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[ROS]（03）CMakeLists.txt详解

2023-05-16

  文章只是个人学习过程中学习笔记，主要参考ROS教程1。

目录

  • 1、概述
  • 2、CMakeLists.txt文件
    • 2.1 遵循的格式和顺序
    • 2.2 文件解析
    • 2.3 find_package()
    • 2.4 catkin_package()

1、概述

  CMakeLists.txt是用于编译软件包的CMake编译系统的输入文件，几乎可以在任何文本编辑器中进行编辑。该文件描述了如何编译代码以及安装到何处。用于catkin项目的CMakeLists.txt文件是一个标准的附带一些额外约束的vanilla CMakeLists.txt文件。

  catkin是ROS官方自定义的编译系统，它的原理与流程与CMake很相似，和老版本rosbuild相比，支持更好的可移植性（catkin结合了可移植性好的CMake和python）以及交叉编译。（在ROS2使用的编译工具是ament，它是由catkin优化迭代而来的版本）

  CMake语言由 注释（comments）、命令（commands） 和 变量（variables）组成。
  CMake相关文档：https://cmake.org/documentation/

2、CMakeLists.txt文件

2.1 遵循的格式和顺序

  CMakeLists.txt文件必须遵循以下格式，否则软件包将无法正确构建。配置中的顺序确实很重要。CMakeLists.txt的基本语法都还是CMake，而catkin在其中添加了少量的宏（见new）。

顺序语法功能备注
1cmake_minimum_required所需的 CMake 版本–
2project() 包名–
3find_package()查找编译所需的其他 CMake/Catkin 包–
4catkin_python_setup() 启用 Python 模块支持new
5add_message_files()添加在msg文件夹中自定义的*.msg消息文件new
add_service_files()添加在srv文件夹中自定义的*.srv服务文件new
add_action_files()添加在avtion文件夹中自定义的*.action动作文件new
6generate_messages() 调用消息/服务/动作生成特定语言的接口文件new
7catkin_package()指定包构建信息导出new
8add_library() 生成库文件–
add_dependencies()定义目标文件依赖于其他文件，确保其他目标已被构建–
add_executable()生成可执行的二进制文件–
target_link_libraries()指定可执行目标链接的库–
9catkin_add_gtest()要编译的测试new
10 install()安装规则–

2.2 文件解析

# 1 -- 项目所需要的CMake版本，向后兼容 
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)

# 2 -- 使用CMake project(package-name)声明软件包名称 
# 可以通过使用变量 ${PROJECT_NAME} 在CMake脚本后面的任何位置引用项目名称。
project(beginner_tutorials)

# 3 --  CMake宏，查找编译所需的其他 CMake/Catkin 包(具体分析请看下面的2.3小节)
# [REQUIRED]：当没有满足条件的package时（例如指定的组件未找到等），
#             会终止CMake执行过程，并输出一条错误信息，反之，CMake会继续执行。
# [COMPONENTS]：要查找的组件(components)，通常一个pakcage可能包含多个组件。
#               roscpp、rospy...就是catkin的组件。 
#               任何一个找不到就算失败，会终止CMake执行过程。  
# 确保所有这些依赖package也在package.xml中，使用<depend>或<build_denpend>标记。
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
)

## 查找 PythonLibs 库
# find_package(PythonLibs REQUIRED)

## 查找C++ Boost库的组件库system、thread
# find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system thread)

## 4 -- 启用 Python 模块支持 
## 如果这个package有setup.py，则取消对此的注释。
## 这个宏确保其中声明的模块和全局脚本得到安装 
# catkin_python_setup()

################################################
## Declare ROS messages, services and actions ##
## 声明 ROS 消息、服务和动作					  ##  
################################################

## 5 --  添加在`msg`文件夹中自定义的`*.msg`文件
## 将Message*.msg替换成你的.msg文件，
# add_message_files(
#   FILES
#   Message1.msg
#   Message2.msg
# )

## 5 --  添加在`srv`文件夹中自定义的`*.srv`文件
## 将Service*.msg替换成你的.srv文件
# add_service_files(
#   FILES
#   Service1.srv
#   Service2.srv
# )

## 5 --  添加在`action`文件夹中自定义的`*.action`文件
## 将Action*.action替换成你的.action文件
# add_action_files(
#   FILES
#   Action1.action
#   Action2.action
# )

## 6 --  调用`消息`/`服务`/`动作`生成特定语言的接口文件
## 用于生成所有定义的message、service、action文件，需要添加本文件需要依赖的packages。
## 其实就是告诉编译器，编译 *.msg *.srv *.action 等文件时，需要依赖的库或package。
## Generate added messages and services with any dependencies listed here
# generate_messages(
#   DEPENDENCIES
#   std_msgs  # Or other packages containing msgs
# )

################################################
## Declare ROS dynamic reconfigure parameters ##
################################################
## To declare and build dynamic reconfigure parameters within this
## package, follow these steps:
## * In the file package.xml:
##   * add a build_depend and a exec_depend tag for "dynamic_reconfigure"
## * In this file (CMakeLists.txt):
##   * add "dynamic_reconfigure" to
##     find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ...)
##   * uncomment the "generate_dynamic_reconfigure_options" section below
##     and list every .cfg file to be processed

## Generate dynamic reconfigure parameters in the 'cfg' folder
# generate_dynamic_reconfigure_options(
#   cfg/DynReconf1.cfg
#   cfg/DynReconf2.cfg
# )

###################################
## catkin specific configuration ##
###################################
## 7 -- catkin_package() (具体分析请看下面的2.3小节)
## 由catkin_package生成的文件最终会被安装到devel和build文件夹下。
## INCLUDE_DIRS: 如果package包含头文件，则取消对此行的注释
## LIBRARIES: 项目导出的库
## CATKIN_DEPENDS: 项目依赖的其余catkin项目
## DEPENDS: 项目依赖的其余非catkin项目
catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES beginner_tutorials
#  CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msg
#  DEPENDS system_lib
)

###########
## Build ##
###########
## 
## 第一个参数“include”表示包中的include/目录也是路径的一部分。
## catkin_INCLUDE_DIRS：表示建立的环境变量
include_directories(
# include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

## 8 -- add_library() 生成库文件${PROJECT_NAME}
# add_library(${PROJECT_NAME}
#   src/${PROJECT_NAME}/beginner_tutorials.cpp
# )

## 8 -- 定义target依赖的其他target
## add_dependencies(target-name depend-target1 depend-target2 ...)
# add_dependencies(${PROJECT_NAME} ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

## 8 -- 生成可执行的二进制文件 
## add_executable(<生成> <源文件>)
## 使用${PROJECT_NAME}引用变量，生成一个名为beginner_tutorials_node的可执行文件。
# add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/beginner_tutorials_node.cpp)

## Rename C++ executable without prefix
## The above recommended prefix causes long target names, the following renames the
## target back to the shorter version for ease of user use
## e.g. "rosrun someones_pkg node" instead of "rosrun someones_pkg someones_pkg_node"
# set_target_properties(${PROJECT_NAME}_node PROPERTIES OUTPUT_NAME node PREFIX "")

## Add cmake target dependencies of the executable
## same as for the library above
# add_dependencies(${PROJECT_NAME}_node ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})	

##  8 -- 指定可执行目标链接的库
# target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node
#   ${catkin_LIBRARIES}
# )

#############
## Install ##
#############

## 安装python可执行脚本
# catkin_install_python(PROGRAMS
#   scripts/my_python_script
#   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
# )

## 9 -- 安装规则 -- 目标文件的安装
## DESTINATION：定义了安装的路径
## 可执行二进制文件beginner_tutorials_node 安装到 ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}目录
# install(TARGETS ${PROJECT_NAME}_node
#   RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
# )

## ARCHIVE：静态库
## LIBRARY：动态库
## RUNTIME：可执行目标二进制
# install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
#   ARCHIVE DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION}
#   LIBRARY DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION}
#   RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_GLOBAL_BIN_DESTINATION}
# )

## 9 -- 安装规则 -- 目录的安装
## 如果目录以“/”结尾，表示将目录中的内容安装到目标路径
## 如果目录不以“/”结尾，表示将目录安装为目标路径下的目录
## PATTERN：用于使用正则表达式进行过滤
# install(DIRECTORY include/${PROJECT_NAME}/
#   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_INCLUDE_DESTINATION}
#   FILES_MATCHING PATTERN "*.h"
#   PATTERN ".svn" EXCLUDE   
# )

## 9 -- 安装规则 -- 普通文件的安装
# install(FILES
#   # myfile1
#   # myfile2
#   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}
# )

#############
## Testing ##
#############

## 添加基于gtest的cpp测试目标和链接库
# catkin_add_gtest(${PROJECT_NAME}-test test/test_beginner_tutorials.cpp)
# if(TARGET ${PROJECT_NAME}-test)
#   target_link_libraries(${PROJECT_NAME}-test ${PROJECT_NAME})
# endif()

## Add folders to be run by python nosetests
# catkin_add_nosetests(test)

2.3 find_package()

  如果 CMake 通过find_package()2 找到一个package，则会创建几个 CMake 环境变量，这些变量提供有关找到的package的信息。这些环境变量可以稍后在 CMake 脚本中使用。环境变量描述了package导出的头文件在哪里、源文件在哪里、包依赖的库以及这些库的路径。名称始终遵循 <PACKAGE NAME>_<PROPERTY> 的约定：

  • <NAME>_FOUND -：如果找到库，则设置为 true，否则设置为 false
  • <NAME>_INCLUDE_DIRS 或 <NAME>_INCLUDES ：package导出的include路径
  • <NAME>_LIBRARIES 或 <NAME>_LIBS ：package导出的库
  • <NAME>_DEFINITIONS：?

  查找编译所需的其他 CMake/Catkin 包：

find_package(<package-name> REQUIRED COMPONENTS component1 commponent2 …)

  例如：新建的软件包依赖roscpp、rospy、std_msgs

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
)

  对于这个新建的catkin软件包，将它依赖的其他catkin packages(roscpp、rospy、std_msgs)指定为catin的组件，这是最推荐的方法，这样操作会使它们的include路径、libraries路径等附件到catkin_variables中。例如，catkin_INCLUDE_DIRS 不仅包含了catkin package自己的include路径，还包含组件（例如上面的roscpp、rospy、std_msgs）的include路径，在后续的使用中会很方便！

include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node ${catkin_LIBRARIES})

既然有这么多好处，为什么不能把find_package(PythonLibs REQUIRED)整合到一起呢？
这是因为find_package()一次只能查找一个package，catkin是指ROS工程中使用catkin工具编译的packages，而且凡是有catkin编译的包都可以作为catkin的组件，也可以作为单独的package，但PythonLibs 不行，因为它不是ros系统的package，属于第三方package。

2.4 catkin_package()

  catkin_package()2 是给依赖本package的package使用的。可以向其他package导出依赖，这些依赖可能包含头文件、库，或者本package依赖的其他package。
  必须在使用add_library()或add_executable()声明任何目标之前调用此函数。该函数有 5 个可选参数：

  • INCLUDE_DIRS - 导出的包的包含路径（即 cflags）
  • LIBRARIES - 从项目中导出的库
  • CATKIN_DEPENDS - 本项目依赖的其他catkin项目
  • DEPENDS - 此项目所依赖的非 catkin CMake 项目
  • CFG_EXTRAS - 附加配置选项

catkin_package()是在/opt/ros/melodic/share/catkin/cmake/catkin_package.cmake文件定义的。调用 catkin_package()之后，会在/devel/share/<package-name>/cmake目录下生成CMake config模式的查找文件：<package-name>Config.cmake和<package-name>Config-version.cmake。这样，其他软件包package使用`find_package(…)时就会加载配置文件了，从而获得依赖项。
在这里插入图片描述

   然后我们在看一篇ROS Answers上的问答：What is the purpose of CATKIN_DEPENDS?。
https://answers.ros.org/question/58498/what-is-the-purpose-of-catkin_depends/

   DEPENDS 和CATKIN_DEPENDS是来告诉catkin将你软件包的依赖项传递给使用find_package(…)查找你的软件包package的软件包package。
  
   例如：假设你（调用）find_package(Boost REQUIRED)，并且在你的已安装的头文件中（包含）#include <boost/function.hpp>。为了让一个依赖软件包package（别的软件包package）构建和链接你的头文件，他们需要在他们的include路径中有 Boost 的include目录，并且他们需要链接到 Boost 的库。既然你已经在你头文件中使用了它，那么它们应该能从你那获得那个依赖。换言之，正因为它们是依靠你的软件包package构建的，所以它们不需要 find_package(Boost REQUIRED)了，并且不另外使用Boost。
  
  你的软件包package依赖于Boost这一事实是一个实现细节。因此当一些（软件包package）通过find_package(...)查找你的软件包package时，它们能够间接获得对Boost的依赖。其工作方式是在catkin_package(…)调用中放入DEPENDS Boost。在内部，catkin将通过find_package(Boost)获取路径，并且向 ${your_pkg_LIBRARIES} 添加${Boost_LIBRARIES}，向${your_pkg_INCLUDE_DIRS}添加${Boost_INCLUDE_DIRS} 。
  
  我应该注意，catkin 将获取您给它的确切内容并尝试 通过find_package(...) （查找）该软件包package，然后尝试使用该包的_LIBRARIES和_INCLUDE_DIRS变量。这个关于find_package(…)布局的假设并不总是成立，因为CMake没有强制这样做。
  例如：当find_package(…)ing Python时：
  find_package(PythonLibs REQUIRED)结果为变量像是PYTHON_INCLUDE_PATH，
  find_package(OpenGL REQUIRED) 结果为OPENGL_INCLUDE_DIR。
  除了变量前缀的大小写外，这实际的前缀也是不同(PythonLibs -> PYTHON)，并且这后缀也是不标准的(PYTHON_INCLUDE_PATH and OPENGL_INCLUDE_DIR vs *_INCLUDE_DIRS)。
  在这种情况下，你需要将使用INCLUDE_DIRS选项的include dirs变量和使用LIBRARIES 选项的库明确地传递给catkin_package(…)。
  
  虽然CATKIN_DEPENDS选项和DEPENDS选项非常相似，但是你必须把catkin packages只放在这个list中。对你的 catkin 进行分类的好处是依赖于一个单独的选项，catkin能够进行额外的检查并警告你潜在的不正确的做法。
  
  最后，一个简单的例子CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(foo)

find_package(Boost REQUIRED
  COMPONENTS
  system
  thread
)

find_package(PythonLibs REQUIRED)
find_package(OpenGL REQUIRED)

find_package(catkin REQUIRED
  COMPONENTS
  rosconsole
  roscpp
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
  ${OPENGL_INCLUDE_DIR}
  ${PYTHON_INCLUDE_PATH}
)

catkin_package(
  INCLUDE_DIRS include ${OPENGL_INCLUDE_DIR}
  LIBRARIES foo ${OPENGL_LIBRARIES}
  CATKIN_DEPENDS roscpp
  DEPENDS Boost
)

..

  在这个例子中，你可以看到我（调用了）find_package(Boost...)，并在DEPENDS 部分传递了它，因为它产生了兼容的CMake变量。虽然我（调用了）find_package(PythonLibs...)并在内部使用了它，但是因为它不在我暴露的任何头文件中，所有不需要一起传递。虽然我（调用了） find_package(OpenGL...)，但是因为它产生了不兼容的CMake变量，所以我将它明确地传递给 INCLUDE_DIRS 和 LIBRARIES。最后，我（调用了）find_package(catkin...rosconsole roscpp)，并在内部使用，但是可能我只在我的.c*文件使用了rosconsole，因此我不需要传递它，所以在CATKIN_DEPENDS变量中我只放了roscpp。
  
  最后一个例子，如果一个package直接使用一个像Boost这样的依赖，它们应该确保通过find_package(...)显式地查找它，并且它们不能通过其他package隐式依赖于它。
  
  发生这种情况的一个例子是，如果一个软件包packagefoo将Boost作为依赖项导出，还有一个依赖于foo的软件包packagebar，但也在内部使用Boost，那么bar将在没有显示依赖Boost的情况下也能正常编译。但是后来foo可能决定重构并删除它对 Boost 的依赖。此刻bar将无法编译，因为它不再具有通过foo对 Boost 的隐式依赖。

  1. ROS.org. ROS教程[EB/OL]. 2020-12-22[2022-7-5].
    http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials. ↩︎

  2. ROS.org. CMakeLists.txt[EB/OL]. 2019-07-25[2022-07-05].
    http://wiki.ros.org/catkin/CMakeLists.txt. ↩︎ ↩︎

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