CMake 学习记录

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小记录

参考：
https://www.zhihu.com/search?type=content&q=premake
https://www.zhihu.com/question/58949190/answer/999701073

口诀：

  1. Declare a target
  2. Declare target's traits
  3. It's all about targets

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add_definitions 已经被 add_compile_definitions 取代

Windows下是 .dll 和 .lib，Linux下是 .so 和 .a

cmake区分大小写，但是cmake指令不分（比如set和SET）还有函数啥的也不分

cmake中永远用正斜杠 / ，cmake会自动将反斜杠转成正斜杠

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学习资料

cmake-examples中文版：https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/
cmake-examples：https://github.com/ttroy50/cmake-examples
CMake “菜谱”：https://www.bookstack.cn/read/CMake-Cookbook/README.md
CMake 官方文档：https://cmake.org/cmake/help/latest/
CMake 中文文档：https://runebook.dev/zh-CN/docs/cmake/-index-
高性能并行编程与优化 - 课件：https://github.com/parallel101/course
More Modern CMake：
https://hsf-training.github.io/hsf-training-cmake-webpage/aio/index.html
https://github.com/hsf-training/hsf-training-cmake-webpage/
Modern CMake：https://cliutils.gitlab.io/modern-cmake/chapters/basics/structure.html

configuration stage / build stage

https://cmake.org/cmake/help/v3.25/manual/cmake.1.html#generate-a-project-buildsystem

cmake-examples

https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/
https://github.com/ttroy50/cmake-examples

1. basic

1.1 hello-cmake

最基础的当然是

cmake_minimum_required(VERSION 3.5) #设置CMake最小版本
project (hello_cmake) #设置工程名
add_executable(hello_cmake main.cpp) #生成可执行文件

细节就是，在这一行语句中project (hello_cmake) #设置工程名
CMake构建包含一个项目名称，上面的命令会自动生成一些变量，在使用多个项目时引用某些变量会更加容易。
比如生成了： PROJECT_NAME 这个变量。PROJECT_NAME是变量名，${PROJECT_NAME}是变量值，值为hello_cmake

因此上面的代码和下面的一样：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5) #设置CMake最小版本
project (hello_cmake) #设置工程名
add_executable(${PROJECT_NAME} main.cpp) #生成可执行文件

1.2 头文件

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对于头文件的情况，我们这样写：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)#最低CMake版本

project (hello_headers)# 工程名

set(SOURCES
    src/Hello.cpp
    src/main.cpp
)#创建一个变量，名字叫SOURCE。它包含了所有的cpp文件。

add_executable(hello_headers ${SOURCES})#用所有的源文件生成一个可执行文件，因为这里定义了SOURCE变量，所以就不需要罗列cpp文件了
#等价于命令：     add_executable(hello_headers src/Hello.cpp src/main.cpp)

target_include_directories(hello_headers
    PRIVATE 
        ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)#设置这个可执行文件hello_headers需要包含的库的路径


#PROJECT_SOURCE_DIR指工程顶层目录
#PROJECT_Binary_DIR指编译目录
#PRIVATE指定了库的范围，下一节讲

我们可以用 message 函数来查看，比如我在上面的最后一行加一句：message(${CMAKE_SOURCE_DIR})

我们在 cmake .. 的时候会打印输出：
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我们在 make 的时候可以这样来详细列出（否则仅显示构建状态）：make VERBOSE=1

1.3 Static Library

将源文件直接传递给add_library调用，这是modern CMake的建议。（而不是先把Hello.cpp赋给一个变量）
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cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(hello_library)
############################################################
# Create a library
############################################################
#库的源文件Hello.cpp生成静态库hello_library
add_library(hello_library STATIC 
    src/Hello.cpp
)
target_include_directories(hello_library
    PUBLIC 
        ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)
# target_include_directories为一个目标（可能是一个库library也可能是可执行文件）添加头文件路径。
############################################################
# Create an executable
############################################################
# Add an executable with the above sources
#指定用哪个源文件生成可执行文件
add_executable(hello_binary 
    src/main.cpp
)
#链接可执行文件和静态库
target_link_libraries( hello_binary
    PRIVATE 
        hello_library
)
#链接库和包含头文件都有关于scope这三个关键字的用法。

关于 private pubic interface 的范围

官方文档讲解：https://cmake.org/cmake/help/v3.0/command/target_include_directories.html

  • PRIVATE - 目录被添加到目标（库）的包含路径中。
  • INTERFACE - 目录没有被添加到目标（库）的包含路径中，而是链接了这个库的其他目标（库或者可执行程序）包含路径中
  • PUBLIC - 目录既被添加到目标（库）的包含路径中，同时添加到了链接了这个库的其他目标（库或者可执行程序）的包含路径中

也就是说，根据库是否包含这个路径，以及调用了这个库的其他目标是否包含这个路径，可以分为三种scope。

拿刚才的项目为例，结构如下：
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那么对于我们的 CMake 命令：

target_include_directories(hello_library
    PUBLIC 
        ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)

我们这里 Hello.cpp 和 main.cpp 都是这样包含头文件的：#include "static/Hello.h"

而这里我们要加入 ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include，为 PUBLIC 的时候，就会是正确的；为 PRIVATE 的时候，那么此时只有静态库能找到这个路径，对于链接这个静态库的最终可执行文件而言是没有添加这个路径的，也就是 main.cpp 没有添加这个路径，所以在 main.cpp 中会报错
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而若是换成 INTERFACE ，那么就只有要链接这个静态库的东西添加了这个路径，因此会在 Hello.cpp 中报错：
image
同样，在代码：

target_link_libraries( hello_binary
    PRIVATE 
        hello_library
)

中，若是把 PRIVATE 换成 INTERFACE 也会在 main.cpp 报错，因为 INTERFACE 会让 main.cpp 找不到这个路径。（这告诉CMake在链接期间将hello_library链接到hello_binary可执行文件。 同时，这个被链接的库如果有INTERFACE或者PUBLIC属性的包含目录，那么，这个包含目录也会被传递（ propagate ）给这个可执行文件。）

这里对于hello_binary，它不是库，所以不会被链接。直接private自己用这个库就行。

建议：

对于公共的头文件，最好在include文件夹下建立子目录。

传递给函数target_include_directories()的目录，应该是所有包含目录的根目录，然后在这个根目录下建立不同的文件夹，分别写头文件。

这样使用的时候，不需要写${PROJECT_SOURCE_DIR}/include，而是直接选择对应的文件夹里对应头文件。下面是例子：#include "static/Hello.h"而不是#include "Hello.h"使用此方法意味着在项目中使用多个库时，头文件名冲突的可能性较小。

1.4 Shared Library

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CMakeLists：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(hello_library)
############################################################
# Create a library
############################################################
#根据Hello.cpp生成动态库
add_library(hello_library SHARED 
    src/Hello.cpp
)
#给动态库hello_library起一个别的名字hello::library
add_library(hello::library ALIAS hello_library)
#为这个库目标，添加头文件路径，PUBLIC表示包含了这个库的目标也会包含这个路径
target_include_directories(hello_library
    PUBLIC 
        ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)
############################################################
# Create an executable
############################################################
#根据main.cpp生成可执行文件
add_executable(hello_binary
    src/main.cpp
)
#链接库和可执行文件，使用的是这个库的别名。PRIVATE 表示
target_link_libraries( hello_binary
    PRIVATE 
        hello::library
)

1.5 build-type、set、CACHE变量

强烈建议看：https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/01-basic/1.5 build-type.html

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cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
#如果没有指定则设置默认编译方式
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE AND NOT CMAKE_CONFIGURATION_TYPES)
  #在命令行中输出message里的信息
  message("Setting build type to 'RelWithDebInfo' as none was specified.")
  #不管CACHE里有没有设置过CMAKE_BUILD_TYPE这个变量，都强制赋值这个值为RelWithDebInfo
  set(CMAKE_BUILD_TYPE RelWithDebInfo CACHE STRING "Choose the type of build." FORCE)

  # 当使用cmake-gui的时候，设置构建级别的四个可选项
  set_property(CACHE CMAKE_BUILD_TYPE PROPERTY STRINGS "Debug" "Release"
    "MinSizeRel" "RelWithDebInfo")
endif()


project (build_type)
add_executable(cmake_examples_build_type main.cpp)

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关于编译器参数：
参考：http://cn.voidcc.com/question/p-fvbzitto-bhq.html
-DNDEBUG 由两部分组成，标记 -D 和参数 NDEBUG 。该标志被用于创建预处理器定义，因此这将创建一个新的预处理器 #define 称为 NDEBUG
-g 是一个编译器开关，以产生调试信息。它与 -D 完全分开创建定义。

在命令行运行CMake的时候， 使用cmake命令行的-D选项配置编译类型：
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
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1.6 Compile Flags

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
#强制设置默认C++编译标志变量为缓存变量，如CMake（五） build type所说，该缓存变量被定义在文件中，相当于全局变量，源文件中也可以使用这个变量
set (CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -DEX2" CACHE STRING "Set C++ Compiler Flags" FORCE)

project (compile_flags)

add_executable(cmake_examples_compile_flags main.cpp)
#为可执行文件添加私有编译定义
target_compile_definitions(cmake_examples_compile_flags 
    PRIVATE EX3
)

在现代CMake中设置C ++标志的推荐方法是专门针对某个目标（target）设置标志，可以通过target_compile_definitions（）函数设置某个目标的编译标志。

target_compile_definitions(cmake_examples_compile_flags
    PRIVATE EX3
)

如果这个目标是一个库（cmake_examples_compile_flags），编译器在编译目标时添加定义-DEX3 ，并且选择了范围PUBLIC或INTERFACE，该定义-DEX3也将包含在链接此目标（cmake_examples_compile_flags）的所有可执行文件中。 注意，本语句使用了PRIVATE，所以编译选项不会传递。

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1.7 Including Third Party Library

https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/01-basic/1.7 Including Third Party Library.html
https://www.cnblogs.com/hebohang/p/15990146.html

1.8 设置 C++ 标准

# Set the minimum version of CMake that can be used
# To find the cmake version run
# $ cmake --version
cmake_minimum_required(VERSION 3.1)

# Set the project name
project (hello_cpp11)

# set the C++ standard to C++ 11
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# Add an executable
add_executable(hello_cpp11 main.cpp)

1.9 installing

https://github.com/ttroy50/cmake-examples/tree/master/01-basic/E-installing

2. sub projects

https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/02-sub-projects/A-basic/
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小彭老师 CMake 教学

1

https://www.bilibili.com/video/BV1fa411r7zp/?spm_id_from=333.788

关于构建系统、CMake

首先是为什么出现了构建系统（比如 Makefile（GNU Make）、Ninja 之类的）

参考
https://sfumecjf.github.io/cmake-examples-Chinese/01-basic/1.9 J-building-with-ninja.html
https://github.com/ttroy50/cmake-examples/tree/master/01-basic/J-building-with-ninja
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比如老师这个例子：
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有 hello.cpp main.cpp Makefile，我们make一下，会编译出 hello.o 和 main.o，要是我们改变 hello.cpp，我们就知道 main.o 不需要改变，只要再编译一次 hello.cpp 到 hello.o 即可，这便是增量编译。我想，检测可以由操作系统打时间戳，GNU Make 再去检测。
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为了应对不同平台的差异，于是出现了 CMake，一个构建系统的构建系统，生成的 makefile 之类的再有对应的编译器编译成可执行文件。

想切换成 clang++ 去编译，可以这样写：
cmake -Bbuild -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++
测试：
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这里的 -B 就是指定编译的位置，我们这里相当于指定为文件夹 build 了。-D 则是 define 的意思，在前面有讲过。

还能直接指定C++版本：
cmake -Bbuild -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++ -DCMAKE_CXX_STANDARD=17

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关于 library（动态库、静态库）

比如之前写的一个 printf 的代码，被优化成了 puts 函数，用 objdump 查看（反汇编了）如下：
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这里的
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就是一个插桩函数，会去 libc.so 找到对应的位置。
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Linux是没有与 .so 配套的 .a 的，它会自动生成插桩。可以用 ldd a.out 查看可执行文件 a.out 链接了谁（.so）。

CMake 的一些指令

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上图的 -DMY_MACRO=1 只是为了符合某些人的习惯，其实还是相当于 #define MY_MACRO 1

没有 target 的下面的指令就像是全局的，不推荐使用。

解决菱形依赖的问题：
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安装第三方库-包管理器：
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2

https://www.bilibili.com/video/BV16P4y1g7MH/?spm_id_from=333.788

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现代 CMake 命令行调用：
cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build --parallel 4
cmake --build build --target install

这里的 --build 在Linux中就会调用make，在 Windows 中就会调用 visual studio 的那个 msbuild 去构建。--parallel 4 就代表用 4 个进程并行地构建，并且可以用 --target 来指定要构建的目标，和这个 make install 是一样的。

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还有就是现代 CMake 中 public 的应用：
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![image](https://img2022.cnblogs.com/blog/1752640/202203/1752640-20220311192201092-1353477202. png)

一般比较常用的是 Ninja 这个后端，比较快：
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Ninja 还是跨平台的，Windows和Linux上都能用：
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但是像 CUDA 在Windows上强制用 MSBuild 而不能用 Ninja。

可以使用 GLOB 来直接加所有的 .cpp 和 .h，但是可能存在删掉或者新增cpp却不被识别的问题，小彭老师推荐加关键字 CONFIGUE_DEPENDS:
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不过前面说的现代 CMake 推荐都写下来。

可以用 aux_source_directory 来自动根据当前语言搜索所需要的文件：
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同时还有递归地去搜索的关键词 GLOB_RECURSE（能自动包含所有子文件夹下的文件）：
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但是会把 CMake 构建时build中的测试的临时 cpp 也被加进来：
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注：在CMake看来编译和链接是一起的，

默认是 Debug 构建模式：
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https://cmake.org/cmake/help/latest/command/project.html

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一般会把 CMAKE_CXX_EXTENSIONS 设置为 OFF，表示不需要有那些GCC的特性（夹带私货！否则MSVC可能会通不过）。

这些变量最好设置在 project 之前，这样编译器在对project的时候启用这个语言的时候就会检测一下，就不容易出错。

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CMAKE常见变量：https://blog.csdn.net/fuyajun01/article/details/8891749

小彭老师建议卸载Ubuntu，使用Arch Linux.

一个标准的 CMakeLists.txt 模板

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

project(MyProjName LANGUAGES C CXX)

if (PROJECT_BINARY_DIR STREQUAL PROJECT_SOURCE_DIR)
    message(WARNING "The binary directory of CMake cannot be the same as source directory!")
endif()

if (NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
    set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)
endif()

if (WIN32)
    add_definitions(-DNOMINMAX -D_USE_MATH_DEFINES)
endif()

if (NOT MSVC)
    find_program(CCACHE_PROGRAM ccache)
    if (CCACHE_PROGRAM)
        message(STATUS "Found CCache: ${CCACHE_PROGRAM}")
        set_property(GLOBAL PROPERTY RULE_LAUNCH_COMPILE ${CCACHE_PROGRAM})
        set_property(GLOBAL PROPERTY RULE_LAUNCH_LINK ${CCACHE_PROGRAM})
    endif()
endif()

链接库文件

小彭老师推荐用静态库，因为动态库在Windows上有很多坑点。

对象库：https://www.scivision.dev/cmake-object-libraries/
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在自己的项目里可以都用对象库来组织。对象库的一个优点是，如上面的 mylib 作为一个对象库可以指定不同的编译选项，有时候就会做到。还有一点就是可以绕开编译器和操作系统的各种规则，保证跨平台统一性。

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常见坑点：
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原因是动态库在内存中的地址是会变化的，他在编译时会指定一个 -fPIC 选项，但是静态库却没有这个选项。静态库不想变换地址而动态库却需要变换地址，因此把一个静态库链到动态库上就会报错：cannot relocate x86_ to loc 之类的错误。

解决方法：要么把静态库变为一个对象库，要么让静态库编译时也生成位置无关的代码（PIC）
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不过这样就导致那些本来不需要为 PIC 的那些库也变为 PIC 了。

前面的set(CMAKE_POSITION_INDEPENDENT_CODE ON)会把那个文件后面所有的静态库都生成 PIC ，因此我们可以用 set_property 来只针对某一个库：
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对象的属性

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注：经尝试，set_property(TARGET TinyRaytracer PROPERTY WIN32_EXECUTABLE TRUE) 必须要 WinMain 才可以，main 入口是不可以的，会报错。

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手动拷贝 dll 太麻烦了，有如下几个解决方法：
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链接第三方库

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输出与变量

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set(myvar hello world) 相当于 set(myvar "hello;world")，即视作列表。

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所以如果不确定的时候最好打上引号。

结论：除非确实需要列表，建议始终在你不确定的地方加上引号，例如： set(sources “main.cpp” “mylib.cpp” “C:/Program Files/a.cpp”) message(“${sources}”)

变量与缓存

CMake 的最大坑点就是缓存了。

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清除缓存，其实只需删除 build/CMakeCache.txt 就可以了：rm build/CMakeCache.txt

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这个和参数的语法是一样的，就是前面加个 -D 而已。

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bool 值还有 TRUE 和 FALSE，但他们是由于历史原因保留的，目前普遍用的是 ON 和 OFF。

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如上图，设置 WITH_TBB 是一个 BOOL 类型的缓存变量，那么用户使用的时候就可以这样来设置是否开启：
cmake -B build -DWITH_TBB:BOOL=OFF

CMake 对 BOOL 类型缓存的 set 指令提供了一个简写：option
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但是上图的问题是，比如 ccmake（或者Windows的CMake GUI？）会查缓存，如果是不带 CACHE 的这样 set 就不进缓存，于是 ccmake 就看不到。

跨平台与编译器

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相当于 gcc -DMY_MACRO=233

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虽然名字叫 WIN32，实际上对 32 位 Windows 和 64 位 Windows 都适用。

生成器表达式

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https://cmake.org/cmake/help/latest/manual/cmake-generator-expressions.7.html#genex:PLATFORM_ID

这个生成器表达式就相当于，当满足 PLATFORM_ID:Windows 的时候才会定义后面的 MY_NAME="Bill Gates"，如果不满足就会定义为一个空字符串。总之就相当于刚才的那三个指令，且自动做了if判断。

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分支与判断

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建议同学们始终使用 ON/OFF 避免混淆

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变量与作用域

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小彭老师小建议

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3

https://www.bilibili.com/video/BV1V84y117YU/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=bd08f0c74da1940eb8682f61aa471b24

推荐的目录组织方式

多套一层名字，防止头文件名重复：
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.cmake 文件

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find_package

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科普：语义版本号（semantic versioning）系统

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其他记录

怎么判断64位平台和32位平台

CMAKE_SIZEOF_VOID_P 表示 void* 的大小（例如为 4 或者 8），可以使用其来判断当前构建为 32 位还是 64 位

if (NOT CMAKE_SIZEOF_VOID_P EQUAL 8)
    message(FATAL_ERROR "TinyRaytracer only supports 64-bit platforms")
endif ()

经测试，这一行应该包含在 project 指定语言之后，否则不知道 CMAKE_SIZEOF_VOID_P 是多少上面那个代码就始终会报错。

add_library是纯头文件或者没有源文件

此时不能用 STATIC 啥的，发现会报错：no sources given to target
https://stackoverflow.com/questions/65415872/issue-regarding-cmake-error-no-source-given-to-target

得换成 INTERFACE

CMake 输出路径

https://blog.csdn.net/q610098308/article/details/121157418

CMake warining管理

有时候引入第三方库我不想让它报warning，很烦人，学习如下链接：
https://www.foonathan.net/2018/10/cmake-warnings/

target_compile_options(my_library PRIVATE
     $<$<OR:$<CXX_COMPILER_ID:Clang>,$<CXX_COMPILER_ID:AppleClang>,$<CXX_COMPILER_ID:GNU>>:
          -Wall>
     $<$<CXX_COMPILER_ID:MSVC>:
          /W4>)

add_compile_definitions 似乎和变量一样遵从“子不影响父”的关系

add_compile_definitions 似乎和变量一样遵从“子不影响父”的关系？

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