CMake 两种变量原理
CMake 两种变量原理
摘要:
本文记录一下 CMake 变量的定义、原理及其使用。CMake 变量包含 Normal Variables、Cache Variables。通过 set 指令可以设置两种不同的变量。也可以在 CMake 脚本中使用和设置环境变量。set(ENV{<variable>} <value>...)，本文重点讲述 CMake 脚本语言特有的两种变量。
正文：
1、两种变量的定义参考
-
Normal Variables
通过
set(<variable> <value>... [PARENT_SCOPE])这个命令来设置的变量就是 Normal Variables。例如 set(MY_VAL "666") ，此时 MY_VAL 变量的值就是 666。 -
Cache Variables
通过
set(<variable> <value>... CACHE <type> <docstring> [FORCE])这个命令来设置的变量就是 Cache Variables。例如set(MY_CACHE_VAL "666" CACHE STRING INTERNAL)，此时 MY_CACHE_VAL 就是一个 CACHE 变量。
2、两种变量的作用域原理及使用
1、Normal Variables
作用域属于整个 CMakeLists.txt 文件，当该文件包含了 add_subdirectory()、include()、macro()、function()语句时，会出现两种不同的效果。
（1）、包含 add_subdirectory()、function()。（本质是值拷贝）
假设，我们在工程根目录 CMakeLists.txt 文件中使用 add_subdirectory(src) 包含另一个 src 目录，在 src 目录中有另一个 CMakeLists.txt 文件。在终端运行的目录结构如下：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> tree
.
├── CMakeLists.txt
└── src
└── CMakeLists.txt
1 directory, 2 files</code></span>以根目录 CMake 文件为父目录，src 目录为子目录，此时子目录 CMake 文件会拷贝一份父目录文件的 Normal 变量。需要说明的是，我们在子目录中如果想要修改父目录 CMake 文件包含的 Normal 变量。必须通过 set(... PARENT_SCOPE) 的方式。下面通过例子来说明。
在父/根目录的 CMakeLists.txt 文件内容如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"父目录 CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"666"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">add_subdirectory</span>(src)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)</code></span>在子目录 src/CMakeLists.txt 文件内容如下：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"在子目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"退出子目录"</span>)</code></span>运行结果：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件
在子目录，MY_VAL=666
退出子目录
第二次在父目录，MY_VAL=666</code></span>从结果可以看出，在子目录 CMake 文件中可以直接使用父目录定义的 MY_VAL 变量的值 666。当在子目录 CMake 文件中修改 MY_VAL 变量值，看看在父目录中 MY_VAL 的值如何变化。下面仅仅在子目录 CMake 文件中加入一行代码 set(MY_VAL "777"),最后的子目录 CMake 文件代码如下：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"777"</span>) <span style="color:#008000"># 刚刚加入的</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"在子目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"退出子目录"</span>)</code></span>运行结果：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件
在子目录，MY_VAL=777
退出子目录
第二次在父目录，MY_VAL=666</code></span>我们发现在 src/CMakeLists.txt 中打印的 MY_VAL 的值是 777，然后退出子目录回到根目录后，打印 MY_VAL 的值仍然是 666。这就说明了：子目录的 CMakeLists.txt 文件仅仅是拷贝了一份父目录的 Normal 变量，即使在子目录 CMake 文件中修改了 MY_VAL 变量，那也只是子目录自己的变量，不是父目录的变量。因为 Normal 变量的作用域就是以 CMakeLists.txt 文件为基本单元。那么我们如何在子目录 CMake 文件中修改父目录 CMake 文件的 Normal 变量呢? 我们需要在子目录 CMakeLists.txt 文件中设置 MY_VAL 时，加上 PARENT_SCOPE 属性。即用如下代码: set(MY_VAL "777" PARENT_SCOPE)，子目录 CMakeLists.txt 文件如下：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"777"</span> PARENT_SCOPE) <span style="color:#008000"># 修改处</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"在子目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"退出子目录"</span>)</code></span>运行结果:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
进入子目录 src/CMakeLists.txt 文件
在子目录，MY_VAL=666
退出子目录
第二次在父目录，MY_VAL=777</code></span>可以看出在第二次回到父目录时，MY_VAL 的值已经变成了 777。同理，对于 function() 最开始的结论也适用。代码如下：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"父目录 CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"666"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#008000"># 函数定义</span>
<span style="color:#0000ff">function</span>(xyz test_VAL) <span style="color:#008000"># 函数定义处！</span>
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"888"</span> PARENT_SCOPE)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"functions is MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">endfunction</span>(xyz)
xyz(<span style="color:#008000">${MY_VAL}</span>) <span style="color:#008000"># 调用函数</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
</code></span>运行结果:
<span style="color:#000000"><code>父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
functions is MY_VAL=666
第二次在父目录，MY_VAL=888</code></span>可以看出在该函数中使用 MY_VAL 这个变量值，其实就是一份父目录变量的值拷贝，此时打印值为 666。在 函数中修改值，那么也是用 set(${MY_VAL} 888 PARENT_SCOPE)。此时，退出函数第二次打印变量值时。该值就是在函数中修改好的值 888。 本质讲，对于 function() 而言，刚刚说到的父目录其实不是严格正确的。因为函数定义可以是在其他 .cmake 模块文件中定义的。也可以在其他 CMakeLists.txt 文件中调用，因此准确的说，这里的父目录应该改为『调用函数的地方所属的 CMakeLists.txt 』，我们做的这个实验是在根目录 CMakeLists.txt 文件中定义了函数，又在本文件中使用了。因此之前的说法理解其意思即可。对于 add_subdirectory() 而言，其实也是说调用的地方。下面的 include()、macro() 例子会涉及到，将 function() 放在一个外部的 .cmake 文件中。那里也会说明 function() 与 macro() 的不同。
（2）、包含 include()、macro() （本质有点类似 c 中的 #include 预处理含义）
现在在上面的根目录中加入了一个 cmake_modules 目录。目录中有一个 Findtest.cmake 文件。新的目录结构如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> tree
.
├── CMakeLists.txt
├── cmake_modules
│ └── Findtest.cmake
└── src
└── CMakeLists.txt
2 directories, 3 files</code></span>在根目录中的 CMakeLists.txt 文件包含的代码如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"父目录 CMakeLists.txt 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"666"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#008000"># 使用 include() 文件的宏</span>
list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH <span style="color:#008000">${PROJECT_SOURCE_DIR}</span>/cmake_modules)
<span style="color:#0000ff">include</span>(Findtest) <span style="color:#008000"># 从 CMAKE_MODULE_PATH 包含的路径中搜索 Findtest.cmake 文件</span>
<span style="color:#008000">#test(${MY_VAL}) # 调用宏</span>
<span style="color:#008000">#xyz(${MY_VAL}) # 调用函数</span>
<span style="color:#008000">#find_package(test REQUIRED) # 从 CMAKE_MODULE_PATH 包含的路径中搜索 Findtest.cmake 文件 与 include () 两者的效果是一样的！</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录，MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"include test=${test_VAL}"</span>)
<span style="color:#008000">#message("macro_val=${macro_val}")</span></code></span>cmake_modules/Findtest.cmake 文件内容如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#008000"># 该文件定义了一个函数以及一个宏</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"进入 Findtest.cmake 文件"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(test_VAL <span style="color:#a31515">"222"</span>) <span style="color:#008000"># 验证根目录 CMake 文件能够访问这个变量</span>
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"000"</span>) <span style="color:#008000"># 测试 include() 效果</span>
<span style="color:#008000"># 宏定义</span>
<span style="color:#0000ff">macro</span>(test MY_VA) <span style="color:#008000"># 定义一个宏！</span>
<span style="color:#0000ff">set</span>(macro_val <span style="color:#a31515">"1"</span>) <span style="color:#008000"># 宏内部定义变量</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"macro is MY_VAL=${MY_VA}"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"999"</span>) <span style="color:#008000"># 直接修改的就是调用该宏所处的文件中的 Normal 变量</span>
<span style="color:#0000ff">endmacro</span>(test)
<span style="color:#008000"># 函数定义</span>
<span style="color:#0000ff">function</span>(xyz test_VAL)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_VAL <span style="color:#a31515">"888"</span> PARENT_SCOPE) <span style="color:#008000"># 修改 调用者的 变量</span>
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"function is MY_VAL=${MY_VAL}"</span>)
<span style="color:#0000ff">endfunction</span>(xyz)</code></span>运行结果：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
进入 Findtest.cmake 文件
第二次在父目录，MY_VAL=000
include test=222</code></span>从结果可以看出，include() 内部是可以修改调用者 MY_VAL 变量。include() 包含的文件内定义的变量 test_VAL，也可以在调用 include() 的 CMakeLists.txt 文件中直接访问，同样的对于 macro() 也适用，在根目录 CMake 文件中调用宏，即取消 test(MYVAL)以及message("macroval=MYVAL)以及message("macroval={macro_val}") 部分的注释，此时最后输出结果 ：
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
父目录 CMakeLists.txt 文件
第一次在父目录 MY_VAL=666
进入 Findtest.cmake 文件
macro is MY_VAL=000
第二次在父目录，MY_VAL=999
include test=222
macro_val=1</code></span>可以看出，这次输出的结果在第二次进入父目录后，MY_VAL 变量的值就是 999 了。注意到在根目录中 CMakeLists.txt 中 注释语句中有一个 find_package() ，这个和 include() 其实都是一样的结果。
总结:
结合 include() 、macro() 最后结果，能够得出一个结论：通过 include() 和 macro() 相当于把这两部分包含的代码直接加入根目录 CMakeLists.txt 文件中去执行，相当于他们是一个整体。因此变量直接都是互通的。这就有点像 C/C++ 中的 #include 包含头文件的预处理过程了。这一点其实与刚开始讲的 function() 、add_subdirectory() 完全不同，在函数以及 add_subdirectory() 中，他们本身就是一个不同的作用域范围，仅仅通过拷贝调用者的 Normal 值(仅仅在调用 add_subdirectory() / function() 之前的 Normal 变量)，如果要修改调用者包含的 Normal 变量，那么只能通过 set(MY_VAL "某个值" PARENT_SCOPE)注明我们修改的是调用者 Normal 值。虽然在 C/C++ 中，可以通过指针的方式，通过函数可以修改外部变量值，但是在 CMake 脚本语言中 function() 虽然能够传入形式参数，但是者本质上就是 C/C++ 中的值拷贝。而不是引用。上面所说的 Normal 变量其实就是一个局部变量。
2、Cache Variables
相当于一个全局变量，我们在同一个 cmake 工程中都可以使用。Cache 变量有以下几点说明:
- Cache 变量 CMAKE_INSTALL_PREFIX 默认值是 /usr/local (可以在生成的 CMakeCache.txt 文件中查看)，这时候如果我们 在某个 CMakeLists.txt 中，仍然使用 set(CMAKE_INSTALL_PREFIX "/usr")，那么此时我们 install 的时候，CMake 以后面的 /usr 作为 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的值，这是因为 CMake 规定，有一个与 Cache 变量同名的 Normal 变量出现时，后面使用这个变量的值都是以 Normal 为准，如果没有同名的 Normal 变量，CMake 才会自动使用 Cache 变量。
- 所有的 Cache 变量都会出现在 CMakeCache.txt 文件中。这个文件是我们键入
cmake .命令后自动出现的文件。打开这个文件发现，CMake 本身会有一些默认的全局 Cache 变量。例如：CMAKE_INSTALL_PREFIX、CMAKE_BUILD_TYPE、CMAKE_CXX_FLAGSS 等等。可以自行查看。当然，我们自己定义的 Cache 变量也会出现在这个文件中。Cache 变量定义格式为set(<variable> <value> CACHE STRING INTERNAL)。这里的STRING可以替换为BOOLFILEPATHPATH，但是要根据前面 value 类型来确定。参考。 - 修改 Cache 变量。可以通过
set(<variable> <value> CACHE INSTERNAL FORCE)，另一种方式是直接在终端中使用cmake -D var=value ..来设定默认存在的CMake Cache 变量。
下面通过一个例子来说明以上三点:
首先看一下目录树结构:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> tree
.
├── CMakeLists.txt
└── src
└── CMakeLists.txt
1 directory, 2 files</code></span>根目录 CMakeLists.txt 文件内容如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_GLOBAL_VAR <span style="color:#a31515">"666"</span> CACHE <span style="color:#0000ff">STRING</span> INTERNAL )
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">add_subdirectory</span>(src)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(CMAKE_INSTALL_PREFIX <span style="color:#a31515">"-->usr"</span> )
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第三次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}"</span>)</code></span>src/CMakeLists.txt 文件内容如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"子目录,CMAKE_INSTALL_PREFIX=${CMAKE_INSTALL_PREFIX}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"子目录,MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(CMAKE_INSTALL_PREFIX <span style="color:#a31515">"/usr"</span> CACHE <span style="color:#0000ff">STRING</span> INTERNAL FORCE)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_GLOBAL_VAR <span style="color:#a31515">"777"</span> CACHE <span style="color:#0000ff">STRING</span> INTERNAL FORCE )</code></span>运行结果:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
第一次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
第一次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=666
子目录,CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
子目录,MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第二次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=777
第三次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=-->usr</code></span>程序说明：首先在根目录中打印一下当前的 Cache 变量 CMAKE_INSTALL_PREFIX 值，主要看看默认值是什么，然后在子目录 src/CMakeLists.txt 中再次打印和修改该 Cache 值，目的是熟悉修改全局 Cache 变量，当返回根目录 CMakeLists.txt 文件中再次执行第二次打印该 Cache 值时，主要看一看在子目录中修改后的效果。接着在根目录中设定一个 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的 Normal 同名变量，此时第三次打印 CMAKE_INSTALL_PREFIX 的值，此时是为了证明，当有与 Cache 同名的 Normal 变量出现时，CMake 会优先使用 Normal 属性的值。通过设定 MY_GLOBAL_VAR 主要是为了说明可以自己设定全局 Cache 变量。最后的结果如上面显示，当我们再次执行 cmake . 的时候，程序结果如下:
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#2b91af">$</span> cmake .
第一次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第一次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=777
子目录,CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
子目录,MY_GLOBAL_VAR=777
第二次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
第二次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=777
第三次在父目录 CMAKE_INSTALL_PREFIX=-->usr</code></span>可以发现第一次在父目录打印 CMAKE_INSTALL_PREFIX 和 MY_GOLBAL_VAR 时，他们的结果是上次cmake .后生成的值，存储在 CMakeCache.txt 中，自己可以找到，解决方案就是可以把 CMakeCache.txt 文件删除，然后在 cmake .我们以后在实际使用时要注意这个坑。对于修改 Cache 变量的另一种方式就是cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr。可以自己验证。这里说一个重要的点，就是在终端中输入的 cmake -D var=value . 如果 CMake 中默认有这个 var Cache 变量，那么此时就是赋值，没有的话，CMake 就会默认创建了一个全局 Cache 变量然后赋值。(tips: $CACHE{VAR}表示获取 CACHE 缓存变量的值)。例子如下:(目录结构同上)
根目录 CMakeLists.txt :
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_GLOBAL_VAR <span style="color:#a31515">"666"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第一次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=$CACHE{MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">add_subdirectory</span>(src)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录局部 MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"第二次在父目录全局 MY_GLOBAL_VAR=$CACHE{MY_GLOBAL_VAR}"</span>)</code></span>src/CMakeLists.txt :
<span style="color:#000000"><code><span style="color:#0000ff">cmake_minimum_required</span>(VERSION 3.10)
<span style="color:#0000ff">message</span>(<span style="color:#a31515">"子目录,MY_GLOBAL_VAR=${MY_GLOBAL_VAR}"</span>)
<span style="color:#0000ff">set</span>(MY_GLOBAL_VAR <span style="color:#a31515">"777"</span> CACHE <span style="color:#0000ff">STRING</span> INTERNAL FORCE )</code></span>运行结果：
<span style="color:#000000"><code>第一次在父目录 MY_GLOBAL_VAR=8
子目录,MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目录局部 MY_GLOBAL_VAR=666
第二次在父目录全局 MY_GLOBAL_VAR=777</code></span>有了上面的基础，相信这个例子很快能看明白。