lib STATIC utils.cpp)# 包含目录
target_include_directories(myproject_libPUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../include>$<INSTALL_INTERFACE:include>
)# 添加可执行文件
add_executable(myproject_main main.cpp)
target_link_libraries(myproject_main PRIVATE myproject_lib)# 安装规则
install(TARGETS myproject_lib myproject_mainARCHIVE DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}RUNTIME DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_BINDIR}
)

六、高级技巧

1. 条件编译

option(ENABLE_GPU "Enable GPU acceleration" OFF)if(ENABLE_GPU)find_package(CUDA REQUIRED)target_sources(myapp PRIVATE gpu_kernels.cu)target_link_libraries(myapp PRIVATE CUDA::cudart)
endif()# 命令行启用：cmake -DENABLE_GPU=ON ..

2. 第三方库集成

# 查找系统库
find_package(OpenSSL REQUIRED)# 使用FetchContent下载
include(FetchContent)
FetchContent_Declare(jsonGIT_REPOSITORY https://github.com/nlohmann/jsonGIT_TAG v3.11.2
)
FetchContent_MakeAvailable(json)# 链接库
target_link_libraries(myapp PRIVATE OpenSSL::SSLnlohmann_json::nlohmann_json
)

3. 自定义构建命令

# 生成配置文件
configure_file(config.h.in${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/config.h
)# 添加自定义目标
add_custom_target(DocumentationCOMMAND doxygen DoxyfileWORKING_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}COMMENT "Generating API documentation"
)# 文件操作
file(GLOB_RECURSE SOURCES "src/*.cpp")
file(MAKE_DIRECTORY ${CMAKE_BINARY_DIR}/generated)

七、与 Makefile 混用场景

1. 逐步迁移策略

# 在CMake中调用遗留Makefile
add_custom_target(build_legacyCOMMAND make -j4 -C legacy_codeWORKING_DIRECTORY ${CMAKE_SOURCE_DIR}COMMENT "Building legacy components"
)# 主目标依赖
add_executable(myapp main.cpp)
add_dependencies(myapp build_legacy)# 包含生成的头文件
target_include_directories(myapp PRIVATE legacy_code/output)

2. Makefile 调用 CMake

# Makefile 封装 CMake
BUILD_DIR = build
CMAKE = cmake
MAKE = makeall: configure buildconfigure:mkdir -p $(BUILD_DIR)cd $(BUILD_DIR) && $(CMAKE) ..build:cd $(BUILD_DIR) && $(MAKE)clean:rm -rf $(BUILD_DIR).PHONY: all configure build clean

八、最佳实践总结

源码与构建分离：始终在 build 目录构建
```
cmake -S . -B build
```
目标级别配置：使用 target_* 命令替代全局命令
现代 CMake 特性：
- 使用 target_link_libraries 传递依赖
- 使用生成器表达式 $<...>
- 使用 PUBLIC/PRIVATE/INTERFACE 作用域

版本管理：

# 在根 CMakeLists.txt 中设置
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

工具集成：

# 启用测试
enable_testing()
add_test(NAME MyTest COMMAND test_executable)

九、常见问题解决

问题	解决方案
“Could NOT find package”	添加 `find_package` 路径：`-DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/lib`
头文件找不到	检查 `target_include_directories` 路径
链接错误	确认 `target_link_libraries` 包含所需库
CMake版本过低	升级CMake或调整 `cmake_minimum_required`
跨平台问题	使用平台检测：`if(WIN32) ... elseif(UNIX) ...`
构建缓慢	使用 `ccache`：`-DCMAKE_CXX_COMPILER_LAUNCHER=ccache`

十、学习资源推荐

官方文档：https://cmake.org/cmake/help/latest/
现代CMake教程：
- https://modern-cmake-cn.github.io/ (中文)
- https://cliutils.gitlab.io/modern-cmake/ (英文)
实战项目参考：
- https://github.com/ttroy50/cmake-examples
- https://github.com/onqtam/awesome-cmake
在线练习：https://cmake.org/cmake/help/latest/guide/tutorial/index.html