一、CMake构建后的项目结构解析（Analysis of the Project Structure After CMake Build）
1.1 CMake构建后的目录结构（Directory Structure After CMake Build）
CMake构建完成后，会在项目的根目录下生成一个名为build的目录。这个目录是CMake构建过程中所有中间文件和最终生成的目标文件的存放地。下面我们将详细解析这个目录的结构。
首先，我们来看一下build目录的一级子目录：
CMakeFiles：这个目录中存放的是CMake在构建过程中生成的临时文件，包括编译器检查的结果、Find模块（Find Modules）查找的结果等。这些文件主要用于CMake自身的需求，一般情况下，我们不需要关注这个目录的内容。Testing：如果你的项目中包含了CTest测试，那么这个目录将会被生成。它包含了所有CTest测试的结果。bin：这个目录中包含了所有的可执行文件（Executable Files）。如果你的CMake项目中包含了多个可执行文件，那么它们都会被放在这个目录中。lib：这个目录中包含了所有的库文件（Library Files）。无论是静态库（Static Libraries）还是动态库（Dynamic Libraries），都会被放在这个目录中。
接下来，我们再深入到CMakeFiles目录中，看一下它的二级子目录：
project.dir：这个目录中包含了项目构建过程中的临时文件，如.o文件和.d文件。这些文件是编译器在编译源代码时生成的。CMakeOutput.log：这个文件记录了CMake在配置过程中的输出信息，包括编译器检查的结果、Find模块查找的结果等。CMakeError.log：这个文件记录了CMake在配置过程中遇到的错误信息。
以上就是CMake构建后的目录结构的基本情况。在实际的项目中，可能会根据项目的具体需求，生成更多的子目录和文件。但是，这些基本的目录和文件是你在任何一个使用CMake构建的项目中都能看到的。
1.2 构建生成的文件类型及其作用（Types of Files Generated by the Build and Their Functions）
CMake构建过程中会生成多种类型的文件，每种文件都有其特定的作用。下面我们将详细解析这些文件的类型和作用。
CMakeFiles目录：这个目录中存放的是CMake在构建过程中生成的临时文件，包括编译器检查的结果、Find模块（Find Modules）查找的结果等。这些文件主要用于CMake自身的需求，一般情况下，我们不需要关注这个目录的内容。project.dir目录：这个目录中包含了项目构建过程中的临时文件，如.o文件和.d文件。这些文件是编译器在编译源代码时生成的。CMakeOutput.log文件：这个文件记录了CMake在配置过程中的输出信息，包括编译器检查的结果、Find模块查找的结果等。CMakeError.log文件：这个文件记录了CMake在配置过程中遇到的错误信息。Testing目录：如果你的项目中包含了CTest测试，那么这个目录将会被生成。它包含了所有CTest测试的结果。bin目录：这个目录中包含了所有的可执行文件（Executable Files）。如果你的CMake项目中包含了多个可执行文件，那么它们都会被放在这个目录中。lib目录：这个目录中包含了所有的库文件（Library Files）。无论是静态库（Static Libraries）还是动态库（Dynamic Libraries），都会被放在这个目录中。
以上就是CMake构建过程中生成的主要文件类型及其作用。理解这些文件的作用，可以帮助我们更好地理解CMake的构建过程。
1.3 CMakeLists.txt与生成的Makefile的关系（The Relationship Between CMakeLists.txt and the Generated Makefile）
在CMake构建系统中，CMakeLists.txt文件和生成的Makefile文件之间存在着密切的关系。下面我们将详细解析这种关系。
CMakeLists.txt是CMake构建系统的核心文件，它定义了项目的构建规则和依赖关系。在执行CMake命令时，CMake会读取CMakeLists.txt文件，解析其中的构建规则和依赖关系，然后生成相应的Makefile文件。
Makefile文件是由CMake根据CMakeLists.txt文件生成的，它是Make构建工具可以直接读取的构建脚本。Makefile文件中包含了具体的编译命令和链接命令，以及源文件和目标文件之间的依赖关系。
在一个CMake项目中，通常会有多个CMakeLists.txt文件，每个目录下都可以有一个CMakeLists.txt文件。这些CMakeLists.txt文件中定义的构建规则和依赖关系，会被CMake合并到一起，生成一个或多个Makefile文件。
如果一个CMake项目中只有一个CMakeLists.txt文件，那么CMake会生成一个Makefile文件。如果一个CMake项目中有多个CMakeLists.txt文件，那么CMake会在每个CMakeLists.txt文件所在的目录下生成一个Makefile文件。这些Makefile文件中，顶层目录下的Makefile文件是主Makefile文件，它会调用其他目录下的Makefile文件。
总的来说，CMakeLists.txt文件和生成的Makefile文件之间的关系是：CMakeLists.txt文件定义了项目的构建规则和依赖关系，CMake根据CMakeLists.txt文件生成Makefile文件，然后Make根据Makefile文件执行具体的构建任务。
二、深入理解CMake生成的Makefile
2.1 Makefile的基本结构和原理
Makefile是GNU make工具的配置文件，它定义了一组规则来指定哪些文件需要被更新，以及如何更新这些文件。在C++项目中，Makefile通常用于编译源代码并生成可执行文件。
Makefile的基本结构包括三个部分：目标（Target）、依赖（Dependencies）和命令（Commands）。
- 目标（Target）：这是需要生成的文件名。它可以是一个对象文件（Object File），也可以是一个可执行文件（Executable File）。
- 依赖（Dependencies）：这些是目标文件需要的源文件。如果任何一个依赖文件比目标文件更新，那么目标文件就需要被重新生成。
- 命令（Commands）：这些是生成目标文件所需要执行的shell命令。这些命令必须以Tab字符开始。
下面是一个简单的Makefile示例：
target: dependencies commands
在CMake中，CMakeLists.txt文件中的指令会被转换为Makefile中的目标、依赖和命令。例如，add_executable指令会生成一个目标，target_link_libraries指令会生成依赖，而实际的编译和链接命令则由CMake自动生成。
理解Makefile的基本结构和原理，对于深入理解CMake生成的Makefile有着重要的作用。在下一节中，我们将进一步探讨多个CMakeLists.txt生成的Makefile的解析。
2.2 多个CMakeLists.txt生成的Makefile解析
在大型的C++项目中，通常会有多个CMakeLists.txt文件，每个目录下都有一个。这种结构有助于保持项目的模块化，使得每个部分可以独立地被构建和测试。
当运行CMake命令时，它会首先查找根目录下的CMakeLists.txt文件，然后递归地处理每个子目录中的CMakeLists.txt文件。每个CMakeLists.txt文件都会生成一个对应的Makefile。
在这个过程中，CMake会处理CMakeLists.txt文件中的指令，如add_executable、add_library、target_link_libraries等，并将这些指令转换为Makefile中的目标、依赖和命令。
例如，如果我们有如下的目录结构：
project/ ├── CMakeLists.txt ├── main.cpp └── module/ ├── CMakeLists.txt └── module.cpp
在根目录的CMakeLists.txt文件中，我们可能会有如下的指令：
add_executable(main main.cpp) add_subdirectory(module) target_link_libraries(main module)
在module目录的CMakeLists.txt文件中，我们可能会有如下的指令：
add_library(module module.cpp)
在这个例子中，CMake会生成两个Makefile，一个在project目录，一个在project/module目录。在project目录的Makefile中，会有一个名为main的目标，它依赖于main.cpp和module目录的Makefile中生成的库。在project/module目录的Makefile中，会有一个名为module的目标，它依赖于module.cpp。
通过这种方式，CMake使得每个子目录可以独立地被构建，同时也保证了整个项目的构建顺序。
2.3 CMake与Makefile的对应关系
CMake是一个跨平台的构建系统，它的主要任务是根据用户的需求生成适当的Makefile文件。CMake通过读取CMakeLists.txt文件来了解用户的需求，然后生成对应的Makefile文件。
在CMake与Makefile之间，存在一种明确的对应关系。CMakeLists.txt文件中的每一条指令，都会在生成的Makefile文件中有一个对应的表现。下面我们来看一些常见的CMake指令，以及它们在Makefile中的对应关系：
add_executable：这个CMake指令用于定义一个可执行文件的目标。在生成的Makefile中，这个目标会被定义为一个规则，规则的目标是可执行文件，依赖项是源文件，命令是编译命令。add_library：这个CMake指令用于定义一个库文件的目标。在生成的Makefile中，这个目标也会被定义为一个规则，规则的目标是库文件，依赖项是源文件，命令是编译命令。target_link_libraries：这个CMake指令用于定义目标的链接库。在生成的Makefile中，这个指令会影响到链接命令，链接命令会包含对应的库文件。add_subdirectory：这个CMake指令用于添加子目录。在生成的Makefile中，这个指令会导致生成一个新的Makefile文件在对应的子目录中。
通过理解CMake与Makefile的对应关系，我们可以更好地理解CMake的工作原理，以及如何编写有效的CMakeLists.txt文件。在下一章节中，我们将进一步探讨CMake构建过程的底层原理。
三、CMake构建过程的底层原理（Underlying Principles of the CMake Build Process）
3.1 CMake构建过程的基本流程（Basic Flow of the CMake Build Process）
CMake的构建过程可以分为三个主要步骤：配置（Configuration）、生成（Generation）和构建（Build）。下面我们将详细解析每个步骤。
- 配置（Configuration）
配置阶段是CMake解析CMakeLists.txt文件的过程。在这个阶段，CMake会读取CMakeLists.txt文件，并执行其中的命令。这些命令主要用于检查系统环境（例如编译器、库等），设置构建选项，以及定义构建目标（例如库、可执行文件等）。
CMakeLists.txt文件是CMake的核心，它定义了项目的构建规则和依赖关系。每个目录（包括子目录）中都可以有一个CMakeLists.txt文件。在配置阶段，CMake会从顶层目录的CMakeLists.txt文件开始，递归地处理每个子目录中的CMakeLists.txt文件。 - 生成（Generation）
生成阶段是CMake根据配置阶段的结果，生成实际的构建文件的过程。这些构建文件通常是Makefile文件，但也可以是其他类型的构建文件，例如Ninja构建文件，或者Visual Studio项目文件，这取决于你选择的构建工具。
在生成阶段，CMake会将CMakeLists.txt文件中定义的构建规则和依赖关系，转换为构建工具可以理解的形式。例如，如果你选择的构建工具是Make，CMake会生成Makefile文件。每个目录（包括子目录）中都会生成一个Makefile文件。 - 构建（Build）
构建阶段是使用构建工具（例如Make、Ninja或Visual Studio）根据生成的构建文件，编译源代码并链接生成目标文件的过程。
在构建阶段，构建工具会读取生成的构建文件，按照其中定义的规则和依赖关系，执行实际的编译和链接操作。构建工具会自动处理依赖关系，确保在编译和链接一个目标文件之前，其所有依赖的目标文件都已经被正确地编译和链接。
以上就是CMake构建过程的基本流程。在理解了这个流程之后，我们就可以更深入地探讨CMake如何生成Makefile，以及CMake构建过程中的关键步骤了。
3.2 CMake如何生成Makefile（How CMake Generates Makefile）
CMake生成Makefile的过程是在其生成阶段完成的。这个过程主要涉及到CMake的核心组件——生成器（Generator）。下面我们将详细解析这个过程。
- 选择生成器（Selecting a Generator）
在CMake的生成阶段开始时，首先需要选择一个生成器。生成器是CMake的一个核心组件，它负责将CMakeLists.txt文件中的构建规则和依赖关系，转换为特定构建工具可以理解的形式。CMake支持多种生成器，可以生成Makefile文件，也可以生成Ninja构建文件，或者Visual Studio项目文件等。
选择生成器的方式通常是在运行CMake命令时，通过-G选项指定。例如，如果你想生成Unix风格的Makefile文件，可以使用"Unix Makefiles"生成器，命令如下：
cmake -G "Unix Makefiles"
- 如果没有指定生成器，CMake会选择一个默认的生成器，这个默认的生成器通常是根据你的系统环境自动选择的。
- 生成Makefile
选择好生成器之后，CMake就会开始生成Makefile文件。在这个过程中，CMake会遍历项目中的每个目录（包括子目录），对每个目录中的CMakeLists.txt文件进行处理。
对于每个CMakeLists.txt文件，CMake会解析其中的命令，根据这些命令定义的构建规则和依赖关系，生成对应的Makefile文件。每个CMakeLists.txt文件都会生成一个Makefile文件，这个Makefile文件中包含了编译和链接该目录中的目标文件所需要的规则和命令。
在生成Makefile文件时，CMake会自动处理目标文件之间的依赖关系。如果一个目标文件依赖于其他目标文件，CMake会在生成的Makefile文件中，为这个目标文件添加相应的依赖规则。
以上就是CMake如何生成Makefile的过程。理解了这个过程，我们就可以更好地理解CMake构建过程中的关键步骤，以及CMake与Makefile之间的关系了。
3.3 CMake构建过程中的关键步骤（Key Steps in the CMake Build Process）
CMake构建过程中的关键步骤主要包括以下几个方面：
- 解析CMakeLists.txt文件（Parsing CMakeLists.txt Files）
这是CMake构建过程的第一步，也是最关键的一步。CMakeLists.txt文件是CMake的核心，它定义了项目的构建规则和依赖关系。CMake需要解析这个文件，以获取构建项目所需的所有信息。 - 检查系统环境（Checking System Environment）
在CMakeLists.txt文件中，通常会包含一些检查系统环境的命令，例如检查编译器、库等。这些命令在CMake构建过程中会被执行，以确保系统环境满足项目的构建需求。 - 生成构建文件（Generating Build Files）
CMake的主要任务是生成构建文件，这些构建文件通常是Makefile文件，但也可以是其他类型的构建文件，例如Ninja构建文件，或者Visual Studio项目文件，这取决于你选择的构建工具。生成构建文件的过程是CMake构建过程中的一个关键步骤。 - 执行构建命令（Executing Build Commands）
在生成了构建文件之后，就可以开始执行构建命令了。这些构建命令通常是由构建工具（例如Make、Ninja或Visual Studio）执行的。构建工具会根据构建文件中定义的规则和命令，编译源代码并链接生成目标文件。
以上就是CMake构建过程中的关键步骤。理解了这些步骤，我们就可以更好地理解CMake的工作原理，以及如何使用CMake进行项目构建了。
四、CMake在复杂项目中的应用（Application of CMake in Complex Projects）
4.1 复杂项目中的CMake构建策略（CMake Build Strategy in Complex Projects）
在复杂的项目中，CMake的构建策略需要更加精细和周全。我们需要考虑到项目的模块化，依赖关系，以及可能存在的平台差异。以下是一些在复杂项目中使用CMake的策略和建议。
4.1.1 模块化的CMakeLists.txt（Modularized CMakeLists.txt）
在大型项目中，我们通常会看到项目被划分为多个模块或子项目，每个模块都有自己的源代码和依赖。这种情况下，我们可以为每个模块创建一个CMakeLists.txt文件，这样可以使构建过程更加清晰，也方便我们管理每个模块的构建规则。
例如，我们可以在每个模块的目录下创建一个CMakeLists.txt文件，然后在项目的顶级目录下的CMakeLists.txt文件中使用add_subdirectory()命令来添加这些模块。
4.1.2 管理依赖关系（Managing Dependencies）
在复杂的项目中，不同的模块可能会有各种依赖关系。CMake提供了一些命令来帮助我们管理这些依赖关系，例如target_link_libraries()命令可以用来指定一个目标需要链接的库。
在处理依赖关系时，我们需要注意的一个重要原则是：尽量让依赖关系明确和直观。这意味着，如果一个模块A依赖于模块B，那么在模块A的CMakeLists.txt文件中，我们应该明确地指出这个依赖关系。
4.1.3 处理平台差异（Handling Platform Differences）
在跨平台的项目中，我们可能需要处理不同平台的差异。CMake提供了一些变量和命令来帮助我们处理这些差异，例如CMAKE_SYSTEM_NAME变量可以用来检测当前的操作系统，if()命令可以用来根据不同的条件执行不同的命令。
在处理平台差异时，我们应该尽量避免硬编码特定平台的信息。相反，我们应该尽可能地使用CMake提供的变量和命令，这样可以使我们的CMakeLists.txt文件更加通用和可维护。
以上就是在复杂项目中使用CMake的一些策略和建议。在实际应用中，我们还需要
根据项目的具体情况和需求来调整和优化我们的CMake构建策略。
4.1.4 使用现代CMake命令（Using Modern CMake Commands）
现代的CMake版本提供了一些新的命令和特性，这些命令和特性可以使我们的CMakeLists.txt文件更加简洁和易于理解。例如，target_include_directories()命令可以用来指定一个目标的头文件搜索路径，这比使用旧的include_directories()命令更加灵活和直观。
在使用现代CMake命令时，我们需要注意的一个重要原则是：尽量使用目标属性（target properties）而不是全局变量（global variables）。这是因为目标属性可以使我们的CMakeLists.txt文件更加模块化，也更容易理解和维护。
4.1.5 利用CMake的脚本功能（Leveraging CMake’s Scripting Capabilities）
CMake不仅是一个构建工具，它也是一种脚本语言。我们可以利用CMake的脚本功能来实现一些复杂的构建逻辑，例如，我们可以使用if()、foreach()等命令来编写循环和条件语句。
在使用CMake的脚本功能时，我们需要注意的一个重要原则是：尽量避免过度复杂的脚本逻辑。过度复杂的脚本逻辑可能会使我们的CMakeLists.txt文件难以理解和维护。相反，我们应该尽可能地使用CMake提供的命令和特性，这样可以使我们的CMakeLists.txt文件更加简洁和易于理解。
以上就是在复杂项目中使用CMake的一些策略和建议。在实际应用中，我们还需要根据项目的具体情况和需求来调整和优化我们的CMake构建策略。
CMake构建Makefile深度解析：从底层原理到复杂项目（二）https://developer.aliyun.com/article/1465060
