2.2 C++代码的编译方法
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，因此我们将在Ubuntu系统中讲解具体案例。如果还没有安装Ubuntu系统，请参考网上资料自行安装。
这里以一个简单的C++工程为例，分别讲解g++、make和CMake这3种编译工具的用法。先来构建这个C++工程。新建一个文件夹demo，在demo中新建3个文件，分别命名为main.cpp、foo.h和foo.cpp。首先在foo.h里面声明类，内容如代码清单2-1所示。
代码清单2-1 foo.h文件的内容
1 #ifndef FOO_H_
2 #define FOO_H_
3
4 #include <string>
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行、第2行和第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，它能够提高代码的可读性。
第8～15行声明类，这里并不对类的函数进行具体实现，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，在里面对类的函数进行具体实现，内容如代码清单2-2所示。
代码清单2-2 foo.cpp文件的内容
1 #include "foo.h"
2 #include <iostream>
3 #include <string>
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<<std::endl;
11 }
12
13 void MyPrint::ExcutePrint()
14 {
15 std::cout<<output_<<std::endl;
16 }
17 }
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，函数的传入参数用来为类成员变量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，内容如代码清单2-3所示。
代码清单2-3 main.cpp文件的内容
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foo.h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。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
先安装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，直接使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，逐一输入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文件的内容
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行和第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连接即可得到可执行文件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，但是程序有众多依赖和关联，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文件的内容
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，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[1]。
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。