一起自学SLAM算法：2.2 C++代码编译方法

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写在前面

第1章-ROS入门必备知识

第2章-C++编程范式

        2.1 C++工程组织结构

        2.2 C++代码编译方法

        2.3 C++编程风格指南

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本书使用Linux系统进行代码开发，所以这里讨论一下C++代码在Linux中的编译方法。由于本书需要用到ROS框架，因此将在Ubuntu系统中讲解具体案例，如果还没有安装Ubuntu系统的朋友，可以参考附录部分的内容自行安装。

这里以一个简单的C++工程为例，分别讲解g++、make和CMake三种编译工具的用法。首先来构建这个C++工程，新建一个文件夹demo，在demo中新建三个文件分别命名main.cpp、foo.h和foo.cpp。首先是foo.h，在里面声明类，内容见代码清单2-1。

代码清单2-1  foo.h文件内容

 1 #ifndef FOO_H_
 2 #define FOO_H_
 3 
 4 #include 
 5 
 6 namespace foo
 7 {
 8     class MyPrint
 9     {
10     public:
11         MyPrint(std::string output);
12         void ExcutePrint();
13 
14         std::string output_;
15     };
16 }
17 #endif

第1、2和17行，是宏定义，防止头

文件的重复包含与编译。

第6行，是命名空间设置，防止出现重复的函数和变量名称。命名空间在C++中使用很普遍，而且能提高代码的可阅读性。

第8~15行，声明类，这里并不对类的的函数做具体实现，函数的具体定义将放在对应的*.cpp文件中。其中第11行，是构造函数，带一个字符串类型的参数。第12行，是执行打印的成员函数。

第14行，是存储打印内容的成员变量。

然后是foo.cpp，在里面对类的函数做具体实现，内容见代码清单2-2。

代码清单2-2  foo.cpp文件内容

 1 #include "foo.h"
 2 #include 
 3 #include 
 4 
 5 namespace foo
 6 {
 7     MyPrint::MyPrint(std::string output):output_(output)
 8     {
 9         std::cout<<"class MyPrint created a object!";
10         std::cout< 
第1行，配套的头文件必须包含。
 
第7~11行，构造函数的具体实现，函数头部需要使用类名作为作用域，函数的传参用来给类成员变量output_赋值，函数体内执行打印信息，表示该类已经被实例化。
 
第13~16行，执行打印的函数的具体实现。
 
最后是main.cpp，在里面对类进行实例化，并调用类中的成员函数实现打印，内容见代码清单2-3。
 
代码清单2-3  main.cpp文件内容
 
1 #include "foo.h"
2 
3 int main(int argc, char** argv)
4 {
5     foo::MyPrint my_print("I can output string!");
6     my_print.ExcutePrint();
7     return 0;
8 }
 
第1行，包含该头文件，以便使用里面的类MyPrint。
 
第5行，创建类MyPrint的实例对象，并传入初始化参数。
 
第6行，调用对象中的成员函数，执行打印操作。
 
2.2.1 使用g++编译代码 
在Linux系统中，采用g++编译C++代码是最直接的方式。编译过程分成4步，分别是预处理、编译、汇编和连接，编译过程如图2-3所示。
 
 
 
 图2-3  g++编译过程
 
在了解完g++的编译过程之后，就可以用g++对上面新建的C++工程进行编译了。先安装一下g++工具，打开命令行终端，输入如下命令。
 
sudo apt install g++ 
 
安装好g++后，就可以对demo工程进行编译了，编译命令如下。
 
cd demo/
g++ foo.cpp main.cpp -o demo
 
上面的编译命令执行后，将对foo.cpp和main.cpp进行编译，最后生成可执行文件demo，直接用下面的命令便可以运行可执行文件demo。
 
./demo
 
2.2.2 使用make编译代码 
当程序非常庞大时会涉及很多个*.cpp和外部依赖库，再去一个个敲g++的命令将很不方便。这时候就可以使用makefile文件来编写编译脚本，然后使用make命令进行编译。
 
将上面的编译命令改写成makefile的形式，在文件夹demo中新建一个文件makefile，文件内容如代码清单2-4所示。
 
代码清单2-4  makefile文件内容
 
1 start:
2     g++ -o foo.o -c foo.cpp
3     g++ -o main.o -c main.cpp
4     g++ -o demo foo.o main.o
5 clean:
6     rm -rf foo.o main.o
 
第1和5行，是命令块的命名，makefile中的命令可以划分成不同的块，默认make命令是调用第一个块的命令。make命令后面接命令块的名称，可以调用相应块的命令。
 
第2~4行，分别对各个*.cpp文件进行编译，最后将生成的目标文件*.o连接得到可执行文件demo。这里要注意，命令前面必须使用tab进行缩进。
 
第6行，删除编程产生的中间文件，从这里可以看出makefile中的命令是完全兼容Linux命令的。
 
在命令行终端用make命令编译试试。
 
cd demo/
make
 
编译完成后，目录下会生成一些中间文件，用make clean命令清除这些中间文件。
 
make clean 
 
清除完中间文件后，就只剩下可执行文件demo了，直接用下面的命令便可以运行可执行文件demo。
 
./demo
 
2.2.3 使用CMake编译代码 
虽然makefile已经大大降低了大型程序的编译难度，但是程序的的众多依赖和关联，如果全部手动去维护这些依赖关系还是很麻烦的。CMake可以自动处理程序之间的关系，并产生对应的makefile文件，然后调用make就能轻松编译了。
 
将上面的编译改成CMake的方式，在文件夹demo中新建一个文件CMakeLists.txt，文件内容如代码清单2-5所示。
 
代码清单2-5  CMakeLists.txt文件内容
 
1 cmake_minimum_required (VERSION 2.8)
2 project(demo)
3 
4 include_directories("${PROJECT_BINARY_DIR}")
5 
6 add_library(foo foo.cpp)
7 add_executable (demo main.cpp)
8 target_link_libraries (demo foo)
 
第1行，声明CMake最低要求的版本。
 
第2行，声明CMake的工程名。
 
第4行，设置头文件搜索路径。
 
第6行，创建库文件。
 
第7行，创建可执行文件。
 
第8行，为可执行文件连接依赖库。
 
在命令行终端用CMake命令编译试试，命令执行后，目录下会产生大量的中间文件和一个Makefile文件。继续用make命令编译，就可以得到可执行文件demo。
 
cd demo/
cmake .
make
 
编译完成后，直接用下面的命令便可以运行可执行文件demo。
 
./demo
 
文件CMakeLists.txt的编写需要遵循CMake的语法，想要了解更多CMake语法的细节，可以访问CMake的wiki页面。
 
其实不难发现，第1章中讲过的ROS功能包，也是采用CMake方式编译的，只不过ROS对CMake做了进一步的封装，即catkin_make。
 
参考文献 
【1】 张虎，机器人SLAM导航核心技术与实战[M]. 机械工业出版社，2022.