是不是觉得Makefile很繁琐,一个cmake文件就可以解决

linux编译程序的时候,通常是使用Makefile文件来进行编译,这个是能够提高效率的,但是对于大中型的项目,每个文件夹下都需要创建Makefile,并且改变项目目录结构都需要调整Makefile文件,如果是小型项目的话,那花费的时间还是能够接受的,但是大中型项目要调整目录结构,这个工作量还是不小的。所以,我们可以通过使用cmake来解决这样的问题。

本文首先简单介绍什么是cmake,它可以用来干什么,接着给出一个简单的例子,让初学者对cmake有一个大致的了解,然后抛出cmake文件,并针对该cmake文件进行详细的解释,最后再进行总结,并分享个人的学习心得。

一、什么是cmake

cmake一款跨平台的编译工具,  它的全称是cross platform make,注意这里的make不是指linux下的make,使用它构建的工程,既可以生成linux下的makefile,也可以生成Mac系统的xcode的工程文件,还能够生成window的projects等。cmake并不会生成最终的软件程序,它只是生成标准的建构档,例如linux的Makefile文件。简单来说,cmake可以生产不同平台的建构档,然后再由建构档来生成最终的软件程序。

cmake组织档的取名都为CMakeLists.txt, 现在许多开源软件都采用cmake来组织代码,可见其用处还是很大的,学习了解cmake对于学习开源软件是有很大的帮助的。

二、入门例子

首先电脑上需要安装cmake软件,具体下载安装方法,可以网络搜索,这不是本文的主题,所以不进行说明。

linux上安装成功之后,可以执行命令cmake –version来查看当前的cmake版本

创建一个main.cpp文件,其内容如下所示,打印一句字符信息。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("this is the first cmake project.\n");
    return 0;
}

接着在同级目录下创建cmake文件 CMakeLists.txt

# CMake 最低版本号要求
cmake_minimum_required (VERSION 2.8)

# 项目信息,项目名称
project (EXAMPLE_01)

# 指定生成目标
add_executable(example_01 main.cpp)

为了代码干净,同级目录下创建build目录,进入build目录,执行“cmake ../”命令来生成Makefile文件,接着执行命令make编译,最后build目录下生成二进制文件example_01,  执行程序可以输出打印信息。

build目录下生成的文件内容如下,Makefile是生成的建构档,example_01是生成的可执行二进制程序。

三、cmake代替Makefile

上面只是cmake的一个简单的入门例子,还不能明显看出cmake的强大,对于中大型的项目来看,cmake的作用就比较明显,特别是相同代码不同平台的编译。

下面给出本章节将要详细解释说明的cmake文件,可以先熟悉下整体的流程,看不明白没有关系,后面将针对该文件进行详细的解释说明。

# CMake 最低版本号要求
cmake_minimum_required (VERSION 2.8.7 FATAL_ERROR)

# 项目信息,项目名称
project (EXAMPLE_02)

# CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR 自动增加CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR和CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR到每个目录的include路径
set(CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR ON)
message("CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR : ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}")
message("CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR : ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}")
message("PROJECT_SOURCE_DIR : ${PROJECT_SOURCE_DIR}")

set(CROSS_TOOLCHAIN_PREFIX "")
set(CMAKE_C_COMPILER ${CROSS_TOOLCHAIN_PREFIX}gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER ${CROSS_TOOLCHAIN_PREFIX}g++)
set(CROSS_OBJCOPY ${CROSS_TOOLCHAIN_PREFIX}objcopy)
set(CROSS_STRIP ${CROSS_TOOLCHAIN_PREFIX}strip)

set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/bin/linux)

# find_package()命令是用来查找依赖包
find_package(PkgConfig)

# export cmd 
message(STATUS “HOME dir: $ENV{HOME}”)
message(STATUS “LANG: $ENV{LANG}”)

# find_program查找可执行程序
find_program(CCACHE_FOUND ccache)
if(CCACHE_FOUND)
    message("found ccache")
    set_property(GLOBAL PROPERTH RULE_LAUNCH_COMPILE ccache)
    set_property(GLOBAL PROPERTH RULE_LAUNCH_LINK ccache)	
else()
    message("no found ccache")	
endif(CCACHE_FOUND)

if($ENV{DEBUG} MATCHES 1)
    message("debug build")
    set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
else()
    message("release build")
    set(CMAKE_BUILD_TYPE RelWithDebInfo)
endif()

# 头文件的搜索路径
function(include_sub_directories_recursively root_dir)
    if (IS_DIRECTORY ${root_dir})
        include_directories(${root_dir})
    endif()

    file (GLOB ALL_SUB RELATIVE ${root_dir} ${root_dir}/*)
    foreach(sub ${ALL_SUB})
        if (IS_DIRECTORY ${root_dir}/${sub} AND (NOT ("${sub}" STREQUAL ".svn")))
            include_sub_directories_recursively(${root_dir}/${sub}) 
        endif()
    endforeach()	
endfunction()	

include_directories(
    ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}
    ${PROJECT_SOURCE_DIR}
)

set(CMAKE_CXX_FLAGS_MY "-pipe -march=armv7-a -mfpu=neon -DLINUX=1 -DEGL_API_FB=1 -mfloat-abi=hard -O2 -std=c++11 -Wall -W -D_REENTRANT -fPIC -Wformat -Werror")
set(CMAKE_C_FLAGS "-pipe -march=armv7-a -mfpu=neon -DLINUX=1 -DEGL_API_FB=1 -mfloat-abi=hard -O2 -Wall -W -D_REENTRANT -fPIE -Werror")
set(CMAKE_CXX_FLAGS "")

# 指定查找库的目录
function(link_sub_directories_recursively root_dir)
    if (IS_DIRECTORY ${root_dir})
        link_directories(${root_dir})
    endif()

    file (GLOB ALL_SUB RELATIVE ${root_dir} ${root_dir}/*)
    foreach(sub ${ALL_SUB})
        if (IS_DIRECTORY ${root_dir}/${sub} AND (NOT ("${sub}" STREQUAL ".svn")))
            link_sub_directories_recursively(${root_dir}/${sub}) 
        endif()
    endforeach()	
endfunction()

# 遍历匹配目录的所有子目录并匹配文件
file(GLOB_RECURSE SRC_FILES ${PROJECT_SOURCE_DIR}/*.cpp)

# 指定生成目标
add_executable(example_02 ${SRC_FILES})

# 标示链接的库
target_link_libraries(example_02
    dl
    pthread
    m)

if (CMAKE_BUILD_TYPE MATCHES Rel)
    add_custom_command(TARGET example_02
        POST_BUILD
        COMMAND mkdir -p ${EXECUTABLE_OUTPUT_PATH}/release	
        )
else()
    add_custom_command(TARGET example_02
        POST_BUILD
        COMMAND mkdir -p ${EXECUTABLE_OUTPUT_PATH}/debug	
        )
endif()

cmake_minimum_required指定cmake最低版本号要求,FATAL_ERROR 表示当发生警告时,用错误方式提示

make_minimum_required(VERSION <min>[...<max>] [FATAL_ERROR])

CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR 自动增加CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR和CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR到每个目录的include路径。CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR默认是关闭的。

当前测试工程的目录结构如下:

02_exapmle
    |-- build
    |-- src
        |-- CMakeLists.txt
        |-- main.cpp

message可以打印输出变量信息, CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR、CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR、PROJECT_SOURCE_DIR是cmake内置变量

message("CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR : ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}")
message("CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR : ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}")
message("PROJECT_SOURCE_DIR : ${PROJECT_SOURCE_DIR}")

运行后输出打印的信息, CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR表示当前正在处理的源代码目录,CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR表示当前正在处理的二进制目录,PROJECT_SOURCE_DIR表示当前工程的顶层源代码目录

CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR : .../02_example/src
CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR : .../02_example/build
PROJECT_SOURCE_DIR : .../02_example/src

EXECUTABLE_OUTPUT_PATH表示可执行文件输出路径

find_package()命令是用来查找依赖包, Pkg-Config维护它依赖库路径、头文件路径、编译选项、链接选项等信息。

关键字ENV查看的是当前环境变量,linux上的环境变量可以通过export命令来查看。

message(STATUS “LANG: $ENV{LANG}”)对应输出的内容为:

-- “LANG:zh_CN.UTF-8”

find_program查找可执行程序。一个名为<VAR>的cache条目会被创建用来存储该命令的结果。如果该程序被找到了,结果会存储在该变量CCACHE_FOUND

find_program(<VAR> name [path1 path2 ...])

set_property给定范围内设置一个命名属性,GLOBAL域是唯一的,PROPERTY后面紧跟着要设置的属性的名字。

set_property(<GLOBAL                      |
              DIRECTORY [<dir>]           |
              TARGET    [<target1> ...]   |
              SOURCE    [<src1> ...]      |
              INSTALL   [<file1> ...]     |
              TEST      [<test1> ...]     |
              CACHE     [<entry1> ...]    >
             [APPEND] [APPEND_STRING]
             PROPERTY <name> [value1 ...])

function,定义函数name, 并且参数为<arg1> … , 函数只有在调用的时候才起作用。

function(<name> [<arg1> ...])
 <commands>
endfunction()

include_directories包含头文件的搜索路径。

link_directories指定查找库的目录。

target_link_libraries标示链接的库。<target>必须时 add_executable() or add_library() 命令创建。<item>则是链接的库

target_link_libraries(<target> ... <item>... ...)

file产生一个匹配 <globbing-expressions> 的文件列表并将它存储到变量 <variable> 中,果 RELATIVE 标志位被设定,将返回指定路径的相对路径。file的第一个参数设置为GLOB_RECURSE,则表示遍历匹配目录的所有子目录并匹配文件。

file(GLOB <variable>
[LIST_DIRECTORIES true|false] [RELATIVE <path>] [CONFIGURE_DEPENDS]
[<globbing-expressions>...])

add_custom_command,定义一个跟指定目标target关联的新的命令,命令何时执行取决于PRE_BUILD | PRE_LINK | POST_BUILD这三个参数。

add_custom_command(TARGET target
                   PRE_BUILD | PRE_LINK | POST_BUILD
                   COMMAND command1 [ARGS] [args1...]
                   [COMMAND command2 [ARGS] [args2...] ...]
                   [WORKING_DIRECTORY dir]
                   [COMMENT comment] [VERBATIM])
PRE_BUILD - 所有其他依赖项之前运行
PRE_LINK - 其他依赖项之后运行
POST_BUILD - 目标建立之后运行

四、总结

创建cmake文件的过程,首先当然是先创建CMakeLists.txt文件,接着声明cmake的版本要求,然后设置项目信息,再根据具体场景设置相关属性以及生成的可执行目标。

上面讲解的例子中,主要涉及到cmake的几个知识点。具体如下:

  1. cmake的变量:内置变量、环境变量以及自定义变量。
  2. 查找命令:find_package、find_program
  3. 定义函数:function
  4. 查找文件:file
  5. 搜索路径:include_directories、link_directories、target_link_libraries
  6. 自定义命令:add_custom_command
  7. 设置目标: add_executable

五、学习心得

学习cmake也有一段时间,网络上也搜索了很多信息,但是总感觉说的不够明白和全面。最后发现要想全面的了解cmake,  最有效的方法就是直接查看cmake的官方文档。虽然是英文,但是只要耐心认真阅读,就会发现里面讲的很全面。然后再结合具体的例子进行消化理解就可以。而对于cmake的变量的含义,除了查看cmake官方文档之后,还可以通过message直接打印出变量信息来加深理解其含义。

基于面向对象的思想来使用结构体,将会有意想不到的效果

程序开发过程中,很多人都会接触到客户服务端模型,通常客户服务端模型是基于socket的网络通信,而网络通信是需要定义通信协议,通信协议结构一般是用结构体的方式来表示,而数据内容有的可能会使用json格式,对于嵌入式设备,数据内容更多的还是采用结构体的方式来表示。

本文首先会基于Qt提供的socket接口来实现一个简单的客户服务端模型,主要是为后面数据内容采用结构体通信的说明提供基础。接着定义通信协议结构体,然后再说明C语言方式使用结构体的方法,再介绍基于面向对象的思想来使用结构体,从而体会两者方式之间的区别,最后再介绍如何采用模版方式来更好的获取结构格式不定的数据内容。

一、客户服务端模式

客户服务端模式的机制是,服务端启动监听端口来等待客户端的连接,客户端创建socket启动连接,服务端成功接收到连接之后,等待客户端发送数据,客户端开始发送数据,服务端接收到数据,并进行解析处理。

下面会基于QT提供的socket接口来实现简单的客户服务端模型,实现之前需要在pro文件中添加network库的支持。

QT       += core gui network

1、定义实现简单的服务端类JTcpServer, 首先构造函数创建QTcpServer对象用来启动监听等待新的连接,当有新的连接请求的时候,则通过QTcpServer提供的接口nextPendingConnection来返回连接成功的socket, 然后等待客户端发送数据,如果有可读数据,那么读取数据进行处理。

// 定义服务端类
class JTcpServer : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    JTcpServer();
    ~JTcpServer();

    void Start();

public slots:
    void AcceptConnection();
    void ReadClient();

private:
    QTcpServer* m_pTcpServer;
    QTcpSocket *m_pClientConnection;
};

// 实现服务端类
JTcpServer::JTcpServer()
    : QObject(nullptr)
{
    LOG(INFO) << " contructor";
    m_pTcpServer = new QTcpServer(this);
}

JTcpServer::~JTcpServer()
{
    LOG(INFO) << " decontructor";
    m_pTcpServer->close();
}

void JTcpServer::AcceptConnection()
{
    LOG(INFO) << "receive new connection";
    m_pClientConnection = m_pTcpServer->nextPendingConnection();
    if (m_pClientConnection->waitForReadyRead())
    {
        ReadClient();
    }
}

void JTcpServer::ReadClient()
{
    QString str = m_pClientConnection->readAll();
    LOG(INFO) << "str: " << str.toStdString().c_str();
}

void JTcpServer::Start()
{
    LOG(INFO) << "start tcp server";

    m_pTcpServer->listen(QHostAddress::Any, 9999);
    if (m_pTcpServer->waitForNewConnection(500000))
    {
        AcceptConnection();
    }

    LOG(INFO) << "end tcp server";
}

2、定义实现简单的客户端类,构造函数创建QTcpSocket用来连接服务端,并且发送数据。

// 定义客户端类
class JTcpClient : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    JTcpClient();
    ~JTcpClient();

    void Start();

private:
    QTcpSocket* m_pclientSocket;
};

// 实现服务端类
JTcpClient::JTcpClient()
    : QObject(nullptr)
{
    LOG(INFO) << " contructor";
    m_pclientSocket = new QTcpSocket(this);
}

JTcpClient::~JTcpClient()
{
    LOG(INFO) << " decontructor";
    m_pclientSocket->close();
}

void JTcpClient::Start()
{
    LOG(INFO) << "start tcp client";

    m_pclientSocket->connectToHost(QHostAddress("127.0.0.1"), 9999);
    char ac_data[512] = {0};
    std::memcpy(ac_data, "hello everyone!", sizeof("hello everyone!"));
    m_pclientSocket->write(ac_data);
    m_pclientSocket->waitForBytesWritten();

    LOG(INFO) << "end tcp client";
}

3、完成客户端和服务端的实现,启动两个分离线程来分别执行客户端和服务端代码

// 启动服务端
std::thread thread_server( [&]{
    JTcpServer *p_tcp_server = new JTcpServer();
    p_tcp_server->Start();
} ) ;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

// 启动客户端
std::thread thread_client( [&]{
    JTcpClient *p_tcp_client = new JTcpClient();
    p_tcp_client->Start();
} ) ;

if (thread_server.joinable())
{
    thread_server.detach();
}

if (thread_client.joinable())
{
    thread_client.detach();
}

4、启动运行之后,可以看到服务端成功打印了客户端发送的数据,这说明客户端和服务端之间是能够通信的。

[void JTcpServer::ReadClient():60] str: hello everyone!

二、通信协议

定义客户端和服务端的通信协议,它包括帧号,该帧号具有唯一性;帧类型,根据具体业务场景进行定义,比如命令帧、结果帧等;帧的来源表示帧的发送者; 帧的目的表示帧的接受者;数据帧长度则存储数据内容的具体长度; 数据则存放不定长度的数据内容。

三、基于C语言方式的结构体

基于C语言方式定义通信协议的结构体

typedef struct CFrame
{
    int iId;
    int iType;
    int iFrom;
    int iTo;
    int iDataLen;
    char data[0];
}CFRAME;

再定义数据内容的结构体

typedef struct CParam
{
    int iParam;
    char acInfo[32];
}CPARAM;

客户端构建数据,并发送。首先malloc申请内存,然后填充帧头和数据内容,最后发送数据,再free释放内存。

CFRAME *p_frame = nullptr;
p_frame = (CFRAME *)malloc(sizeof(CFRAME) + sizeof(CPARAM));
memset(p_frame, 0x00, sizeof(CFRAME) + sizeof(CPARAM));
p_frame->iId = 111;
p_frame->iType = 3;
p_frame->iFrom = 1;
p_frame->iTo = 2;
p_frame->iDataLen = sizeof(CPARAM);
CPARAM param;
param.iParam = 400;
memcpy(param.acInfo, "happy.", sizeof("happy."));
memcpy(p_frame->data,  &param, sizeof(CPARAM));

int i_write_len = m_pclientSocket->write((char *)p_frame, sizeof(CFRAME) + sizeof(CPARAM));
LOG(INFO) << "i_write_len: " << i_write_len;
m_pclientSocket->waitForBytesWritten();

free(p_frame);

服务端接收数据,并解析。服务端接收全部数据,然后解析并打印出来。由于TCP是流的方式,一般来说,先解析帧头,再解析帧数据,但是这里暂时不需要关注,所以没有考虑。

QByteArray array = m_pClientConnection->readAll();
LOG(INFO) << "array.size(): " << array.size();

CFRAME *p_frame = reinterpret_cast<CFRAME *>(array.data());
if (!p_frame)
{
    LOG(INFO) << "p_frame nullptr";
}

LOG(INFO) << "p_frame->iId: " << p_frame->iId;
LOG(INFO) << "p_frame->iType: " << p_frame->iType;
LOG(INFO) << "p_frame->iFrom: " << p_frame->iFrom;
LOG(INFO) << "p_frame->iTo: " << p_frame->iTo;
LOG(INFO) << "p_frame->iDataLen: " << p_frame->iDataLen;

CPARAM *p_param = reinterpret_cast<CPARAM *>(p_frame->data);
if (p_param)
{
    LOG(INFO) << "p_param->iParam: " << p_param->iParam;
    LOG(INFO) << "p_param->acInfo: " << p_param->acInfo;
}

四、基于面向对象的结构体

上面的方式是基于基于C语言的方式来使用结构体,接下来就来说明如何基于面向对象的方式来使用结构体。

基于面向对象方式定义通信协议的结构体

struct CXXFrame
{
    int iId;
    int iType;
    int iFrom;
    int iTo;
    int iDataLen;
    char data[0];
    CXXFrame()
        : iId(1)
        , iType(0)
        , iFrom(1)
        , iTo(2)
        , iDataLen(0)
    {}
};

基于面向对象方式定义数据内容结构体

struct JParam
{
    int iParam;
    char acInfo[32];
    JParam()
        : iParam(1)
    {
        memset(acInfo, 0x00, sizeof(acInfo));
    }
};

构建客户端数据,并且发送数据。为了避免申请内存而忘记释放,这里使用std::vector来定义数组来存储发送的数据,这样就避免忘记释放内存。

CXXFrame *p_frame = nullptr;
int i_frame_len = sizeof(CXXFrame) + sizeof(JParam);
std::vector<char> vec_frame(i_frame_len, 0);
p_frame =  reinterpret_cast<CXXFrame *>(vec_frame.data());
p_frame->iId = 111;
p_frame->iType = 3;
p_frame->iFrom = 1;
p_frame->iTo = 2;
p_frame->iDataLen = sizeof(JParam);
JParam *p_param = reinterpret_cast<JParam *>(p_frame->data);
p_param->iParam = 400;
memcpy(p_param->acInfo, "happy!", sizeof("happy!"));
m_pclientSocket->write(vec_frame.data(), vec_frame.size());
m_pclientSocket->waitForBytesWritten();

服务端接收数据,并且解析数据。

QByteArray array = m_pClientConnection->readAll();
LOG(INFO) << "array.size(): " << array.size();

CXXFrame *p_frame = reinterpret_cast<CXXFrame *>(array.data());
if (!p_frame)
{
    LOG(INFO) << "p_frame nullptr";
}

LOG(INFO) << "p_frame->iId: " << p_frame->iId;
LOG(INFO) << "p_frame->iType: " << p_frame->iType;
LOG(INFO) << "p_frame->iFrom: " << p_frame->iFrom;
LOG(INFO) << "p_frame->iTo: " << p_frame->iTo;
LOG(INFO) << "p_frame->iDataLen: " << p_frame->iDataLen;

JParam *p_param = reinterpret_cast<JParam *>(p_frame->data);
if (p_param)
{
    LOG(INFO) << "p_param->iParam: " << p_param->iParam;
    LOG(INFO) << "p_param->acInfo: " << p_param->acInfo;
}

五、模版方式获取数据内容

服务器接收数据的内容的长度是不确定,不同的应用场景对应不同的结构体。为了统一、并且简化代码量。可以实现模版方法来获取数据内容。

template<typename T>
T* GetFrameParam(CXXFrame *pFrame)
{
    return reinterpret_cast<T*>(pFrame->data);
}

那么服务端接收数据内容,就可以调用模版方法。

QByteArray array = m_pClientConnection->readAll();
LOG(INFO) << "array.size(): " << array.size();

CXXFrame *p_frame = reinterpret_cast<CXXFrame *>(array.data());
if (!p_frame)
{
    LOG(INFO) << "p_frame nullptr";
}

LOG(INFO) << "p_frame->iId: " << p_frame->iId;
LOG(INFO) << "p_frame->iType: " << p_frame->iType;
LOG(INFO) << "p_frame->iFrom: " << p_frame->iFrom;
LOG(INFO) << "p_frame->iTo: " << p_frame->iTo;
LOG(INFO) << "p_frame->iDataLen: " << p_frame->iDataLen;

//JParam *p_param = reinterpret_cast<JParam *>(p_frame->data);
JParam *p_param = GetFrameParam<JParam>(p_frame);
if (p_param)
{
    LOG(INFO) << "p_param->iParam: " << p_param->iParam;
    LOG(INFO) << "p_param->acInfo: " << p_param->acInfo;
}

六、总结

本文通过实现一个简单的客户服务端模型来说明C语言定义的结构体和面向对象定义的结构体的区别,通过面向对象定义的结构体可以在构造函数中初始化数据成员,这样就不必每次定义对象,还需要使用memset来初始化结构体,同时也避免了忘记初始化结构体的可能性。另外一个,我觉得可以很好简化代码量,并且让代码统一的一个点就是,使用模版方法来解析帧的数据内容。除了解析帧的数据内容之外,还可以通过模版方法来构建帧的数据内容,这样不同结构体,只需要一个模版方法就可以解决。所以,使用面向对象的设计语言的时候,尽量用面向对象的设计思想来开发,很多时候可以简化代码,甚至简化代码的逻辑。