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cmake之PUBLIC|PRIVATE|INTERFACE关键字

近期重学CMake,为后续的开发做点准备。遇到PUBLIC|PRIVATE和INTERFACE三个关键字不是很理解,搜索了一些资料,最后发现这篇文章说得比较浅显易懂。

CMake: Public VS Private VS Interface

本文在他的基础上,加上了一些实际验证的例子。

使用到这三个关键字的地方基本在:target_include_directoriestarget_link_libraries两个命令。为了方便理解,我们以一个实际的例子来先说说 target_include_directories

建立文件目录如下:

image-20210330203443446

hello.h 和 hello.cpp 组成 hello lib.

main依赖hello lib。

下面看一下每个文件的定义是如何的:

hello.h:

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#ifndef CMAKETEST_HELLO_H
#define CMAKETEST_HELLO_H

void print_hello();

#endif //CMAKETEST_HELLO_H

hello.cpp:

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#include "hello.h"
#include <iostream>

void print_hello()
{
std::cout << "hello\n";
}

main.cpp:

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#include <iostream>
#include "hello.h"

int main()
{
print_hello();
return 0;
}

ok, 下面重点看看CMakeLists.txt

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# create a lib target
add_library(hello src/hello.cpp)
# specify header path for hello lib
target_include_directories(hello PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)

# create main driver
add_executable(main src/main.cpp)
# add link deps
target_link_libraries(main hello)

很简单,就是定义了hello lib target, 给hello lib指定 include dir, 定义main driver target, 给main driver target 添加链接到hello的依赖。

至于这里:target_include_directories(hello PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)为什么使用public。 我马上就会解释。

想一个问题,在build一个target时,target是如何绑定include dir(也就是上面的的${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)的?。

这是因为每个target都有两个用来装include dir的变量,分别叫做INCLUDE_DIRECTORIESINTERFACE_INCLUDE_DIRECTORIES。 前者用于存放专给自己用的INCLUDE DIR, 后者则用于存放暴露给外部程序的INCLUDE DIR。你可以把他想象成两个放食物的篮子,INCLUDE_DIRECTORIES篮子放的东西给自己吃,INTERFACE_INCLUDE_DIRECTORIES篮子放的东西给别人吃。

以hello lib和main driver为例, 这里的“自己”说的是hello lib, 这里的“别人”说的是main driver. 更泛化了的说,“自己”指的是要build的库, 而“别人”指的是依赖库的程序,而所谓的食物,指的是库的 include dir。

PUBLIC|PRIVATE|INTERFACE就是在指定将定义的INCLUDE DIR放置到哪个篮子,或者两个都放。

  1. PUBLIC: 将include dir放到两个篮子中,自己用,也给别人用。
  2. PRIVATE: 将include dir只放到自己的篮子中。
  3. INTERFACE: 将include dir只放到别人的篮子中。

ok,记住这三点。我们再来看target_include_directories(hello PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)的public如何解释:将${PROJECT_SOURCE_DIR}/include同时放到自己和别人的篮子中。

target_link_libraries(main hello) 命令不仅链接了hello库。 同时还将hello lib的INTERFACE_INCLUDE_DIRECTORIES篮子中的东西也装到了自己的篮子(和自己向外暴露的篮子,这一点晚点解释,可忽略)。于是我们可以成功编译并运行。

如下图,clion并没有报错。

image-20210330205355736

现在将target_include_directories(hello PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)的PUBLIC,改为PRIVATE.

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target_include_directories(hello PRIVATE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)

也就相当于 hello lib中给别人吃的篮子中没有放任何东西。所以main driver找不到hello.h。也就会报错了。

image-20210330205450620

同理如果改为target_include_directories(hello INTERFACE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)

main.cpp是不会报错,但是hello.cpp会报错。因为自己吃的篮子中没有东西,只有给别人的篮子中才有东西。

image-20210330205716314

另外,细心的读者可能会发现,在CMakeLists.txt的最后一句target_link_libraries(main hello)没有指定关键字,这里补充一下target_link_libraries默认为``PUBLIC, 为了避免和target_include_directories`混淆,所以没写。

理解了 target_include_directories中的 PUBLIC,PRIVATE, INTERFACE, 再来理解 target_link_libraries就很简单了。只用记住有两个篮子,一个装给自己用,一个装给别人用即可。

依然以一个例子来说明,目录结构如下:

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各文件内容:

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// hello.h
#ifndef CTEST_HELLO_H
#define CTEST_HELLO_H

void print_hello();

#endif //CTEST_HELLO_H

// hello.cpp
#include "hello.h"
#include <iostream>


void print_hello()
{
std::cout << "hello\n";
}

// world.h
#ifndef CTEST_WORLD_H
#define CTEST_WORLD_H

void print_hello_and_world();

#endif //CTEST_WORLD_H

// world.cpp
#include "world.h"
#include "hello.h"
#include <iostream>


void print_hello_and_world()
{
print_hello();
std::cout << "world\n";
}

// main.cpp
#include "hello.h"

int main()
{
print_hello();
return 0;
}

CMakeLists.txt:

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# create hello lib
add_library(hello src/hello.cpp)
target_include_directories(hello PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/hello)

# create world lib
add_library(world src/world.cpp)
target_include_directories(world PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/world)
target_link_libraries(world PUBLIC hello)

# create main executable file
add_executable(main src/main.cpp)
target_link_libraries(main PUBLIC world)

注意到所有地方都是用的``PUBLIC`,现在解释一下这几个target的篮子存放状况。

hello:

自己和暴露给别人的篮子都存放了:${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/hello

world:

自己和暴露给别人的篮子都存放了: ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/world以及来自hello的${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/hello。 因为world依赖了hello,而hello采用public暴露include dir. 所有world dir中的两个篮子都有 来自hello的include dir.

main:

和world一样。

现在去执行:

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# in build dir
cmake ..
make

是能成功执行的。

如果将

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target_link_libraries(world PUBLIC hello)
# 改为
target_link_libraries(world PRIVATE hello)

则:

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原因在于,main依赖于world,而world private依赖于hello,也就意味着,world的篮子变为了:

自己有:${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/world以及来自hello的${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/hello, 但是暴露给别人的只有${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/world

所以main找不到hello.h

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