Linux 编译工具 gcc/g++、Make/Makefile、CMake/CMakeLists.txt、qmake

前言

编译器的主要工作流程：

源码（Source Code）>> 预处理器（Preprocessor）>> 编译器（Compiler）>> 汇编程序（Assembler）>> 目标代码（Target Code）>> 链接器（Linker）>> 可执行程序（Executables）

• GCC，全称 GNU Compiler Collection，是 GNU 编译器套装，最开始编译 C 语言，后来可以处理 C++ 以及 Fortran, Java, Go 等其他语言；
• G++ 是 GCC 对 C++ 的升级版本，两者区别见后文；
• Make 是批处理工具，通过规则文件 Makefile 调用 GCC 等实现编译；
• CMake 是跨平台编译工具，依据规则文件 CMakeLists.txt 生成 Makefile
• qmake 是 Qt 专用编译工具，也是生成 Makefile 文件

一. GCC / G++

• 基本用法

语法： gcc/g++   [options]   file...

gcc [-E | -S | -c]  [-std=standrad]

　　[-g]  [-Idir]  [-Ldir]

　　[-o outfile]

基本选项

-E      Preprocess only; do not compile, assemble or link        预处理
-S      Compile only; do not assemble or link                            编译，生成 .s 汇编代码
-c       Compile and assemble, but do not link                           编译和汇编，生成 .o 的 obj 文件
-o       <file> Place the output into <file>                                    链接，将 .o 链接到指定的可执行文件，若不指定可执行文件的名称，默认为 a.out

目录选项

-Idir  指定头文件的搜索目录

-Ldir  指定库文件的搜索目录

-llibraray  指定编译时使用的库

链接方式选项

-static  编译为静态库

-shared  编译为动态库

-dPIC  编译器就输出位置无关目标代码，使用于生成动态链接库（DLL - Dynamic Linking Library）

• 举例

• GCC 与 G++ 区别
  • 两者都可以编译 C 和 C++ 代码；对于 .c 文件，GCC 把它当做 C 程序，G++ 当做 C++ 程序；对于 .cpp 文件，二者都将其视为 C++ 程序
  • 编译阶段，G++ 会调用 GCC，对于 C++ 代码，两者等价；但 GCC 不能自动和 C++ 程序使用的库链接，因而，对于 C++ 程序，一般都使用 G++ 做编译和链接

二. Make / Makefile、CMake / CMakeLists.txt、qmake

• GCC/G++ 一般用于单个源文件的编译，当一个工程有多个源文件时，再用 GCC/G++ 逐个编译效率太低，所以出现 make 工具。
• Make 相当于一个批处理命令，本身没有编译功能，通过 makefile 规则文件调用 GCC/G++ 或其他命令来编译和链接。当工程较大时，手写 makefile 比较麻烦；且在不同平台下编译时，需重新修改 makefile 文件，十分麻烦，因而 CMake 应运而生。
• CMake 是一个跨平台的编译工具，通过规则文件 CMakeLists.txt 生成 Makefile 文件，CMakeLists.txt 文件需要自己去写。
• qmake 是为 Qt 量身打造的编译工具，Qt 是跨平台 C++ 图形用户界面应用程序开发框架。qmake 根据 Qt 工程文件（.pro）生成跨平台的 makefile 文件。

整个逻辑如下图所示（参考知乎问题：make makefile cmake qmake都是什么，有什么区别？）：

三. CMakeLists.txt 

• 基本指令

0. 基本语法规则

• 变量使用 ${} 取值，IF控制语句中直接使用变量名
• 指令(参数1 参数2 ...)
• 参数之间用
• 指令大小写无关，参数和变量大小写相关，但推荐全部使用大写

1. 指定 cmake 最小版本

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5.1)

此命令是可选的，一般不需要写这句话，但当使用了高版本的 cmake，则需要提醒用户需要升级 cmake

2. 设置项目名称

PROJECT(hello)

自动引入两个变量 hello_BINARY_DIR 和 hello_SOURCE_DIR

3. 生成可执行文件

ADD_EXECUTABLE(hello hello_world.cpp) 

4. 设置编译类型

1. ADD_LIBRARY(hello hello.cpp) # 默认生成静态库
2. ADD_LIBRARY(hello STATIC hello.cpp) # 指定为静态库
3. ADD_LIBRARY(helloshared SHARED hello.cpp) # 指定为共享库

假设 hello.cpp 文件中没有 main 函数，意味着这个库中没有可执行文件。添加上述命令，cmake 后会依次生成下面几个文件：

　　　　libhello.a     libhello.a       libhello_shared.so

静态库以 .a 为后缀名，共享库以 .so 为后缀名，所有库都是一些函数打包后的集合，静态库每次被调用都会生成一个副本，而共享库则只有一个副本，更省空间。

库文件是一个压缩包，里面有编译好的二进制函数，仅有 .a 或 .so 库文件，别人并不知道里面的函数是什么样的，或如何调用；这就需要提供一个头文件，有了库文件和头文件，就可以调用这个库。

5. 设置变量

（1）set 直接设置变量的值

SET(SRC_LIST a.cpp b.cpp)
ADD_EXECTUABLE(demo ${SRC_LIST})

（2）set 追加设置变量的值

SET(SRC_LIST a.cpp)
SET(SRC_LIST ${SRC_LIST} b.cpp)
ADD_EXECTUABLE(demo ${SRC_LIST})

（3）LIST 追加或删除变量的值

SET(SRC_LIST a.cpp)
LIST(APPEND SRC_LIST b.cpp)
LIST(REMOVE_ITEM SRC_LIST b.cpp)
ADD_EXECTUABLE(demo ${SRC_LIST})

6. 指定源文件

（1）明确指定（用空格或分号隔开）

ADD_LIBRARY(hello hello.cpp a.cpp b.cpp)

（2）所有源文件

AUX_SOURCE_DIRECTORY(dir VAR) 发现一个目录下所有的源代码文件并将列表存储在一个变量中。

AUX_SOURCE_DIRECTORY(. SRC_LIST) # 搜索当前目录下的所有.cpp文件

ADD_LIBRARY(hello ${SRC_LIST})

7. 查找指定的库文件

FIND_LIBRARY(VAR name path)查找到指定的预编译库，并将它的路径存储在变量中。默认的搜索路径为 cmake 包含的系统库。

类似的命令还有 find_file()、find_path()、find_program()、find_package()等。

8. 设置包含的目录

INCLUDE_DIRECTORIES(
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
    ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include

或

SET(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -I${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}")

9. 设置链接库搜索目录

LINK_DIRECTORIES(
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs
)

或

SET(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -L${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs")

10. 设置 Target 需要链接的库

TARGET_LINK_LIBRARIES(target_lib  link_lib_path)

（1）指定链接静态库或共享库

TARGET_LINK_LIBRARIES(hello libhello.a)

TARGET_LINK_LIBRARIES(hello libhello_shared.so) 

（2）设置全路径

TARGET_LINK_LIBRARIES(hello ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs/libhello.a)

TARGET_LINK_LIBRARIES(hello ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/libs/libhello_shared.so)

• 示例：hello_world

（1）编写 hello_world.cpp 源文件和 CMakeLists.txt 文件

（2）在当前路径下执行 cmake .  命令，可以发现生成了 CMakeFIles 文件夹和CMakeCache.txt, cmake_install.cmake, Makefie 文件

（3）在当前路径下执行 make 命令，生成了可执行文件

参考：

[1]. 《视觉 SLAM 十四讲》高翔

[2]. 博客：https://blog.csdn.net/afei__/article/details/81201039