一、引言

在當今軟件開發中，跨平臺開發已成為常態。無論是需要在Windows、Linux、macOS等多操作系統上運行，還是在不同的硬件架構（如x86、ARM等）間部署，跨平臺編譯生成都是一個無法回避的關鍵問題。CMake，作為一款強大且廣泛使用的自動化構建系統，憑借其跨平臺特性，為開發者提供了一套統一的構建腳本，能在多種操作系統和編譯器環境下生成適配本地的構建系統，從而極大地簡化了跨平臺項目開發工作。本文將深入探討CMake在不同平臺編譯生成的方法與技巧，并通過豐富的實例幫助你掌握其核心要點。

二、CMake跨平臺編譯基礎

1. CMake簡介

CMake使用簡單的腳本語言編寫CMakeLists.txt文件來控制軟件構建過程，其核心能力之一是能夠感知并識別運行或目標構建所處環境。它會根據不同平臺特性進行相應配置，從而生成適應特定平臺的構建系統，如Makefile（適用于Linux、macOS的Make工具）、Visual Studio項目文件（用于Windows平臺的Visual Studio開發環境）、Ninja文件（一款專注于速度的構建系統）等，方便開發者進行自動化構建、測試以及打包項目，無需在編寫代碼時考慮平臺差異。

2. 關鍵內置變量

• CMAKE_SYSTEM_NAME：該變量存儲CMake當前配置或構建所針對的操作系統名稱。在大多數非交叉編譯情況下，它與CMAKE_HOST_SYSTEM_NAME（CMake運行所在宿主操作系統名稱）相同；交叉編譯時，可通過設置CMAKE_SYSTEM_NAME明確指定目標操作系統。常見值包括“Linux”、“Darwin”（macOS）、“Windows”、“AIX”等，一般由CMake在配置時自動確定，多數情況通過查詢系統信息（如類Unix系統上執行uname -s命令）來獲取，也可通過手動指定覆蓋默認值。
• CMAKE_CXX_COMPILER：表示用于C++編譯的編譯器路徑。
• CMAKE_C_COMPILER：表示用于C編譯的編譯器路徑。

三、CMake在不同平臺的基礎編譯配置

1. 最小化的CMakeLists.txt示例（通用基礎配置）

以下是一個具備基礎跨平臺能力的CMakeLists.txt示例，適用于大多數簡單C++項目的起始配置：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)  # 指定最低CMake版本要求project(MyCrossPlatformProject VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)  # 定義項目名稱、版本號和使用的編程語言# 設置C++標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 添加可執行文件目標，此處為簡化，僅包含一個源文件
add_executable(MyApp main.cpp)

2. 檢測操作系統并進行基礎配置

基于不同的操作系統進行差異化配置是跨平臺編譯的關鍵步驟，下面通過示例展示如何根據不同的操作系統設置特定的編譯器選項和鏈接庫。

示例代碼

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformConfig LANGUAGES CXX)# 設置C++標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 根據操作系統類型設置不同的編譯器選項和鏈接庫
if(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Linux")# Linux系統下的編譯選項set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")# 假設Linux下可能需要特定的庫，如pthreadtarget_link_libraries(MyApp PRIVATE pthread)
elseif(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Windows")# Windows系統下的編譯選項set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} /W4")# Windows系統下可能需要的庫，如user32.libtarget_link_libraries(MyApp PRIVATE user32.lib)
elseif(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Darwin")# macOS系統下的編譯選項set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")
elseif(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "AIX")# IBM AIX系統下的編譯選項set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -q64")
else()message(WARNING "未識別的操作系統：${CMAKE_SYSTEM_NAME}，使用默認編譯選項")
endif()# 添加可執行文件目標
add_executable(MyApp main.cpp)

解釋：

• 使用if-elseif-else條件語句，依據CMAKE_SYSTEM_NAME變量的值對不同操作系統進行區分。
• 針對各操作系統分別設置特定的編譯器選項和鏈接庫。例如在Linux系統下，通過-Wall -Wextra開啟額外警告信息，并且鏈接pthread庫用于多線程支持；Windows系統下，使用/W4開啟較高級別的警告，鏈接user32.lib以滿足與Windows API交互的功能；macOS系統下同樣開啟額外警告選項；AIX系統則指定-q64選項以支持64位編譯。

3. 不同平臺的編譯器選擇與配置

不同操作系統默認使用的編譯器可能不同，CMake能自動檢測并使用合適的編譯器，不過對于一些特定需求，也可以手動指定編譯器。

示例代碼（指定編譯器）

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformCompilerSelection LANGUAGES CXX)# 若要手動指定編譯器，可取消以下注釋進行配置
# 設置C++編譯器路徑（適用于類Unix系統，如Linux、macOS，需根據實際路徑修改）
# set(CMAKE_CXX_COMPILER /usr/bin/g++)
# set(CMAKE_C_COMPILER /usr/bin/gcc)# 或者在Windows下指定特定的Visual Studio編譯器（示例僅為示意，實際根據安裝版本調整）
# set(CMAKE_CXX_COMPILER "C:/Program Files (x86)/Microsoft Visual Studio/2019/Community/VC/Tools/MSVC/14.29.30133/bin/Hostx64/x64/cl.exe")
# set(CMAKE_C_COMPILER "C:/Program Files (x86)/Microsoft Visual Studio/2019/Community/VC/Tools/MSVC/14.29.30133/bin/Hostx64/x64/cl.exe")# 設置C++標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 添加可執行文件目標
add_executable(MyApp main.cpp)

解釋：

• 通過取消注釋相應代碼行可手動指定編譯器路徑。在類Unix系統里，可按實際安裝位置設定g++和gcc的路徑；在Windows系統中，則根據Visual Studio的實際安裝路徑指定cl.exe編譯器路徑。不過，手動指定編譯器路徑時要確保路徑準確無誤，并且編譯器版本與項目需求兼容。

四、跨平臺編譯實戰示例

1. 項目結構

本次實戰示例項目結構如下：

CrossPlatformApp/
├── CMakeLists.txt
├── src/
│   ├── main.cpp
│   └── platform_utils.cpp
├── include/
│   └── platform_utils.h
└── data/└── config.txt

• src/：存放項目的源文件。
• include/：存放項目的頭文件。
• data/：存放項目所需的數據文件。

2. 代碼實現

platform_utils.h

#ifndef PLATFORM_UTILS_H
#define PLATFORM_UTILS_Hvoid platform_specific_function();#endif // PLATFORM_UTILS_H

platform_utils.cpp

#include <iostream>
#include "platform_utils.h"// 根據平臺執行不同操作的函數
void platform_specific_function() {
#ifdef _WIN32std::cout << "This is Windows platform." << std::endl;
#elif __linux__std::cout << "This is Linux platform." << std::endl;
#elif __APPLE__std::cout << "This is macOS platform." << std::endl;
#elsestd::cout << "Unknown platform." << std::endl;
#endif
}

main.cpp

#include <iostream>
#include "platform_utils.h"int main() {std::cout << "Welcome to Cross Platform App!" << std::endl;platform_specific_function();return 0;
}

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformApp VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)# 設置C++標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 處理不同平臺的鏈接庫情況
if(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Linux")target_link_libraries(MyApp PRIVATE pthread)
elseif(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Windows")target_link_libraries(MyApp PRIVATE user32.lib)
endif()# 添加可執行文件目標
add_executable(MyApp src/main.cpp src/platform_utils.cpp
)# 包含頭文件目錄
target_include_directories(MyApp PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)# 將數據文件安裝到指定位置（示例）
install(FILES ${PROJECT_SOURCE_DIR}/data/config.txt DESTINATION data)

3. 編譯與運行

（1）在Linux系統下

1. 創建并進入構建目錄：

mkdir build_linux
cd build_linux

2. 生成構建系統文件并編譯：

cmake ..
cmake --build .

3. 運行程序：

./MyApp

（2）在Windows系統下（假設使用Visual Studio 2019）

1. 創建構建目錄并進入：

mkdir build_windows
cd build_windows

2. 使用CMake生成Visual Studio項目文件并編譯：

cmake -G "Visual Studio 16 2019" -A x64 ..
cmake --build . --config Release

3. 運行程序：
   在構建目錄下找到生成的Release\MyApp.exe文件并運行。

（3）在macOS系統下

1. 創建并進入構建目錄：

mkdir build_macos
cd build_macos

2. 生成構建系統文件并編譯：

cmake ..
cmake --build .

3. 運行程序：

./MyApp

運行結果：
在不同操作系統上運行MyApp程序，將輸出對應的平臺信息，如Windows平臺輸出“This is Windows platform.” ，Linux平臺輸出“This is Linux platform.”，macOS平臺輸出“This is macOS platform.”，以此驗證跨平臺編譯和平臺特定代碼邏輯的正確性。

五、處理平臺相關的構建依賴項

1. 查找與鏈接外部庫（以Boost庫為例）

示例代碼

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformBoostApp LANGUAGES CXX)# 設置C++標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 查找Boost庫
find_package(Boost 1.70 REQUIRED COMPONENTS system thread)if(Boost_FOUND)include_directories(${Boost_INCLUDE_DIRS})# 假設項目中有個可執行文件MyBoostApp，鏈接Boost庫add_executable(MyBoostApp src/main.cpp)target_link_libraries(MyBoostApp PRIVATE ${Boost_LIBRARIES})
else()message(FATAL_ERROR "Boost library not found.")
endif()

解釋：

• 使用find_package(Boost 1.70 REQUIRED COMPONENTS system thread)指令查找版本號為1.70或更高且包含system和thread組件的Boost庫。
• 若找到，使用include_directories包含Boost的頭文件目錄，并在創建的可執行文件MyBoostApp目標中通過target_link_libraries鏈接Boost庫。
• 若未找到，通過message(FATAL_ERROR "Boost library not found.")輸出錯誤信息并終止配置過程。

2. 根據不同平臺指定不同的依賴庫

示例代碼

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformDependencies LANGUAGES CXX)set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 根據平臺查找不同的依賴庫
if(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Linux")# Linux平臺下可能依賴的庫find_package(OpenSSL REQUIRED)target_link_libraries(MyApp PRIVATE OpenSSL::SSL OpenSSL::Crypto)
elseif(CMAKE_SYSTEM_NAME STREQUAL "Windows")# Windows平臺下可能依賴的庫find_package(OpenSSL REQUIRED)target_link_libraries(MyApp PRIVATE OpenSSL::SSL OpenSSL::Crypto)# 假設Windows下還有其他特定依賴庫target_link_libraries(MyApp PRIVATE some_windows_specific_lib)
endif()# 添加可執行文件目標（這里僅為示例，實際需根據項目補充）
add_executable(MyApp main.cpp)

解釋：

• 根據CMAKE_SYSTEM_NAME的值判斷操作系統，在Linux系統下通過find_package(OpenSSL REQUIRED)查找OpenSSL庫并鏈接；在Windows系統下，不僅查找OpenSSL庫進行鏈接，還額外鏈接一個假設的Windows特定庫some_windows_specific_lib（實際使用時需替換為真實的庫名）。

六、生成跨平臺安裝包

1. 使用CPack生成安裝包

示例代碼

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(CrossPlatformInstaller LANGUAGES CXX)set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 添加可執行文件目標（簡化示例，實際根據項目補充）
add_executable(MyApp main.cpp)# 配置CPack
set(CPACK_GENERATOR "TGZ;ZIP")  # 生成TAR.GZ和ZIP格式的安裝包
include(CPack)

解釋：

• set(CPACK_GENERATOR "TGZ;ZIP")指定使用TGZ（TAR.GZ壓縮包）和ZIP格式生成安裝包。
• include(CPack)包含CPack模塊，使其生效。

2. 生成安裝包

在完成項目編譯后，在構建目錄下執行以下命令生成安裝包：

cpack

執行成功后，會在構建目錄下生成指定格式的安裝包文件，可在不同平臺上方便地分發和使用。

七、交叉編譯：在不同平臺生成適配其他平臺的可執行文件

1. 交叉編譯的基本概念

交叉編譯是指在一個平臺上生成另一個平臺上可運行的可執行文件，比如在x86架構的Linux系統上生成適用于ARM架構嵌入式設備的可執行程序。

2. 使用CMake進行交叉編譯

示例：在Linux系統上交叉編譯ARM架構的可執行程序

1. 首先創建一個交叉編譯工具鏈文件，例如arm-toolchain.cmake，內容如下：

# 指定目標系統
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)# 指定交叉編譯工具鏈路徑（根據實際安裝路徑調整）
set(CMAKE_C_COMPILER /path/to/arm-linux-gnueabihf-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER /path/to/arm-linux-gnueabihf-g++)# 可選：添加其他交叉編譯所需的設置
# 例如，指定查找頭文件和庫的路徑
# include_directories(/path/to/arm-linux-gnueabihf/include)
# link_directories(/path/to/arm-linux-gnueabihf/lib)

2. 在項目根目錄下執行CMake命令，使用交叉編譯工具鏈文件：

mkdir build_arm
cd build_arm
cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../arm-toolchain.cmake ..
cmake --build .

解釋：

• 通過-DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../arm-toolchain.cmake參數指定交叉編譯工具鏈文件，CMake會根據該文件中的配置生成適用于ARM架構的構建系統。
• 執行后續的構建命令，即可在Linux系統上生成適用于ARM架構的可執行程序。

八、總結

CMake作為一款強大的跨平臺構建工具，為開發者提供了一套統一的框架來處理不同平臺下的編譯生成工作。通過靈活運用CMake的內置變量、條件語句以及各類指令，開發者可以輕松地在多種操作系統和硬件架構下生成適配的構建系統，實現項目的跨平臺編譯、鏈接和安裝。在實際項目開發中，深入理解和掌握CMake跨平臺編譯的能力，將大大提高開發效率，降低維護成本，使項目能夠在更廣泛的環境中穩定運行。希望本文的詳細介紹與實例能幫助讀者更好地理解和運用CMake進行跨平臺開發。

以上就是關于CMake跨平臺編譯生成的詳細指南，若在實踐過程中遇到任何問題，歡迎在評論區留言交流。