[开发工具]使用VSCode和CMake开发、调试Linux C++

在介绍VSCode环境搭建前，需要对GCC编译器和CMake有一个了解。

1、GCC编译器

Vscode是通过调用GCC编译器来编译C/C++程序的，因此需要对GCC有一个基本的了解。

1.1 编译过程

C/C++程序的编译可以分为四步：

1）预处理 Pre-Processing

预处理主要是头文件的展开以及宏定义的替换

g++ -E test.cpp -o test.i     

2）编译 Compiling

编译是将经过预处理后的文件编译成汇编文件。

g++ -S test.i -o test.s

3）汇编 Assembling

汇编将会把汇编文件编译成二进制的机器码。

g++ -c test.s -o test.o

4）链接 Linking

将生成的.o文件链接成可执行文件

g++ test.o -o test

1.2 g++重要编译参数

1）-g 编译带调试信息的可执行文件

产生带调试信息的可执行文件。

g++ -g test.cpp

2）-O[n] 优化源代码

所谓优化，就是省略掉代码中从未使用过的变量、直接将常量表达式用结果值代替等等，
这些操作会缩减目标文件所包含的代码量，提高最终生成的可执行文件的运行效率。

-O    选项告诉 g++ 对源代码进行基本优化。这些优化在大多数情况下都会使程序执行的更快。 
	  -O2 选项告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。 如-O2，-O3，-On      （n 常为0–3）
	  
-O    同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1
-O0   表示不做优化
-O1   为默认优化
-O2   除了完成-O1的优化之外，还进行一些额外的调整工作，如指令调整等。
-O3   则包括循环展开和其他一些与处理特性相关的优化工作。

使用该选项将使编译的速度比使用 -O 时慢， 但通常产生的代码执行速度会更快。

  例：
	使用 -O2优化源代码，并输出可执行文件
	12g++ -O2 test.cpp

3）-l 和 -L 指定库文件 | 指定库文件路径

-l参数(小写)就是用来指定程序要链接的库，-l参数紧接着就是库名
在/lib和/usr/lib和/usr/local/lib里的库直接用-l参数就能链接

链接pthread库
g++ -lpthread test.cpp

如果库文件没放在上面三个目录里，需要使用-L参数(大写)指定库文件所在目录
-L参数跟着的是库文件所在的目录名

链接mytest库，libmytest.so在/home/mgh/testso目录下
g++ -L/home/mgh/testso -lmytest test.cpp

4）-I 指定头文件搜索目录

/usr/include目录一般是不用指定的，gcc知道去那里找，但是如果头文件不在/usr/icnclude里
我们就要用-I参数指定了，比如头文件放在/myinclude目录里，那编译命令行就要加上-I/myinclude参数，
如果不加你会得到一个”xxxx.h: No such file or directory”的错误。-I参数可以用相对路径，
比如头文件在当前 目录，可以用-I.来指定。

g++ -I/myinclude test.cpp

5）-Wall 打印警告信息

打印出GCC编译时的警告信息，例如：定义变量未使用、类型转换等
g++ -Wall test.cpp

6）-w 关闭警告信息

关闭所有警告信息

g++ -w test.cpp

7）-std=c++11 设置编译标准

如果在程序中使用了C++11、14等新标准，需要指定相应的标准

g++ -std=c++11 test.cpp

8）-o 指定输出文件名

g++ test.cpp - o test

9）定义宏

在编译时定义C/C++宏

常用场景：
-DDEBUG 定义DEBUG宏，可能文件中有DEBUG宏部分的相关信息，用个DDEBUG来选择开启或关闭DEBUG

g++ -DDEBUG test.cpp

1.3 生成库文件

静态库文件：

进入源文件目录
cd src

# 1.先使用 g++ -c 生成.o文件：
g++ sum.cpp -c -I ../include -o sum.o

# 2.生成静态库文件libsum.a
ar rs libsum.a	sum.o

# 3.链接静态库使用
#                指定库文件 指定库文件路径  指定头文件搜索路径
g++   main.cpp    -lsum        -Lsrc         -Iinclude            -o staticmain

动态库文件：

# 进入源文件目录
cd src

# 生成动态库
g++ sum.cpp -I../include -fPIC -shared -o libsum.so

# 上面命令等价于以下两条命令
g++ sum.cpp -I../include -c -fPIC
g++ -shared -o libsum.so Swap.o

# 链接，生成可执行文件:sharemain
g++ main.cpp -Iinclude -Lsrc -lsum -o sharedmain

目录结构：

.
├── include
│????? └── sum.h
├── main.cpp
├── sharedmain
├── src
│????? ├── libsum.a
│????? ├── libsum.so
│????? ├── sum.cpp
│????? └── sum.o
└── staticmain

运行可执行文件：

1、运行链接静态库的可执行文件，直接运行，静态库已经被编译到可执行文件中。

2、运行链接动态库的可执行文件，动态库只有在程序运行时才加载，因此程序可能找不到动态库所在位置，指定库文件路径：

? LD_LIBRARY_PATH=src ./sharedmain

2、CMake

• CMake是一个跨平台的安装编译工具，可以用简单的语句来描述所有平台的安装(编译过程)。

• CMake可以说已经成为大部分C++开源项目标配

2.1 语法特性结束

• 基本语法格式：指令(参数 1 参数 2…)

• • 参数使用括号括起
  • 参数之间使用空格或分号分开

• 指令是大小写无关的，参数和变量是大小写相关的

  set(HELLO hello.cpp)
  add_executable(hello main.cpp hello.cpp)
  ADD_EXECUTABLE(hello main.cpp ${HELLO})
  

• 变量使用${}方式取值，但是在 IF 控制语句中是直接使用变量名

2.2 重要指令和CMake常用变量

重要指令：

中括号中的选项为可选值：

• cmake_minimum_required - 指定CMake的最小版本要求

  # CMake最小版本要求为3.0
  cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
  

• • 语法：cmake_minimum_required(VERSION versionNumber [FATAL_ERROR])

• project - 定义工程名称，并可指定工程支持的语言

  # 指定工程名为HELLOWORLD
  project(HELLOWORLD)
  

• • 语法：project(projectname [CXX] [C] [Java])

• set - 显式的定义变量

  # 定义SRC变量，其值为main.cpp hello.cpp
  set(SRC sayhello.cpp hello.cpp)
  

• • 语法：set(VAR [VALUE] [CACHE TYPE DOCSTRING [FORCE]])

• include_directories - 向工程添加多个特定的头文件搜索路径 —>相当于指定g++编译器的-I参数

  # 将/usr/include/myinclude 和 ./include 添加到头文件搜索路径
  include_directories(/usr/include/myinclude ./include)
  

• • 语法：include_directories([AFTER|BEFORE] [SYSTEM] dir1 dir2 …)

• link_directories - 向工程添加多个特定的库文件搜索路径 —>相当于指定g++编译器的-L参数

  # 将/usr/lib/mylibfolder 和 ./lib 添加到库文件搜索路径
  link_directories(/usr/lib/mylibfolder ./lib)
  

• • 语法：link_directories(dir1 dir2 …)

• add_library - 生成库文件

  # 通过变量 SRC 生成 libhello.so 共享库
  add_library(hello SHARED ${SRC})
  

• • 语法：add_library(libname [SHARED|STATIC|MODULE] [EXCLUDE_FROM_ALL] source1 source2 … sourceN)

• add_compile_options - 添加编译参数

  # 添加编译参数 -Wall -std=c++11
  add_compile_options(-Wall -std=c++11 -O2)
  

• • 语法：add_compile_options(option1 option2 …)

• add_executable - 生成可执行文件

  # 编译main.cpp生成可执行文件main
  add_executable(main main.cpp)
  

• • 语法：add_library(exename source1 source2 … sourceN)

• target_link_libraries - 为 target 添加需要链接的共享库 —>相同于指定g++编译器-l参数

  # 将hello动态库文件链接到可执行文件main
  target_link_libraries(main hello)
  

• • 语法：target_link_libraries(target library1library2…)

• add_subdirectory - 向当前工程添加存放源文件的子目录，并可以指定中间二进制和目标二进制存放的位置

  # 添加src子目录，src中需有一个CMakeLists.txt
  add_subdirectory(src)
  

• • 语法：add_subdirectory(source_dir [binary_dir] [EXCLUDE_FROM_ALL])

• aux_source_directory - 发现一个目录下所有的源代码文件并将列表存储在一个变量中，这个指令临时被用来自动构建源文件列表

  # 定义SRC变量，其值为当前目录下所有的源代码文件
  aux_source_directory(. SRC)
  
  # 编译SRC变量所代表的源代码文件，生成main可执行文件
  add_executable(main ${SRC})
  

• • 语法：aux_source_directory(dir VARIABLE)

CMake常用变量

• CMAKE_C_FLAGS gcc编译选项

  CMAKE_CXX_FLAGS g++编译选项

  # 在CMAKE_CXX_FLAGS编译选项后追加-std=c++11
  set( CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11")
  

  CMAKE_BUILD_TYPE 编译类型(Debug, Release)

  # 设定编译类型为debug，调试时需要选择debug
  set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug) 
  
  # 设定编译类型为release，发布时需要选择release
  set(CMAKE_BUILD_TYPE Release) 
  

  CMAKE_BINARY_DIR

  PROJECT_BINARY_DIR

  __BINARY_DIR

• 1. 这三个变量指代的内容是一致的。
  2. 如果是 in source build，指的就是工程顶层目录。
  3. 如果是 out-of-source 编译,指的是工程编译发生的目录。
  4. PROJECT_BINARY_DIR 跟其他指令稍有区别，不过现在，你可以理解为他们是一致的。

• CMAKE_SOURCE_DIR

  PROJECT_SOURCE_DIR
  __SOURCE_DIR

• 1. 这三个变量指代的内容是一致的,不论采用何种编译方式,都是工程顶层目录。
  2. 也就是在 in source build时,他跟 CMAKE_BINARY_DIR 等变量一致。
  3. PROJECT_SOURCE_DIR 跟其他指令稍有区别,现在,你可以理解为他们是一致的。

• CMAKE_C_COMPILER：指定C编译器
• CMAKE_CXX_COMPILER：指定C++编译器
• EXECUTABLE_OUTPUT_PATH：可执行文件输出的存放路径
• LIBRARY_OUTPUT_PATH：库文件输出的存放路径

2.3 CMake编译工程

CMake目录结构：项目主目录存在一个CMakeLists.txt文件

两种方式设置编译规则：

1. 包含源文件的子文件夹包含CMakeLists.txt文件，主目录的CMakeLists.txt通过add_subdirectory添加子目录即可；
2. 包含源文件的子文件夹未包含CMakeLists.txt文件，子目录编译规则体现在主目录的CMakeLists.txt中；

在 linux 平台下使用 CMake 构建C/C++工程的流程如下:

• 手动编写 CmakeLists.txt
• 执行命令 cmake PATH生成 Makefile ( PATH 是顶层CMakeLists.txt 所在的目录 )。
• 执行命令make 进行编译。

两种构建方式：

• 内部构建(in-source build)：不推荐使用

  内部构建会在同级目录下产生一大堆中间文件，这些中间文件并不是我们最终所需要的，和工程源文件放在一起会显得杂乱无章。

  # 内部构建
  
  # 在当前目录下，编译本目录的CMakeLists.txt，生成Makefile和其他文件
  1.执行命令： 
  	cmake .
  2.执行make命令，生成target:
  	make
  

• 外部构建(out-of-source build)：推荐使用

  将编译输出文件与源文件放到不同目录中

  # 外部构建
  
  # 1.在当前目录下，创建build文件夹
  	mkdir build 
  # 2. 进入到build文件夹
  	cd build
  # 3. 编译上级目录的CMakeLists.txt，生成Makefile和其他文件
  	cmake ..
  # 4. 执行make命令，生成target
  	make
  

多目录工程–生成库编译

# 设置CMake最小所需版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
 
# 设置项目名 
project(SWAP_LIBRARY)

# 添加编译选项
add_compile_options("-Wall -std=c++11")

# 设置编译类型 Debug or Release
set( CMAKE_BUILD_TYPE Debug ) 

# 设置二进制文件输出路径 
set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_BINARY_DIR}/bin)

############################################################
# 创建一个库文件
############################################################

# 生成静态库
add_library( swap_library STATIC src/Swap.cpp )

target_include_directories( swap_lib PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include )

############################################################
# 生成可执行文件
############################################################

# 生成可执行文件
add_executable( swap_01 main.cpp )

# 链接库文件
target_link_libraries( swap_01 swap_liby )

3、VSCode和CMake开发、调试Linux C/C++

VSCode的安装在此就不介绍了，直接去官网下载安装即可。下载VSCode之后，需要安装远程连接linux的插件、C/C++和CMake的相关插件：

1.安装远程连接插件：Remote Development

在Remote-SHH扩展设置中，设置Remote.SSH:Show Login Terminal为true：

安装完成后，左下角会出现一个绿色的按钮，点击绿色按钮，选择Open SSH Configuration Files，然后选择第一个选项即可：

然后配置要连接的linux的信息

配置完成后，就可以点击左下角的绿色按钮选择Connect To Host来连接或者在左侧按钮栏中通过电脑按钮来连接：

2.安装C/C++以及CMake插件

首先要在linux中安装C/C++编译器 GCC、gdb调试器以及cmake。然后在VSCode中安装以下插件：

安装上面图片中的插件：

由于VScode是没有编译器的，它的编译工作使用的是GCC编译器或其它编译器。

VSCode编译调试C/C++程序主要需要配置两个文件，分别是launch.json和tasks.json：

1.点击左侧栏中的调试按钮然后创建一个launch.json文件

生成的json文件如下：

? 我们主要关注两个地方，11行的program和25行的preLaunchTask。program指定生成的程序的路径，${fileDirname}为VScode打开的文件当前路径，假设可执行文件在当前路径的build文件夹下，名字为hello。可执行文件在生成时要指定-g选项，添加调试信息。

{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "g++ - 生成和调试活动文件",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${fileDirname}/build/hello",      // 程序路径
            "args": [],
            "stopAtEntry": false,
            "cwd": "${fileDirname}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "MIMode": "gdb",
            "setupCommands": [
                {
                    "description": "为 gdb 启用整齐打印",
                    "text": "-enable-pretty-printing",
                    "ignoreFailures": true
                }
            ],
            "preLaunchTask": "Build",              // 在调试前执行的任务
            "miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb"
        }
    ]
}

? preLaunchTask是在调试前执行的任务，我们可以让它在调试前重新编译修改过的源文件，这样就不需要自己在修改代码后自己编译再来调试。因此我们先添加tasks.json文件，如下图，点击上面菜单的Terminal（终端），选择Configure Tasks（配置任务），就生成了tasks.json文件。复制下面的tasks.json覆盖原来的内容即可。但是要确保在文件顶层目录中有CMakeLists.txt文件才行。

生成的launch.json和tasks.json都在.vscode文件夹中。

tasks.json

{   
    "version": "2.0.0",
    "options": {
        "cwd": "${workspaceFolder}/build"
    },
    "tasks": [
        {
            "type": "shell",
            "label": "cmake",
            "command": "cmake",
            "args": [
                ".."
            ]
        },
        {
            "label": "make",
            "group": {
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            },
            "command": "make",
            "args": [

            ]
        },
        {
            "label": "Build",
			"dependsOrder": "sequence", // 按列出的顺序执行任务依赖项
            "dependsOn":[
                "cmake",
                "make"
            ]
        }
    ]

}

在配置好上述两个文件后，点击F5按钮即可调试。