如何编译跨平台的动态库和应用程序？

在很久之前，曾经在B站上传过几个小视频，介绍了在Windows和Linux这两个平台下，如何通过cmake和make这两个构建工具，来编译、链接动态库、静态库以及可执行程序。

视频中的示例代码是提前写好的，因此重点就放在构建(Build)环节了。主要是介绍了动态库与动态库之间、应用程序与动态库之间的引用等等。

对动态库、静态库比较熟悉的小伙伴，应该很容易就能理解其中的内容。但是对 C 语言不熟悉的朋友，看起来还是有一点点障碍。

这篇文章，主要是把视频中的示例代码进行简化，只使用一个动态库和一个可执行文件，使用cmake构建工具，演示在 Windows 和 Linux 这两个平台下的构建过程。

本文的内容很基础，算是使用 cmake 来构建跨平台程序的入门教程吧！

示例代码

首先看一下测试代码的全貌：

1. mylib：只有一个源文件，编译输出一个动态库;

2. myapp：也只有一个源文件，链接 mylib 动态库，编译输出一个可执行程序;

mylib

在mylib目录中，一共有3个文件：mylib.h, mylib.c 以及 CMakeLists.txt，内容分别如下：

// mylib/mylib.h w文件

#ifndef _MY_LIB_
#define _MY_LIB_

#ifdef MY_LINUX
	#define MYLIB_API		extern
#else
	#ifdef MYLIB_EXPORT
		#define MYLIB_API	__declspec(dllexport)
	#else
		#define MYLIB_API	__declspec(dllimport)
	#endif
#endif

MYLIB_API int my_add(int num1, int num2);
MYLIB_API int my_sub(int num1, int num2);

#endif  // _MY_LIB_

以上这个代码，主要是用在Windows系统的动态导出库，在 Linux 系统中，不是必要的。

补充：在 windows 系统中，编译动态库时会生成 xxx.dll 和 xxx.lib。xxx.dll 中是真正的库文件指令，xxx.lib 中仅仅是符号表。

具体来说：在 Windows 系统中，当编译动态库的时候，打开(定义)宏 MYLIB_EXPORT，下面这个宏生效：

#define MYLIB_API	__declspec(dllexport)

这样的话，两个函数 my_add 和 my_sub 的符号才可能被导出到 mylib.lib 文件中。

当这个动态库被应用程序(myapp)使用的时候，myapp.c在 include mylib.h 的时，关闭宏 MYLIB_EXPORT，此时下面这个宏就生效：

#define MYLIB_API	__declspec(dllimport)

为了简化宏定义的复杂度，这里就不考虑静态库了。

看完了头文件，再来看看源文件mylib.c：

// mylib/mylib.c 文件

#include "mylib.h"

int my_add(int num1, int num2)
{
	return (num1 + num2);
}

int my_sub(int num1, int num2)
{
	return (num1 - num2);
}

最后再来看一下mylib/CMakeLists.txt文件：

// mylib/CMakeLists.txt 文件

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
PROJECT(mylib VERSION 1.0.0)

# 自定义宏，代码中可以使用 
ADD_DEFINITIONS(-DMYLIB_EXPORT)

# 头文件
INCLUDE_DIRECTORIES(./)

# 源文件
FILE(GLOB MYLIB_SRCS "*.c")

# 编译目标
ADD_LIBRARY(${PROJECT_NAME} SHARED ${MYLIB_SRCS})

关于cmake的语法就不多说了，这里只用到了其中很少的一部分。

注意其中的一点：ADD_DEFINITIONS(-DMYLIB_EXPORT)，因为这个CMakeLists.txt是用来编译动态库的，因此在Windows平台下，每一个导出符号的前面需要加上 __declspec(dllexport)，因此需要打开宏定义：MYLIB_EXPORT。

myapp

应用程序的代码就更简单了，只有两个文件：myapp.c 和 CMakeLists.txt，内容如下：

// myapp/myapp.c 文件

#include 
#include 

#include "mylib.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
	int ret1, ret2;
	int a = 5;
	int b = 2;
	
	ret1 = my_add(a, b);
	ret2 = my_sub(a, b);
	printf("ret1 = %d \n", ret1);
	printf("ret2 = %d \n", ret2);
	getchar();
	return 0;
}

HelloWorld级别的代码，不需要多解释！CMakeLists.txt内容如下：

// myapp/CMakeLists.txt 文件

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
PROJECT(myapp VERSION 1.0.0)

# 头文件路径
INCLUDE_DIRECTORIES(./include)

# 库文件路径
LINK_DIRECTORIES(./lib)

# 源文件
FILE(GLOB MYAPP_SRCS "*.c")

# 编译目标
ADD_EXECUTABLE(${PROJECT_NAME} ${MYAPP_SRCS})

# 依赖的动态库
TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} mylib)

最后一行 TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} mylib) 说明要链接mylib这个动态库。

那么到哪个目录下去查找相应的头文件和库文件呢？

通过这两行来指定查找目录：

# 头文件路径
INCLUDE_DIRECTORIES(./include)

# 库文件路径
LINK_DIRECTORIES(./lib)

这个两个目录暂时还不存在，待会编译的时候我们再手动创建。

可以让 mylib 在编译时的输出文件，自动拷贝到指定的目录。但是为了不把问题复杂化，某些操作步骤通过手动操作来完成，这样也能更清楚的理解其中的链接过程。

最后就剩下最外层的CMakeLists.txt文件了：

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.5)
PROJECT(cmake_demo VERSION 1.0.0)

SET(CMAKE_C_STANDARD 99)

# 自定义宏，代码中可以使用 
if (CMAKE_HOST_UNIX)
    ADD_DEFINITIONS(-DMY_LINUX)
else ()
    ADD_DEFINITIONS(-DMY_WINDOWS)
endif()
	 
ADD_SUBDIRECTORY(mylib)
ADD_SUBDIRECTORY(myapp)

它所做的主要工作就是：根据不同的平台，定义相应的宏，并且添加了mylib和myapp这两个子文件夹。

Linux 下构建过程

cmake 配置

为了不污染源文件目录，在最外层目录下新建build目录，然后执行cmake指令：

$ cd ~/tmp/cmake_demo/
$ mkdir build
$ cd build/
$ ls
$ cmake ..

此时，在build目录下，产生如下文件：

CMakeCache.txt  CMakeFiles  cmake_install.cmake  Makefile  myapp  mylib

make 编译

我们可以分别进入mylib和myapp目录，执行make指令来单独编译，也可以直接在build目录下编译所有的目标。

现在就直接在build目录下编译所有目标：

$ cd ~/tmp/cmake_demo/build
$ make
Scanning dependencies of target mylib
[ 25%] Building C object mylib/CMakeFiles/mylib.dir/mylib.c.o
[ 50%] Linking C shared library libmylib.so
[ 50%] Built target mylib
Scanning dependencies of target myapp
[ 75%] Building C object myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o
~/tmp/cmake_demo/myapp/myapp.c:4:19: fatal error: mylib.h: 没有那个文件或目录
 #include "mylib.h"
                   ^
compilation terminated.
myapp/CMakeFiles/myapp.dir/build.make:62: recipe for target 'myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o' failed
make[2]: *** [myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o] Error 1
CMakeFiles/Makefile2:140: recipe for target 'myapp/CMakeFiles/myapp.dir/all' failed
make[1]: *** [myapp/CMakeFiles/myapp.dir/all] Error 2
Makefile:83: recipe for target 'all' failed
make: *** [all] Error 2

从提示信息中看出：已经编译生成了 ./mylib/libmylib.so 文件，但是在编译可执行程序 myapp 时遇到了错误：找不到 mylib.h 文件！

在刚才介绍myapp/CMakeLists.txt文件时说到：应用程序查找头文件的目录是 myapp/include, 查找库文件的目录是 myapp/lib。

但是这2个目录以及相应的头文件、库文件都不存在！

因此我们需要手动创建，并且把头文件mylib.h和库文件libmylib.so拷贝进去，操作过程如下：

$ cd ~/tmp/cmake_demo/myapp/
$ mkdir  include lib
$ cp ~/tmp/cmake_demo/mylib/mylib.h ./include/
$ cp ~/tmp/cmake_demo/build/mylib/libmylib.so ./lib/

注意：刚才编译生成的库文件libmylib.so是在build目录下。

准备好头文件和库文件之后，再次编译一下：

$ cd ~/tmp/cmake_demo/build/
$ make
[ 50%] Built target mylib
[ 75%] Building C object myapp/CMakeFiles/myapp.dir/myapp.c.o
[100%] Linking C executable myapp
[100%] Built target myapp

此时，就在 build/myapp 目录下生成可执行文件myapp了。

测试、执行

$ cd ~/tmp/cmake_demo/build/myapp
$ ./myapp
ret1 = 7 
ret2 = 3

完美！

由于我们是在build目录下编译的，编译过程中所有的输出和中间文件，都放在build目录下，一点都没有污染源文件。

Windows 下构建过程

把Linux系统中的build文件夹删除，然后把测试代码压缩，复制到Windows系统中继续测试。

在Windows下编译，一般就很少使用命令行了，大部分都使用VS或者VSCode来编译。

打开 VSCode，然后打开测试代码文件夹 cmake_demo:

因为需要使用cmake工具来构建，所以需要在VSCode安装 cmake 插件。（如何安装 VSCode 插件就不赘述了）

第一步: cmake 配置

按下键盘 ctrl + shift + p，在命令窗口中选择 Cmake: Configure，如果没看到这个选项，就手动输入前面的几个字符，然后就可以智能匹配到：

在第一次 Configure 的时候，会弹出下面的选项，来选择编译器：

我们这里选择 64 位的 amd64。

配置的结果输出在最下面窗口中的output标签中，如下所示：

这就表明cmake配置成功，正确的执行了每一个文件夹下的 CMakeLists.txt 文件。

这个时候，来看一下资源管理器中有啥变化：自动生成了 build 目录，其中的文件如下：

看来，流程与Linux系统中都是一样的，只不过这里是VSCode主动帮我们做了一些事情。

第二步: 编译

配置之后，下一步就是编译了。

按下 shift + F7，或者单击VSCode底部的 Build 图标：

弹出编译目标列表：

这里选择 ALL_BUILD，也就是编译所有的目标：mylib 和 myapp，输出如下：

来看一下编译的输出文件：

mylib.dll 就是编译得到的动态链接库，mylib.lib是导入符号。

myapp.exe 是编译得到的可执行程序。

第三步: 执行

我们先在命令行窗口中执行一下myapp.exe：

提示错误：找不到动态链接库！

手动把mylib.dll拷贝到myuapp.exe同一个目录下，然后再执行一次 myapp.exe:

完美！

但是，既然已经用VSCode来编译了，那就继续在VSCode中进行代码调试吧。

按下调试快捷键 F5，第一次会弹出调试器选择项：

选择 LLDB，然后弹出错误对话框：

因为我们没有提供相应的配置文件来告诉VSCode调试哪一个可执行程序。

单击[OK]之后，VSCode 会自动为我们生成 .vscode/launcher.json 文件，内容如下：

把其中的program项目，改成可执行程序的全路径：

"program": "F:/tmp/cmake_demo/build/myapp/Debug/myapp.exe"

然后再次按下F5键，这回终于可以正确执行了：

此时，就可以在mylib.c或者myapp.c中设置断点，然后进行单步调试程序了：