CMake ——库的安装与导出

CMake ——库的安装与导出

RayAlto OP
  2024-03-12 13:24:14 2024-03-12 13:24:14 创建   2024-03-12 13:56:30 2024-03-12 13:56:30 更新    

如何成为 C++ 程序员

不知道是哪一天的哪个程序吸引了你，或者单纯是脑子里哪根弦搭错了，你决定要成为一名 C++ 程序员。

受到国内 C++ 领域大神谭浩强的影响，你入坑了 Visual C++ 6.0 ，去国内精英程序员论坛 CSDN 搜索了半天之后你终于在 Windows 11 上成功安装了 Visual C++ 6.0 ，身边人纷纷投来看到了原始人的目光，你发现了异样，又在对简体中文的支持处于世界领先地位的百度上找到了 Visual C++ 6.0 的上位替代 Visual Studio ，装完之后发现 C 盘急得红温了。

你心想：这下终于能写一写 C++ 了，对着 Visual Studio 疯狂输出，写了几坨 C with class 之后你发现你的源文件、头文件越来越多，还有了链接别的库的需求，对着 GUI 像猴子一样戳来戳去终于配置好了之后你发现你的项目结构一坨，你觉得 Visual Studio 虽然有 GUI ，但也不怎么好用。

你打算学一学命令行自己管理项目文件，离开 M$ 之后你首先看中了 GNU GCC ，你倒了八辈子血霉选择去 SourceForge 手动下载一个 MinGW-W64 ，废了九牛二虎之力你终于学会了 g++ test.cpp -o test ，你觉得自己很牛逼，但你还是不知道这句指令背后发生了什么，同时你发现你的编辑器没有代码补全之类的现代人应该用的东西，而且组织多个源文件时也不能一直手写 g++ 编译，你又决定学习 Makefile ，恭喜你，你已经在学习 C++ 的道路上越走越远了。

你一边学习着 Neovim, Lua, Makefile, CMake, clangd, clang-tidy, clang-format 之类花里胡哨的东西，一边想着“我到底什么时候能开始学习 C++ ？”

1. Targets 文件

这里有一个命名方式的问题， CMake 支持 PascalCase 和 dash-case ， i.e. ProjectNameTargets.cmake 和 project-name-targets.cmake 都是正确的命名方式，我选择 dash-case

因为现在站在了库的开发者视角，提供 project-name-targets.cmake 才是正确的导出做法， CMake 提供了一个方便的生成 targets.cmake 的方式：

1
2
3
4
5
6
7
install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
  EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets
  RUNTIME DESTINATION bin
  LIBRARY DESTINATION lib
  ARCHIVE DESTINATION lib
  INCLUDES DESTINATION include
)

其实这句是用来安装你的 target 的，包括你的库文件、可执行程序等，只不过其中的 EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets 会使 CMake 帮你生成一个 targets.cmake ，位置在 ${PROJECT_BINARY_DIR}/CMakeFiles/Export/*/project-name-targets.cmake ，但显式写出 bin, lib, include 目录有些原始，可以借助 GNUInstallDirs 模块：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
include(GNUInstallDirs) # 引入 CMAKE_INSTALL_*DIR 变量

install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
  EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets
  RUNTIME DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_BINDIR}
  LIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
  ARCHIVE DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
  INCLUDES DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_INCLUDEDIR}
)

生成后需要配置安装，可以用 install(EXPORT) ：

1
2
3
4
5
install(EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets
  FILE ${PROJECT_NAME}-targets.cmake
  NAMESPACE ${PROJECT_NAME}::
  DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

如果正确安装后，一份 project-name-targets.cmake 会出现在比如 /usr/lib/cmake/project-name/project-name-targets.cmake ，用户现在可以通过 find_package(project-name) 来找到你的库了，因为加了 NAMESPACE ${PROJECT_NAME}:: ，用户在使用时需要像这样写：

1
2
find_package(project-name)
target_link_libraries(target PRIVATE project-name::project-name)

2. Config 文件

Config 文件用来保证用户在 find_package 之后真的配置好了库的所有细节，官方推荐的做法是写一个 project-name-config.cmake ，这里用 *.in 文件生成：

1
2
3
4
@PACKAGE_INIT@

include("${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/@PROJECT_NAME@-targets.cmake")
check_required_components("@PROJECT_NAME@")

我的喜好是把这个文件放进 project_root/cmake/config.cmake.in ，然后在主 CMakeLists.txt 中这样输出实际的 Config 文件：

1
2
3
4
5
6
7
include(CMakePackageConfigHelpers)

configure_package_config_file(
  ${PROJECT_SOURCE_DIR}/cmake/config.cmake.in
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config.cmake
  INSTALL_DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

这里的 INSTALL_DESTINATION 貌似没什么用，后面还要手动配置安装方式，但官方这么写应该有官方的道理

官方还推荐写一个 ConfigVersion 文件，用来配置库的版本号：

1
2
3
4
5
write_basic_package_version_file(
  ${PROJECT_NAME}-config-version.cmake
  VERSION ${PACKAGE_VERSION}
  COMPATIBILITY AnyNewVersion
)

这两个文件也需要配置安装，用 install(FILES) 即可：

1
2
3
4
5
install(FILES
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config.cmake
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config-version.cmake
  DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

如果正确安装后，这两个文件会出现在比如 /usr/lib/cmake/project-name/project-name-config.cmake 和 /usr/lib/cmake/project-name/project-name-config-version.cmake

3. 头文件

下面的配置方式有一个前提，关于头文件的结构，按照我喜欢的方式的话，项目的头文件目录应该像这样：

1
2
3
4
5
project_root
└── include
    └── project_name
        ├── ***.hpp
        └── ***.hpp

大概是把 project_root 当作 PREFIX 的感觉，项目内引入头文件时要这样写：

1
#include "project_name/***.hpp"

这样组织的好处是，安装时只需要把 project_name 目录复制进 PREFIX/include 即可，安装后使用这个库时也不需要引入额外的头文件目录，因为 PREFIX/include 一般是默认的头文件目录之一，也就不需要告诉 CMake 使用这个库需要额外的头文件目录了

之前没有考虑配置安装或导出的项目可能会有这样的 CMake 代码：

1
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${${PROJECT_NAME}_INCLUDES})

这样写的话 CMake 会认为你的头文件不需要安装，所以要把 PRIVATE 改成 PUBLIC ：

1
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC ${${PROJECT_NAME}_INCLUDES})

这样写还有一个问题，你的头文件目录是一个绝对目录，可能是类似 /home/user/Projects/proj/include 的目录， CMake 不能智能地帮你处理好头文件目录，你需要用 BUILD_INTERFACE 和 INSTALL_INTERFACE 生成表达式：

1
2
3
4
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
  $<BUILD_INTERFACE:${${PROJECT_NAME}_INCLUDES}> # 编译项目时引用项目下的头文件目录
  $<INSTALL_INTERFACE:include>  # 安装项目时引用 `<PREFIX>/include` ，比如 `/usr/include`
)

现在需要考虑头文件的安装方式， CMake 3.23 后加入了 target_sources(FILE_SET) 可以方便地管理头文件，但我选择了 CMake 3.9 版本，所以只能用相对原始的方式， i.e. install(DIRECTORY) ：

1
install(DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/${PROJECT_NAME} DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_INCLUDEDIR})

翻译过来就是把 <project_root>/include 下的 <project_name> 目录复制到 PREFIX/include 目录下，如果成功安装后，比如 /usr/include 目录下会出现 <project_name> 目录，目录内的结构与你的项目里的结构一模一样

4. 完整示例

比如项目叫 foo ，是一个库，库名也叫 foo ，项目结构：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
.
├── cmake
│   └── config.cmake.in
├── CMakeLists.txt
├── include
│   └── foo
│       ├── ***.hpp
│       └── ***.hpp
├── LICENSE
├── readme.md
└── src
    ├── CMakeLists.txt
    ├── ***.cpp
    └── ***.cpp

Config 文件模板 ./cmake/config.cmake.in 文件应该是这样的：

1
2
3
4
@PACKAGE_INIT@

include("${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/@PROJECT_NAME@-targets.cmake")
check_required_components("@PROJECT_NAME@")

./CMakeLists.txt 中安装和导出相关的语句是这样的：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
# 引入要用到的 CMake 模块
include(CMakePackageConfigHelpers)
include(GNUInstallDirs)

# 基本安装及 Targets 文件的生成
install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
  EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets
  RUNTIME DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_BINDIR}
  LIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
  ARCHIVE DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
  INCLUDES DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_INCLUDEDIR}
)

# Targets 文件的安装
install(EXPORT ${PROJECT_NAME}-targets
  FILE ${PROJECT_NAME}-targets.cmake
  NAMESPACE ${PROJECT_NAME}::
  DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

# Config 文件的导出（与安装？）
configure_package_config_file(
  ${PROJECT_SOURCE_DIR}/cmake/config.cmake.in
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config.cmake
  INSTALL_DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

# ConfigVersion 文件的导出
write_basic_package_version_file(
  ${PROJECT_NAME}-config-version.cmake
  VERSION ${PACKAGE_VERSION}
  COMPATIBILITY AnyNewerVersion
)

# Config 和 ConfigVersion 文件的安装
install(FILES
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config.cmake
  ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}-config-version.cmake
  DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}/cmake/${PROJECT_NAME}
)

# 头文件的安装
install(DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/${PROJECT_NAME} DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_INCLUDEDIR})

废话

这么看的话 CMake 的安装和导出部分代码是可以与项目无关的，只要项目没有用 sub module 之类的奇葩方式引入其他库，估计这些代码就可以一直用到似，或者说 CMake 后面会有更方便的配置方式？

目录
CMake ——库的安装与导出
  1. 1. Targets 文件
  2. 2. Config 文件
  3. 3. 头文件
  4. 4. 完整示例
  5. 废话