用 CMake 构建 C++ 程序

上一章每次修改后都要手动执行编译命令。本章把编译参数写进 CMakeLists.txt，再用 CMake 和 Ninja 重复构建。

查看工程文件

示例工程包含构建规则、辅助脚本和程序源码：

工程目录
cmake-project/
├── CMakeLists.txt    # 构建规则
├── build-and-run.sh  # 一键配置、构建并运行
└── main.cpp          # 程序源码

程序入口仍然只负责输出问候句，避免把语言细节和构建工具混在一起。

main.cpp
// 程序入口：向标准输出打印问候。
#include <iostream>

int main() {
  std::cout << "Hello, World!\n";
  return 0;
}

构建规则如下：

CMakeLists.txt
# 构建 CMakeProject 可执行目标。
cmake_minimum_required(VERSION 3.31)
project(CMakeProject LANGUAGES CXX)

# 使用 C++20 作为语言标准。
set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
# 可执行文件统一输出到 build/bin。
set(CMAKE_RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_BINARY_DIR}/bin)

# 编译数据库，记录每个源文件的实际编译参数。
set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON)

# 创建 app 可执行目标。
add_executable(app main.cpp)

# 编译时启用 libc++ 与常用警告。
target_compile_options(app PRIVATE -stdlib=libc++ -Wall -Wextra -Werror)
# 链接时也使用 libc++。
target_link_options(app PRIVATE -stdlib=libc++)

project() 设置工程名，set() 选择 C++20、输出目录和编译数据库。CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS 生成的 compile_commands.json 供 clangd 读取，编辑器的代码提示才能拿到真实编译参数。

配置工程

在工程根目录执行下面的命令。CMake 会读取构建规则，并生成 Ninja 使用的文件。

Ubuntu Bash（工程根目录）
cmake -S . -B build -G Ninja -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++

-S . 指定源码目录，-B build 指定构建目录，-G Ninja 选择 Ninja。配置命令成功后，构建目录中会保存后续构建所需的规则。

构建并运行

Ubuntu Bash（工程根目录）
# 编译并链接 app
cmake --build build
# 运行程序
./build/bin/app

输出如下：

输出
Hello, World!

CMake 生成 build/bin/app，Ninja 负责实际编译和链接。修改 main.cpp 后再次执行 cmake --build build 即可。

也可以直接运行 bash build-and-run.sh，依次完成配置、构建和运行。

常见错误

配置时找不到 Ninja

先检查命令是否安装：

Ubuntu Bash
command -v cmake ninja clang++

缺少工具时，回到准备 WSL2 C++ 开发环境重新安装。

构建后找不到 app

执行 ./build/bin/app 时提示文件不存在，或构建结束后 build/bin/app 仍未生成，按下面的顺序定位后重新构建并运行。

  1. 确认执行位置

    当前目录不是工程根目录时，build/ 会指向错误位置。用根目录特征文件确认位置：

    Ubuntu Bash
    ls CMakeLists.txt

    输出包含 CMakeLists.txt，说明当前位于工程根目录。否则先用 cd 进入示例工程目录。

  2. 重新构建并定位失败来源

    重新构建并显示每条实际执行的编译命令：

    Ubuntu Bash（工程根目录）
    cmake --build build --verbose

    错误通常来自第一条编译信息，按文件名和行号修正源码后重新构建。

  3. 确认产物已生成

    Ubuntu Bash（工程根目录）
    ls -l build/bin/app

    命令列出 app 文件后，运行 ./build/bin/app，确认输出仍为 Hello, World!。

自测问题

先不要展开答案，试着自己把回答完整说出来，再展开对照。说不出来的部分，回到对应小节对照正文。

  1. 修改 main.cpp 后，为什么通常只需要再次执行 cmake --build build，而不必重新执行配置命令？

    查看答案

    配置阶段已经把 CMakeLists.txt 转换成构建规则。修改源文件只影响构建阶段，cmake --build build 会根据依赖关系重新编译并链接。只有构建规则、生成器或编译器配置改变时，才需要重新配置。

  2. cmake -S . -B build 和 cmake --build build 分别负责什么？

    查看答案

    前者读取项目配置并生成构建规则，后者执行这些规则，实际调用编译器和链接器生成程序。

本章回顾

你已经能用 CMake 保存构建规则，并通过 cmake --build 构建 app。下一章会把代码拆成多个文件。

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