【AI白身境】只会用Python？g++，CMake和Makefile了解一下
今天是新專欄《AI白身境》的第六篇，所謂白身，就是什么都不會(huì)，還沒(méi)有進(jìn)入角色。
對(duì)于大部分小白來(lái)說(shuō)，因?yàn)閜ython用的太爽，以致于或許都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)CMake。python是腳本語(yǔ)言，而當(dāng)前大量的AI算法都部署在移動(dòng)端嵌入式平臺(tái)，需要使用c/java語(yǔ)言，因此熟悉CMake和Makefile也是必備的基礎(chǔ)。
作者 | 湯興旺 言有三
編輯 | 湯興旺 言有三
01
g++必備基礎(chǔ)
在學(xué)習(xí)CMake和和Makefile之前我們先學(xué)下g++這個(gè)工具，大家或許會(huì)問(wèn)為什么要學(xué)g++，不應(yīng)該直接學(xué)CMake和Makefile嗎。實(shí)際上如果你不掌握g++根本就不會(huì)寫(xiě)Makefile，因?yàn)樗鼘?shí)際上就是對(duì)g++代碼的整理，有了Makefile，執(zhí)行程序會(huì)更加快速方便。另外CMake就是為了簡(jiǎn)化Makefile的編寫(xiě)，它可以自動(dòng)生成Makefile。
1.1 安裝g++
我們?cè)诎惭bg++之前可以看一下自己是否已經(jīng)安裝了g++，因?yàn)閡buntu安裝后就默認(rèn)安裝了g++，下面命令可查看自己g++版本。
Tips：如果不想作死，就不要手賤去降級(jí)或者升級(jí)g++版本。
g++ --version
因?yàn)槲乙呀?jīng)安裝了g++，出現(xiàn)了上面安裝的版本號(hào)。如果你出現(xiàn)了上面信息，就不需要再安裝了，沒(méi)有的話，用下面的命令即可完成安裝。
sudo apt-get install g++
安裝好后也可以通過(guò)g++ --version查看是否安裝成功
1.2 編譯流程
現(xiàn)在我們已經(jīng)安裝好了g++，接下來(lái)通過(guò)寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來(lái)看看整個(gè)的編譯流程。
我們通過(guò)vim創(chuàng)建一個(gè)test.cpp文件，測(cè)試的代碼如下：
#include <iostream>
using namespace std;
int main()?
{ ? ?
? ? ? cout << "Hello, world!" <<endl; ??
? ? ? return 0;?
}
測(cè)試代碼完成后，我們來(lái)進(jìn)行下編譯，打開(kāi)終端，在終端輸入g++? 文件名即可，在這個(gè)程序中就是下面命令：
g++? test.cpp
注意這里的文件名是包括路徑的，要是不知道文件路徑的話可以在敲完g++和空格之后直接把文件拖進(jìn)去，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)添加文件路徑。
在終端完成上面的命令后，你發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有任何輸出，但這時(shí)候你去主文件夾下（默認(rèn)主文件夾）看下會(huì)發(fā)現(xiàn)有個(gè)a.out文件
現(xiàn)在你再在終端輸入下面命令就能看到結(jié)果。
./a.out
接下來(lái)我來(lái)解釋下這個(gè).out文件，實(shí)際上這是個(gè)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的鏈接產(chǎn)生的可執(zhí)行文件。還有個(gè).o文件，它是個(gè)中間文件，一般是通過(guò)編譯的但還未鏈接。我們通過(guò)看看g++在執(zhí)行編譯工作的時(shí)候的流程，你就會(huì)有更好的理解。如下：
1.預(yù)處理，生成.i的文件
2.將預(yù)處理后的文件轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言，生成.s文件
3.將匯編變?yōu)槟繕?biāo)代碼(機(jī)器代碼)，生成.o的文件
4.連接目標(biāo)代碼,生成可執(zhí)行程序
對(duì)于這個(gè)流程，我們結(jié)合上面的例子，再詳細(xì)介紹下，如下：
1.預(yù)處理階段
首先在終端輸入下面代碼：
g++ -E test.cpp > test.i?
預(yù)處理后的文件在 linux下以.i為后綴名，這個(gè)過(guò)程是用來(lái)激活預(yù)處理，執(zhí)行完命令后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)主文件夾下多了一個(gè)test.i文件
這一步（預(yù)處理）主要做了宏的替換，和注釋的消除。
上圖是test.i文件的最后部分，可以看見(jiàn)宏的替換和注釋的消除。
2.將預(yù)處理后的文件轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言
在終端輸入下面代碼：
g++ -S test.cpp
這一步主要就是生成test.s文件，.s文件表示匯編文件，用編輯器打開(kāi)就都是匯編指令。下圖是test.s文件的一部分。
3.將匯編語(yǔ)言變?yōu)槟繕?biāo)代碼(機(jī)器代碼)
在終端輸入下面代碼：
g++ -c test.cpp?
這一步就是生成目標(biāo)文件，用編輯器打開(kāi)就都是二進(jìn)制機(jī)器碼。
4.鏈接目標(biāo)代碼，生成可執(zhí)行程序
在終端輸入下面代碼：
g++ test.o -o test
在這一步中生成的可執(zhí)行程序名為test，如果執(zhí)行命令 g++?test.o ?這樣默認(rèn)生成a.out
最后我們?cè)倏聪逻@個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的所有文件，如下：
這就是編譯的整個(gè)過(guò)程，你掌握了嗎，這個(gè)過(guò)程對(duì)于后面編寫(xiě)Makefile非常重要，一定要深刻理解。
02
Makefile必備基礎(chǔ)
上面我們對(duì)g++和編譯過(guò)程進(jìn)行了介紹，現(xiàn)在我們繼續(xù)學(xué)習(xí)如何編寫(xiě)Makefile。
2.1 Makefile介紹? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
Makefile描述了整個(gè)工程的編譯、鏈接等規(guī)則，它定義了一系列規(guī)則來(lái)指定哪些文件需要編譯以及如何編譯、需要?jiǎng)?chuàng)建哪些庫(kù)文件以及如何創(chuàng)建這些庫(kù)文件、如何產(chǎn)生我們想要的可執(zhí)行文件。
而且Makefile可以有效的減少大工程中需要編譯和鏈接的文件，只編譯和鏈接那些需要修改的文件，可以說(shuō)使用Makefile，整個(gè)工程都可以完全自動(dòng)化編譯。
2.2 Makefile基本格式
target ... : prerequisites ...
target - 目標(biāo)文件, 可以是 Object File, 也可以是可執(zhí)行文件
prerequisites - 生成target所需要的文件或者目標(biāo)
command - make需要執(zhí)行的命令(任意的shell命令)，Makefile中的命令必須以 [tab] 開(kāi)頭
2.3 Makefile語(yǔ)法
Makefile包含了五個(gè)重要的東西：顯示規(guī)則、隱晦規(guī)則、變量定義、文件指示和注釋。詳細(xì)解釋如下：
?1. 顯示規(guī)則：
通常在寫(xiě)makefile時(shí)使用的都是顯式規(guī)則，這需要指明target和prerequisite文件。一條規(guī)則可以包含多個(gè)target，這意味著其中每個(gè)target的prerequisite都是相同的。當(dāng)其中的一個(gè)target被修改后，整個(gè)規(guī)則中的其他target文件都會(huì)被重新編譯或執(zhí)行。?
2. 隱晦規(guī)則：
make的自動(dòng)推導(dǎo)功能所執(zhí)行的規(guī)則
3. 變量的定義：
Makefile中定義的變量，一般是字符串
Makefile中引用其他Makefile；指定Makefile中有效部分；定義一個(gè)多行命令?
5. 注釋：
Makefile只有行注釋 "#", 如果要使用或者輸出"#"字符, 需要進(jìn)行轉(zhuǎn)義, "\#
2.4 Makefile簡(jiǎn)單實(shí)例
盡管上面介紹了許多Makefile的知識(shí)點(diǎn)，但我相信一定你很暈，接下來(lái)我通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何編寫(xiě)Makefile。
2.4.1 準(zhǔn)備程序文件
我們使用opencv對(duì)下面這只可愛(ài)的貓進(jìn)行讀取顯示。
在這里我們用c++和opencv對(duì)圖片進(jìn)行讀取和顯示，程序保存在DisplayImage.cpp這個(gè)文件里，代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;
int main(int argc, char** argv )
{
? ? if ( argc != 2 )
? ? {
? ? ? ?printf("usage: DisplayImage.out <Image_Path>\n");
? ? ? ? return -1;
? ? }
? ?Mat image;
? ? image = imread( argv[1], 1 );
? ? if ( !image.data )
? ? {
? ? ? ? printf("No image data \n");
? ? ? ? return -1;
? ? }
? ? namedWindow("Display Image", WINDOW_AUTOSIZE );
? ? imshow("Display Image", image);
? ? waitKey(0);
? ? return 0;
}
2.4.2 Makefile編寫(xiě)
上面我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了.cpp文件，現(xiàn)在我們來(lái)編寫(xiě)Makefile進(jìn)而進(jìn)行編譯，程序如下：
現(xiàn)在我來(lái)解釋下應(yīng)該如何編寫(xiě)這個(gè)Makefile，對(duì)于編寫(xiě)Makefile我建議從下往上寫(xiě)。步驟如下：
1.編寫(xiě)clean
這一步在Makefile中基本差不多，它的作用就是刪除所有的.o文件和可執(zhí)行文件。為什么這樣做呢?我舉個(gè)例子說(shuō)明下，如果你有100個(gè).cpp文件，經(jīng)過(guò)編譯后會(huì)得到一個(gè)可執(zhí)行文件。在這個(gè)過(guò)程中我們會(huì)得到許多不必要的文件，例如100個(gè).o文件，但這個(gè)文件又沒(méi)有用，如果用rm的話那就太麻煩了，所以我們用了clean，它可以很輕松完成這個(gè)任務(wù)。另外請(qǐng)注意Makefile文件在執(zhí)行時(shí)不會(huì)執(zhí)行clean這個(gè)命令，需要我們調(diào)用才會(huì)執(zhí)行，即make clean。clean代碼如下：
2.編寫(xiě)目標(biāo)文件1：依賴文件1
目標(biāo)文件就是你想得到的文件，依賴文件就是你目前所擁有的東西。在本實(shí)例中我們現(xiàn)在擁有DisplayImage.cpp，所以DisplayImage.cpp是依賴文件，我們想得到DisplayImage.o，所以它是目標(biāo)文件。代碼如下：
3.編寫(xiě)目標(biāo)文件2：依賴文件2
這一步的依賴文件2實(shí)際就是第二步的目標(biāo)文件1，在第二步我們通過(guò)DisplayImage.cpp得到了DisplayImage.o，現(xiàn)在我們需要通過(guò)DisplayImage.o得到可執(zhí)行文件DisplayImage。所以在這一步目標(biāo)文件是DisplayImage，依賴文件是DisplayImage.o，代碼如下：
4.應(yīng)用opencv庫(kù)和頭文件
這一步就需要根據(jù)自己計(jì)算機(jī)來(lái)配置了，對(duì)于我們初學(xué)者來(lái)說(shuō)挺麻煩的，可以自己嘗試下。有問(wèn)題可以聯(lián)系我們。
編寫(xiě)完makefile后，我們?cè)诮K端make下就行了。下面編譯后的文件：
最后在終端輸入下面代碼即可顯示圖片。
./DisplayImage 01.jpg
總體來(lái)說(shuō)編寫(xiě)Makefile可以按照這個(gè)套路寫(xiě)，多寫(xiě)幾次就會(huì)了。
03
CMake必備基礎(chǔ)
說(shuō)完Makefile，我們?cè)僬f(shuō)下CMake。CMake是一個(gè)跨平臺(tái)的編譯(Build)工具，可以用簡(jiǎn)單的語(yǔ)句來(lái)描述所有平臺(tái)的編譯過(guò)程，其是在make基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，早期的make需要程序員寫(xiě)Makefile文件，進(jìn)行編譯，而現(xiàn)在CMake能夠通過(guò)對(duì)cmakelists.txt的編輯，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工程的組織。下面我?guī)Т蠹覍W(xué)習(xí)下CMake的基礎(chǔ)知識(shí)。
3.1 安裝CMake
首先我們看看如何在自己的linux系統(tǒng)(我的系統(tǒng)Ubuntu18.04)下安裝CMake。方法如下：
sudo apt-get install cmake
輸入上面命令后實(shí)際上就安裝成功了，可以通過(guò)下面命令來(lái)檢查：
cmake --version
如果你的界面如下圖所示即說(shuō)明安裝成功。
3.2 CMake編譯流程
成功安裝好CMake后我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)如何在linux平臺(tái)下使用CMake生成Makefile并編譯的流程，如下：
1.編寫(xiě)CMake配置文件CMakeLists.txt，我們可以認(rèn)為CMakeLists.txt就是CMake所處理的"代碼"。
2.執(zhí)行命令 cmake path生成Makefile,其中path是CMakeLists.txt所在的目錄。
3.使用make命令進(jìn)行編譯。
3.3 使用CMake編譯程序
我們通過(guò)一個(gè)關(guān)于opencv讀取圖片的程序，讓大家更好的理解整個(gè)CMake的編譯過(guò)程。
3.3.1 準(zhǔn)備程序文件
這里程序準(zhǔn)備可以按照第二部分makefile那里準(zhǔn)備。最后文件目錄結(jié)構(gòu)如下：
├── build
├── CMakeLists.txt
├──?DisplayImage.cpp
opencv讀取圖片的程序?qū)懲旰?#xff0c;我們需要編寫(xiě)CMake處理的代碼了，即CMakeLists.txt。
3.3.2 編寫(xiě)CMakeLists.txt
現(xiàn)在我們編寫(xiě)CMakeLists.txt文件，該文件實(shí)際上放在哪里都可以，只要編寫(xiě)的路徑能夠正確指向就好了，CMakeLists.txt文件內(nèi)容如下所示：
cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
project( DisplayImage )
find_package( OpenCV REQUIRED )
add_executable( DisplayImage DisplayImage.cpp )
target_link_libraries( DisplayImage ${OpenCV_LIBS} )
看到這些代碼是不是很悶逼，為了讓大家明白CMakeLists.txt文件內(nèi)容，接下來(lái)我說(shuō)一下Cmake的一些常用命令，你就能很好的理解上面的代碼了。
1）cmake_minimum_required命令
命令語(yǔ)法：cmake_minimum_required(VERSION major[.minor[.patch[.tweak]]][FATAL_ERROR])
命令簡(jiǎn)述：用于指定需要的CMake 的最低版本
使用范例：cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
2）project 命令
命令語(yǔ)法：project(<projectname> [languageName1 languageName2 … ] )
命令簡(jiǎn)述：用于指定項(xiàng)目的名稱，一般和項(xiàng)目的文件夾名稱對(duì)應(yīng)
使用范例：project(DisplayImage)
3）aux_source_directory命令
命令語(yǔ)法：aux_source_directory(<dir> <variable>)
命令簡(jiǎn)述：用于將 dir 目錄下的所有源文件的名字保存在變量 variable 中
使用范例：aux_source_directory(src DIR_SRCS)
4）add_executable 命令
命令語(yǔ)法：add_executable(<name> [WIN32] [MACOSX_BUNDLE][EXCLUDE_FROM_ALL] source1 source2 … sourceN)
命令簡(jiǎn)述：用于指定從一組源文件 source1 source2 … sourceN 編譯出一個(gè)可執(zhí)行文件且命名為name
使用范例:add_executable( DisplayImage DisplayImage.cpp )
5）target_link_libraries命令
命令語(yǔ)法：target_link_libraries(<target> [item1 [item2 […]]][[debug|optimized|general] ] …)
命令簡(jiǎn)述：用于指定 target 需要的鏈接 item1 item2 …。這里 target 必須已經(jīng)被創(chuàng)建，鏈接的 item 可以是已經(jīng)存在的 target（依賴關(guān)系會(huì)自動(dòng)添加）
使用范例：target_link_libraries( DisplayImage ${OpenCV_LIBS} )
6）add_subdirectory 命令
命令語(yǔ)法：add_subdirectory(source_dir [binary_dir] [EXCLUDE_FROM_ALL])
命令簡(jiǎn)述：用于添加一個(gè)需要進(jìn)行構(gòu)建的子目錄
使用范例：add_subdirectory(Lib)
7）include_directories 命令
命令語(yǔ)法：include_directories([AFTER|BEFORE] [SYSTEM] dir1 dir2 …)
命令簡(jiǎn)述：用于設(shè)定目錄，這些設(shè)定的目錄將被編譯器用來(lái)查找 include 文件
使用范例：include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib)
像這樣的命令還有很多，如find_package（）尋找使用第三方庫(kù)等，這些都需要我們平時(shí)多加積累。給大家一個(gè)查詢命令的方法，大家可以多去看cmake官網(wǎng)的help，鏈接如下：
https://cmake.org/cmake/help/v2.8.8/cmake.html#section_Commands
3.3 編譯和運(yùn)行程序
現(xiàn)在CMakeLists.txt文件已經(jīng)編寫(xiě)好了，意味著我們的工作即將進(jìn)入尾聲?，F(xiàn)在看看我們的文件結(jié)構(gòu)目錄，如下圖：
接下來(lái)我們就需要進(jìn)行編譯了。編譯的過(guò)程相對(duì)于CMakeLists.txt文件的編寫(xiě)是很簡(jiǎn)單的，只有兩步，如下
cmake
make
其中cmake命令將CMakeLists.txt文件轉(zhuǎn)化為make所需要的makefile文件，最后用make命令編譯源碼生成可執(zhí)行程序或共享庫(kù)。對(duì)于我們這個(gè)實(shí)例，編譯如下：
首先我們?cè)诿钚休斎?strong>cmake .(注意cmake和.之間有空格)，表明Cmakelist.txt文件在當(dāng)前目錄下。
接下來(lái)在命令行輸入make
這樣我們就編譯成功了，我們看下編譯后的文件目錄
解釋下這個(gè)build文件夾，由于cmake后會(huì)生成很多編譯的中間文件以及makefile文件，所以一般建議新建一個(gè)新的目錄，專門(mén)用來(lái)編譯，這就是這里的build，打開(kāi)build后，里面的文件如下：
到這里，我們不禁要問(wèn)怎么沒(méi)有圖片顯示呢，別急，在build目錄下的命令行輸入下面命令即可顯示圖片，這就是生產(chǎn)的DisplayImage可執(zhí)行文件。
./DisplayImage ../01.jpg
到這里，關(guān)于CMake的一些基本操作就介紹的差不多了，其實(shí)對(duì)于CMake的學(xué)習(xí)我認(rèn)為必須在實(shí)例中多加應(yīng)用，才能更好的掌握，因?yàn)樗膹?fù)雜命令太多了。
總結(jié)
CMake和Makefile的基礎(chǔ)我們就介紹完了，對(duì)于這兩個(gè)工具其實(shí)不是一時(shí)就能學(xué)會(huì)的，需要大量的實(shí)踐積累才能游刃有余。
下期預(yù)告：下一期我們會(huì)講AI領(lǐng)域必須掌握的數(shù)據(jù)爬蟲(chóng)基礎(chǔ)，如果你有建議，歡迎留言，我們會(huì)及時(shí)采納的。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【AI白身境】只会用Python？g++，CMake和Makefile了解一下的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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