CMake详解

CMake（Cross-platform Make）是一个开源的、跨平台的构建系统生成器（build system generator） ，其核心目标是：用统一的方式描述项目结构和构建逻辑，然后为不同平台（如 Linux、Windows、macOS）和不同编译工具链（如 GCC、Clang、MSVC、Ninja 等）自动生成对应的原生构建文件。

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一、CMake 的核心原理：两阶段构建

CMake 采用 "配置（Configure） + 生成（Generate）" → "构建（Build）" 的两阶段模型：

源代码 + CMakeLists.txt
        ↓
     [ CMake ]
        ↓
  平台原生构建系统
（Makefile / Ninja / VS .sln / Xcode project）
        ↓
     [ make / ninja / msbuild ]
        ↓
      可执行文件 / 库

✅ 第一阶段：CMake 配置与生成（cmake 命令）

• 解析 CMakeLists.txt 文件（项目的构建脚本）
• 检测系统环境（编译器、库、头文件、特性支持等）
• 根据用户指定的 生成器（Generator） 生成对应平台的构建文件
  • Linux 默认：Unix Makefiles → 生成 Makefile
  • Windows + Visual Studio：生成 .sln 和 .vcxproj
  • 跨平台快速构建：Ninja → 生成 build.ninja

✅ 第二阶段：原生构建工具执行（make / ninja 等）

• 调用系统原生工具（如 make）读取 CMake 生成的构建文件
• 实际编译、链接源代码，生成目标文件

🌟 关键思想 ：CMake 不直接编译代码，它只是"翻译官"，把高级构建描述转换成具体平台能理解的指令。

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二、CMake 的核心组件

1. CMakeLists.txt

• 项目的构建脚本，使用 CMake 语言（DSL） 编写
• 支持变量、函数、条件判断、循环、宏等
• 从项目根目录开始，可嵌套子目录（每个子目录可有自己的 CMakeLists.txt）

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(MyApp)

add_executable(myapp main.cpp utils.cpp)
target_link_libraries(myapp ssl crypto)

2. 缓存机制（CMakeCache.txt）

• 在构建目录（build directory）中生成
• 存储配置阶段的检测结果（如编译器路径、库位置、用户选项等）
• 下次运行 cmake 时会复用，避免重复检测
• 可通过 -DVAR=value 覆盖缓存值

3. 生成器（Generator）

决定输出哪种构建系统：

cmake -G "Unix Makefiles" ..      # 默认（Linux）
cmake -G "Ninja" ..               # 更快的构建
cmake -G "Visual Studio 17 2022" ..  # Windows

4. 工具链文件（Toolchain File）

用于交叉编译，指定目标平台、编译器前缀等（如你之前问的 AArch64 工具链）：

cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=arm-toolchain.cmake ..

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三、CMake 的关键概念

🔹 Target（目标）

CMake 的核心抽象单位，代表一个可构建实体：

• add_executable(name ...) → 可执行文件
• add_library(name ...) → 静态库（STATIC）、动态库（SHARED）或接口库（INTERFACE）

✅ 现代 CMake 推荐基于 target 的设计（而非全局设置）。

🔹 属性（Properties）

每个 target 有属性，如：

• INCLUDE_DIRECTORIES → 头文件路径
• COMPILE_OPTIONS → 编译选项
• LINK_LIBRARIES → 链接的库

通过 target_* 命令设置（作用域隔离，避免污染）：

target_include_directories(mylib PUBLIC include/)
target_compile_features(myapp PRIVATE cxx_std_17)
target_link_libraries(myapp PRIVATE OpenSSL::SSL)

🔹 PUBLIC / PRIVATE / INTERFACE

控制依赖传递性：

• PRIVATE：仅自身使用，不暴露给使用者
• PUBLIC：自身使用 + 暴露给链接此 target 的其他 target
• INTERFACE：仅暴露给使用者（常用于 header-only 库）

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四、CMake 如何实现跨平台？

1. 抽象编译器差异

• 自动处理不同编译器的标志：

  target_compile_options(app PRIVATE -Wall)  # GCC/Clang
  # CMake 自动转为 MSVC 的 /W3

2. 平台无关的路径与命令

• 使用 / 作为路径分隔符（CMake 自动转为 Windows 的 \）
• 提供跨平台命令（如 file(COPY ...), execute_process()）

3. Find 模块与 Config 模块

• 自动查找第三方库：

  find_package(OpenSSL REQUIRED)  # 使用 FindOpenSSL.cmake
  # 或
  find_package(fmt CONFIG REQUIRED)  # 使用 fmt 提供的 fmt-config.cmake

4. 生成器表达式（Generator Expressions）

在构建时动态计算值（支持条件、平台判断）：

target_compile_definitions(app PRIVATE
    $<$<CONFIG:Debug>:DEBUG_MODE>
    $<$<PLATFORM_ID:Linux>:LINUX_BUILD>
)

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五、CMake 的优势 vs 传统 Makefile

特性	CMake	手写 Makefile
跨平台	✅ 原生支持	❌ 需手动适配
依赖管理	✅ 自动扫描头文件依赖	⚠️ 需手写或用 gcc -M
第三方库集成	✅ find_package / FetchContent	❌ 手动写路径和链接
构建类型切换	✅ CMAKE_BUILD_TYPE=Debug/Release	❌ 需多套 Makefile
可维护性	✅ 高层抽象，逻辑清晰	❌ 易出错，难维护

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六、典型工作流程（Out-of-Source Build）

myproject/
├── CMakeLists.txt
├── src/
│   └── main.cpp
└── build/          ← 推荐：单独构建目录

cd myproject/build
cmake ..                    # 配置 + 生成 Makefile
cmake --build .             # 等价于 make（跨平台）
# 或
make                        # Linux
ninja                       # 如果用 Ninja 生成器

✅ 永远不要在源码目录直接运行 cmake！ 使用 out-of-source 构建保持干净。

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七、现代 CMake 最佳实践（v3.0+）

1. 使用 target-based 命令 （target_include_directories 而非 include_directories）

2. 避免全局设置 （如 set(CMAKE_CXX_FLAGS ...)）

3. 优先使用 IMPORTED target （如 OpenSSL::SSL 而非直接传路径）

4. 启用策略兼容性 ：

   cmake_policy(SET CMP0091 NEW)  # 控制 C++ 标准行为

5. 使用 FetchContent 管理依赖 （CMake 3.11+）：

   include(FetchContent)
   FetchContent_Declare(googletest GIT_REPOSITORY https://github.com/google/googletest)
   FetchContent_MakeAvailable(googletest)

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总结：CMake 的本质

CMake 是一个"元构建系统"------它不构建软件，而是构建"构建软件的系统"。

通过高层次的、平台无关的描述，CMake 将开发者从繁琐的平台适配和构建脚本维护中解放出来，专注于代码本身。

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如果你正在开发 C/C++ 项目，尤其是需要跨平台或集成多个第三方库，CMake 几乎是行业标准选择（被 LLVM、KDE、ROS、TensorFlow 等广泛采用）。

CentOS7 cmake升级

📌 CentOS 7 官方仓库中的 CMake 版本非常老旧（2.8.x），无法满足现代 C++ 项目（尤其是使用 C++11/14/17、OpenSSL 3.x、target-based CMake 等特性）的需求。

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✅ 解决方案：升级 CMake 到 3.10+（推荐 3.20+）

方法一：【推荐】使用官方二进制包安装（简单、安全、不依赖 EPEL）

# 1. 下载新版 CMake（以 3.28.3 为例，可替换为其他版本）
cd /tmp
wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.3/cmake-3.28.3-linux-x86_64.tar.gz

# 2. 解压
tar -zxvf cmake-3.28.3-linux-x86_64.tar.gz

# 3. 复制到系统目录（或加入 PATH）
sudo cp -r cmake-3.28.3-linux-x86_64/* /usr/local/

# 4. 验证版本
/usr/local/bin/cmake --version
# 应显示 cmake version 3.28.3

# 5. （可选）替换旧版 cmake（谨慎操作）
sudo ln -sf /usr/local/bin/cmake /usr/bin/cmake
# 或临时用 PATH 优先
export PATH=/usr/local/bin:$PATH

✅ 优点：无需编译，开箱即用，不破坏系统原有包。

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方法二：启用 EPEL 源并安装较新 CMake（但可能仍不够新）

CentOS 7 的 EPEL 仓库提供 cmake3 包（通常是 3.17 左右）：

# 1. 安装 EPEL
sudo yum install -y epel-release

# 2. 安装 cmake3
sudo yum install -y cmake3

# 3. 使用 cmake3 命令（注意不是 cmake）
cmake3 --version  # 应为 3.17.x

# 4. 在构建时用 cmake3 代替 cmake
cmake3 -G "Unix Makefiles" .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ...

⚠️ 注意：此时命令是 cmake3，不是 cmake。如果你的脚本写死 cmake，需创建软链接：

sudo ln -s /usr/bin/cmake3 /usr/local/bin/cmake

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方法三：从源码编译 CMake（不推荐，除非必须定制）

sudo yum install -y gcc gcc-c++ make openssl-devel
wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.3/cmake-3.28.3.tar.gz
tar -zxvf cmake-3.28.3.tar.gz
cd cmake-3.28.3
./bootstrap --prefix=/usr/local
make -j$(nproc)
sudo make install

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🔍 验证修复

升级后运行：

cmake --version

应输出类似：

cmake version 3.28.3

CMake suite maintained and supported by Kitware (kitware.com/cmake).

然后再执行你的构建命令：

cd build
cmake -G "Unix Makefiles" .. \
    -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
    -Dwith_openssl=/home/yys/SAF_QC_SDK-mixin-2.2.0/compents/openssl \
    -Dwith_curl=/home/yys/SAF_QC_SDK-mixin-2.2.0/compents/curl \
    -Dwith_ccl=/home/yys/SAF_QC_SDK-mixin-2.2.0/compents/ccl \
    -Dwith_co_sign=/home/yys/SAF_QC_SDK-mixin-2.2.0/compents/coll_sign

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⚠️ 重要提醒：CentOS 7 已停止维护！

如前所述，CentOS 7 已于 2024 年 6 月 30 日终止支持（EOL） ，不再接收任何安全更新。

即使你升级了 CMake，系统本身仍存在严重安全隐患。

🔄 建议：

• 短期：按上述方法升级 CMake 继续开发。
• 长期 ：尽快迁移到受支持的系统，例如：
  • Rocky Linux 8/9（RHEL 兼容，免费）
  • AlmaLinux 8/9
  • Ubuntu 22.04 LTS

这些新系统默认就包含 CMake 3.18+，省去大量环境配置麻烦。

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