CMake: навіщо він потрібен і як його встановити

Цей матеріал відкриває розділ про CMake. Раніше ми збирали програми однією командою компілятора, а в темі про багатофайлові програми розділяли код на .h і .cpp. Поки файлів два-три, команду компіляції можна записати вручну. Нижче розглянуто, на якому масштабі цей підхід перестає працювати.

Проблема ручної компіляції

Припустимо, програма на C++ складається з п'яти файлів: main.cpp, math_utils.cpp, math_utils.h, string_utils.cpp і string_utils.h. Щоб отримати виконуваний файл, потрібно передати компілятору всі .cpp. Заголовки компілятор підтягне сам через #include.

Проблема в тому, що в кожної платформи свій компілятор зі своїм синтаксисом команд:

cl /EHsc main.cpp math_utils.cpp string_utils.cpp /Fe:myapp.exe

g++ main.cpp math_utils.cpp string_utils.cpp -o myapp

clang++ main.cpp math_utils.cpp string_utils.cpp -o myapp

Прапорці /EHsc та /Fe: існують лише в MSVC, а -o не працює в cl. Одну й ту саму ідею («скомпілюй ці файли в програму myapp») доводиться записувати тричі. Для проєкту, який збирають і на ноутбуці студента з Windows, і на сервері з Linux, це перша незручність.

Що ламається на практиці

Незручність платформ — лише перша з п'яти проблем ручного підходу:

1. Різні команди для різних платформ. Скрипт збірки для Linux не запрацює на Windows, і навпаки.
2. Новий файл — нова правка команди. Додали logger.cpp — треба дописати його в кожну команду у кожному скрипті, інакше лінкер видасть помилку «undefined reference».
3. Великі проєкти не масштабуються. Коли файлів сотні, а бібліотек десятки, рядок команди перетворюється на нечитабельну стіну тексту.
4. Підключення бібліотек. Для кожної бібліотеки треба вручну вказати папку із заголовками (-I), папку з бінарниками (-L) і ім'я бібліотеки (-l). На кожній платформі ці шляхи інші.
5. Зміна компілятора. Перейти з GCC на Clang означає переписати всі прапорці.

Що таке CMake

CMake — це інструмент, який автоматизує збірку проєктів на C++. Важливо розуміти, що CMake сам нічого не компілює. Він читає опис проєкту з файлу CMakeLists.txt і генерує файли для системи збірки, яка вже є на вашій платформі. Саму компіляцію виконує make, Ninja або Visual Studio.

Тому CMake називають генератором систем збірки (meta build system). Роль кожної ланки видно в таблиці:

Переваги CMake

• Кросплатформність. Один CMakeLists.txt працює на всіх платформах, де є CMake і компілятор.
• Автоматизація. Команди компіляції та лінкування CMake складає сам за описом цілей.
• Масштабованість. Проєкт ділиться на підпапки, кожна зі своїм CMakeLists.txt, а CMake збирає їх у єдине ціле.
• Стандарт індустрії. Більшість професійних C++ проєктів використовує CMake, тому вміння читати CMakeLists.txt потрібне в будь-якій команді.
• Інтеграція з IDE. Visual Studio, CLion і VS Code відкривають CMake-проєкти напряму, без окремих файлів проєкту.
• Керування залежностями. Через find_package, FetchContent і менеджери пакетів (vcpkg, Conan) підключення бібліотек зводиться до кількох рядків.

Хто використовує CMake

З CMake збираються Qt (GUI-фреймворк), OpenCV (комп'ютерний зір), LLVM/Clang (компілятор), MySQL (база даних), KDE (графічне середовище для Linux) і Blender (3D-графіка). Тобто один інструмент справляється і з бібліотекою на кілька файлів, і з проєктом на мільйони рядків.

Встановлення CMake

CMake розповсюджується як звичайна програма. Для курсу потрібна версія 3.15 або новіша, а краще остання стабільна.

choco install cmake

winget install Kitware.CMake

sudo apt update
sudo apt install cmake

# 1. Офіційний інсталятор з GitHub (підставте актуальну версію)
wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.1/cmake-3.28.1-linux-x86_64.sh
sudo sh cmake-3.28.1-linux-x86_64.sh --prefix=/usr/local --skip-license

# 2. Через pip (не потребує прав адміністратора)
pip install cmake

# 3. Через snap
sudo snap install cmake --classic

brew install cmake

Перевірка встановлення

cmake --version

Номер версії у вас може відрізнятися. Головне, щоб команда знайшлася і не видала помилку «command not found».

Встановлення компілятора

CMake компілятора не містить. Якщо його немає, CMake на етапі конфігурації видасть помилку «No CMAKE_CXX_COMPILER could be found».

sudo apt install build-essential

xcode-select --install

Ninja: швидша система збірки

make вистачає для навчальних проєктів. Для великих проєктів популярний Ninja: він швидше визначає, що перекомпілювати, і краще розпаралелює роботу. CMake підтримує його як генератор.

# Linux
sudo apt install ninja-build

# macOS
brew install ninja

# Windows
choco install ninja

Питання для самоперевірки

Резюме