CMake构建学习笔记14-依赖库管理工具

如果说做C/C++开发最大的痛点是什么，那么一定是缺少一个官方的统一的包管理器。认真的说，如果你要用C/C++干点什么，至少需要（Windows系统下）：

1. C/C++语言本身、标准库、以及操作系统API几乎干不了什么，除非你真的想从零开始造轮子。
2. 开始找一些现成的实现组成依赖库。最好看能不能找到预编译包或者安装包，即使找到了，由于二进制兼容的问题，你也不一定能够使用。
3. 如果没找到预编译包或者安装包，那么就需要自己从源代码进行构建了。如果提供了CMake的构建方式就挺好，万一没有提供，就得自己想办法组织工程进行构建。
4. 注意，依赖库本身是需要依赖库的！比如，你构建GDAL的时候会发现PROJ是GDAL的必须依赖，等你开始构建PROJ的时候又发现sqlite3是PROJ必须依赖，而你准备构建sqlite3的时候发现sqlite3是不提供CMake方式的。
5. 不谈构建过程中处理的一系列问题。等你把依赖库构建完成了，你就得考虑如何引入了。如果你使用动态链接库，你需要进行头文件、动态库导入库以及动态库相关的配置。如果头文件错了，你会发现无法编译；如果动态库导入库错误，你会发现无法链接；如果动态库不正确，你会发现无法运行。
6. 最后开始在源代码中include头文件，调用依赖库相关的功能进行操作。

嗯，说实话笔者光是写这些步骤都觉得有点汗流浃背了。这要是换成使用Python或者JavaScript进行开发，一个install指令，一个import语句就全部搞定，也难怪C/C++开发的效率一直被程序员诟病呢。不过，C/C++领域也不是一直在固步自封，Windows系统下也可以使用一些包管理器，例如vcpkg、Conan、Chocolatey等。个人认为，这些包管理器正在逐渐成熟过程中，不过尚需要一些时间完善，有兴趣的同学可以进行试用。

另外一种方式就是像笔者一样，尝试组织一个属于自己或者自己团队的依赖库管理工具。这样做的原因有三：

1. 不同环境下的C/C++包存在二进制兼容的问题。
2. 构建Release带调试信息的构建成果，以及符号库文件。
3. 有些库包很少见，通用的包管理器不一定收纳。

那么具体如何实现呢？其实不用想的太复杂，我们将所有需要的构建成果都构建到同一个目录，并且将这个目录设置成环境变量。这样，在我们日常的程序中就可以依托这个环境变量配置依赖库。这意味着所有团队成员的代码工程的配置都可以是一样的，我们就可以忽略掉不同软硬件环境的不同，实现了代码项目的一致性。

所以，关键就是将这些常见的组件构建组织起来。不能使用CMake的GUI工具，因为不同的库各自有自己独特的构建选项，最好将其通过脚本记录。不妨将构建的脚本写的完善一点，自动化一点，代码文件从哪里来，最后的构建成果输出到哪里。例如，前面博文中构建libzip库的完整Powershell脚本libzip.ps1为：

param(   
    [string]$SourceAddress = "https://github.com/nih-at/libzip/archive/refs/tags/v1.10.1.zip",
    [string]$SourceZipPath = "../Source/libzip-1.10.1.zip",
    [string]$SourceLocalPath = "./libzip-1.10.1",
    [string]$Generator,
    [string]$MSBuild,
    [string]$InstallDir,
    [string]$SymbolDir 
)

# 检查目标文件是否存在，以判断是否安装
$DstFilePath = "$InstallDir/bin/zip.dll"
if (Test-Path $DstFilePath) {
    Write-Output "The current library has been installed."
    exit 1
} 

# 创建所有依赖库的容器
. "./BuildRequired.ps1"
$Librarys = @("zlib") 
BuildRequired -Librarys $Librarys

. "./DownloadAndUnzip.ps1"
DownloadAndUnzip -SourceLocalPath $SourceLocalPath -SourceZipPath $SourceZipPath -SourceAddress $SourceAddress

# 清除旧的构建目录
$BuildDir = $SourceLocalPath + "/build"  
if (Test-Path $BuildDir) {
    Remove-Item -Path $BuildDir -Recurse -Force
}
New-Item -ItemType Directory -Path $BuildDir

# 转到构建目录
Push-Location $BuildDir

try {
    # 配置CMake  
    cmake .. -G "$Generator" -A x64 `
        -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo `
        -DCMAKE_PREFIX_PATH="$InstallDir" `
        -DCMAKE_INSTALL_PREFIX="$InstallDir" `
        -DBUILD_DOC=OFF `
        -DBUILD_EXAMPLES=OFF `
        -DBUILD_REGRESS=OFF `
        -DENABLE_OPENSSL=OFF

    # 构建阶段，指定构建类型
    cmake --build . --config RelWithDebInfo

    # 安装阶段，指定构建类型和安装目标
    cmake --build . --config RelWithDebInfo --target install

    # 复制符号库
    $PdbFiles = @(
        "./lib/RelWithDebInfo/zip.pdb"        
    ) 
    foreach ($file in $PdbFiles) {  
        Write-Output $file
        Copy-Item -Path $file -Destination $SymbolDir
    }    
}
finally {
    # 返回原始工作目录
    Pop-Location
}

不得不说Powershell脚本真的很强大，你甚至可以引入第三方脚本中的函数，例如这里的BuildRequired表示预先安装当前库的依赖库（其实就是调用其他库的构建脚本），而DownloadAndUnzip表示从远端把源代码下载下来并且解压到指定文件夹。接下来创建构建文件夹、配置CMake项目、构建项目以及安装项目。最后，我们把这个库符号库给移动到安装目录中去。

就像这样一个一个把需要的依赖库构建脚本写好。有时候需要修改一下构建选项也没什么关系，修改下对应的内容重新构建就好了，这就是写脚本的好处。不过，这样一个一个调用脚本也说不上对库包进行管理了，对比一下一些比较完善的包管理器例如npm，可以再写一个总的用于管理的脚本，将以上构建脚本管理起来，如下Powershell脚本BuildCppDependency.ps1所示：

param(   
    [string]$Generator,
    [string]$MSBuild,
    [string]$InstallDir,
    [string]$SymbolDir,   
    [string]$Install,   
    [string]$List
)

# 创建所有的库的容器
$LibrarySet = [System.Collections.Generic.SortedSet[string]]::new()
$LibrarySet.Add("zlib") > $null
$LibrarySet.Add("libpng") > $null
$LibrarySet.Add("libjpeg") > $null
$LibrarySet.Add("libtiff") > $null
$LibrarySet.Add("giflib") > $null
$LibrarySet.Add("freetype") > $null
$LibrarySet.Add("OpenSceneGraph") > $null
$LibrarySet.Add("eigen") > $null
$LibrarySet.Add("osgQt5") > $null
$LibrarySet.Add("osgQt") > $null
$LibrarySet.Add("minizip") > $null
$LibrarySet.Add("libzip") > $null
$LibrarySet.Add("opencv") > $null
#$LibrarySet.Add("protobuf") > $null
#$LibrarySet.Add("abseil-cpp") > $null

# 检查是否传递了$Install参数
if ($PSBoundParameters.ContainsKey('Install')) {   
    # 比较时忽略大小写
    if ($Install.ToLower() -eq "-all".ToLower()) {
        Write-Output "All libraries will be installed soon..."
        foreach ($item in $LibrarySet) {
            Write-Output "Find the library named $item and start installing..."        
            # 动态构建脚本文件名并执行
            $BuildScript = "./$item.ps1";           
            & $BuildScript -Generator $Generator -MSBuild $MSBuild -InstallDir $InstallDir -SymbolDir $SymbolDir
        }
    }
    else {
        # 查找某个字符串
        if ($LibrarySet.Contains("$Install")) {
            Write-Output "Find the library named $Install and start installing..."        
            # 动态构建脚本文件名并执行
            $BuildScript = "./$Install.ps1";           
            & $BuildScript -Generator $Generator -MSBuild $MSBuild -InstallDir $InstallDir -SymbolDir $SymbolDir
        }
        else {
            Write-Output "Cannot find library named $Install !"
        }
    }
}
elseif ($PSBoundParameters.ContainsKey('List')) {       
    if ($List.ToLower() -eq "-all".ToLower()) {
        Write-Output "The list of all libraries that can currently be installed in the repository is as follows:"
        foreach ($item in $LibrarySet) {
            Write-Output $item
        }
    }
}
else {
    Write-Host "Please enter the parameters!"
}

再次感叹下Powershell脚本的强大，你甚至可以看到System.Collections.Generic.SortedSet，没错，这就是.Net提供的容器，通过Powershell可以也调用它。上述脚本提供了基本的查看和安装功能，例如查看能安装的库，可使用如下指令：

./BuildCppDependency.ps1 -List -all

安装特定的库：

./BuildCppDependency.ps1 -Generator "Visual Studio 16 2019" `
-MSBuild "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\MSBuild\Current\Bin\MSBuild.exe" `
-InstallDir "$env:GISBasic" `
-SymbolDir "$env:GISBasic/symbols" `
-Install libzip

安装所有的库：

./BuildCppDependency.ps1 -Generator "Visual Studio 16 2019" `
-MSBuild "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\MSBuild\Current\Bin\MSBuild.exe" `
-InstallDir "$env:GISBasic" `
-SymbolDir "$env:GISBasic/symbols" `
-Install -all

其实一个完善的包管理工具需要的功能还是很多的，也非常复杂。例如包的安装是很容易，如何进行卸载呢？如何升级如何降级呢？是不是可以与IDE进行结合，自动导入依赖库并且进行配置呢？这些问题，就留待以后考虑吧。

最后，就将写的依赖库管理工具构建脚本贡献给大家参考吧：地址。