关于 CMake 是否阻碍了 C++ 发展这个话题,这是一个复杂且充满争议的问题。我的观点是:CMake 本身并没有直接“阻碍”C++ 的发展,但其存在的一些固有特性和生态系统中的一些问题,确实在某些方面给 C++ 开发者带来了不便,并可能间接影响了开发效率和创新。
为了更详细地说明这一点,我们需要从 CMake 的作用、它的优点、缺点以及它对 C++ 生态系统的影响等方面进行分析。
1. CMake 的核心作用和出现背景
首先,理解 CMake 的目的至关重要。CMake 是一个跨平台开源的构建系统生成器 (build system generator)。它的核心目标是:
平台无关性: 解决 C++ 项目在不同操作系统(Windows, Linux, macOS, BSD 等)和不同编译器(GCC, Clang, MSVC 等)上编译和链接的复杂性。
构建配置的自动化: 自动检测系统环境、编译器特性、依赖库等,并生成适合特定平台的原生构建工具(如 Makefiles, Visual Studio 项目文件, Ninja 文件等)。
依赖管理: 帮助开发者查找和链接外部库。
在 CMake 出现之前,C++ 项目的构建通常依赖于各种平台特有的构建工具,如 Makefiles (Unix/Linux), MSBuild (Windows), Borland Make (Windows), Xcode 项目文件 (macOS) 等。这导致了:
巨大的移植成本: 一个项目要在不同平台编译,就需要为每个平台维护一套独立的构建脚本。
难以维护: 构建脚本的复杂性随项目规模增长,容易出错且难以维护。
缺乏标准化: 开发者需要学习和掌握多种构建系统。
CMake 的出现,正是为了解决这些痛点,提供一个统一的、声明式的配置方式,从而简化跨平台构建。
2. CMake 的优点 (为什么它被广泛使用)
正是因为 CMake 解决了上述痛点,它才在 C++ 生态系统中获得了巨大的成功和广泛的应用。其优点包括:
强大的跨平台能力: 这是 CMake 最核心的优势。通过编写一套 `CMakeLists.txt`,可以生成在大多数主流平台上都能工作的原生构建系统。
灵活性和可扩展性: CMake 提供了丰富的命令和模块,可以处理复杂的构建场景,如库的查找、安装、测试、打包等。
生成各种构建工具: 可以生成 Makefile, Ninja, Visual Studio Solution, Xcode Project 等,满足不同用户的偏好和项目需求。Ninja 尤其以其速度而闻名,提升了大型项目的构建效率。
模块化设计: CMake 支持使用模块来组织和重用构建逻辑,例如 `Find
.cmake` 模块,用于查找和配置各种第三方库。
积极的社区支持和生态系统: 绝大多数现代 C++ 项目和库都提供了 CMake 支持,使得集成变得相对容易。有大量的第三方 CMake 模块(如 `CPM.cmake`, `FetchContent`)和工具(如 `cmakegui`)来辅助开发。
集成测试和打包: CMake 本身也提供了集成测试(CTest)和打包(CPack)的功能,方便项目管理。
正是这些优点,使得 CMake 成为了现代 C++ 项目事实上的标准构建系统生成器。
3. CMake 的缺点和潜在“阻碍”之处
尽管 CMake 有诸多优点,但其设计和使用方式也确实存在一些为人诟病的地方,这些地方可能被一些开发者认为是“阻碍”。以下是一些主要的批评点:
学习曲线陡峭:
“CMake 语言”的独特性: CMake 的语法和命令集与其他编程语言不同,开发者需要学习一套新的脚本语言。
大量内建命令和变量: 掌握所有有用的命令、变量和最佳实践需要时间和经验。
隐式行为和“魔法”: 有些 CMake 命令的行为依赖于内部状态和全局变量,初学者难以理解其背后的逻辑,容易踩坑。
查找依赖的复杂性: 虽然 `find_package` 是为了简化依赖管理,但实际使用中,找到正确的查找模块,处理不同库的命名约定,以及处理找不到库的情况,仍然是许多新手的噩梦。
脚本的声明式与命令式混杂:
CMake 的设计理念是声明式(描述你想要什么),但很多时候开发者被迫编写命令式的逻辑(如何做),尤其是在处理复杂条件、循环和字符串操作时。这使得 `CMakeLists.txt` 脚本有时变得冗长、难以阅读和维护。
字符串操作的繁琐: CMake 在字符串处理、列表操作等方面不够直观和强大,常常需要使用复杂的字符串命令和变量拼接,容易出错。
版本碎片化和兼容性问题:
CMake 本身在不断发展,新版本引入了许多改进(如更好的模块、更简洁的语法等),但旧项目可能仍然使用旧版本的 CMake 特性。
项目可能依赖于特定版本的 CMake 才能正常工作,这给依赖管理带来了一定的复杂度。
不同版本的 CMake 生成器行为也可能存在细微差异。
构建速度的潜在瓶颈(虽然常被误解):
CMake 生成过程本身: 对于非常大的项目,CMake 生成构建系统的过程本身可能需要一些时间。
生成器选择的影响: 虽然 Ninja 生成器非常快,但如果项目默认生成 Makefile 或 Visual Studio 项目,大型项目的初始构建时间可能仍然较长。但请注意,这通常是生成过程的耗时,而不是实际编译和链接的耗时。CMake 本身并不负责实际的编译链接,而是为它们生成脚本。
对现代 C++ 特性的支持滞后(曾经是问题,现在改善很多):
早期,CMake 对 C++ 标准特性的支持,如模块(Modules)、概念(Concepts)等,可能不如一些编译器自身支持得那么及时。不过,随着 CMake 版本的发展,这方面的问题已经有了很大的改善。例如,通过 `CMAKE_CXX_STANDARD` 和相关属性,可以很好地设置 C++ 标准。
大型项目的维护性挑战:
即使 CMake 提供了模块化和抽象,当项目规模达到数千个文件和复杂的依赖关系时,`CMakeLists.txt` 文件也可能变得非常庞大和难以管理。组织好大型项目的 CMake 配置本身就是一项挑战。
4. CMake 如何“阻碍”或影响 C++ 发展
将上述缺点与“阻碍 C++ 发展”联系起来,可以从以下几个层面理解:
降低开发效率和创新速度:
门槛提高: 新手学习 C++ 时,除了掌握语言本身和库,还需要学习 CMake,这增加了入门的难度。如果开发者在 CMake 配置上花费过多时间,可能会分散他们对核心业务逻辑和算法开发的精力。
原型开发慢: 对于一些快速迭代的原型项目,配置 CMake 可能比编写代码本身花费的时间还多,这在一定程度上抑制了快速实验和创新。
对小型或个人项目的不友好: 对于一些简单的单文件或小型多文件项目,编写一个完整的 `CMakeLists.txt` 可能显得“杀鸡用牛刀”,增加了不必要的复杂性。这可能导致一些开发者选择更简单的、非标准化的构建方式,或者干脆放弃。
加剧碎片化(尽管它试图解决碎片化):
虽然 CMake 本身是为解决跨平台碎片化而生,但其复杂的配置和版本问题,以及生态系统中第三方 CMake 模块的质量参差不齐,也可能带来新的碎片化问题。项目可能依赖于某个特定的第三方 CMake 模块或特定的 CMake 版本,一旦这些依赖发生变化,项目维护就会变得困难。
影响开发者迁移和协作:
开发者从一个项目切换到另一个项目时,如果每个项目都有独特的 CMake 配置方式,这会增加学习和适应的成本。
团队协作中,对 CMake 熟悉程度不同的成员可能会在配置和维护上产生摩擦。
阻碍了“纯粹”的 C++ 语言进化(间接影响):
一个项目的构建系统和语言本身是两个不同的范畴。CMake 的出现,是为了解决“构建”这一“工程性”问题。
然而,如果开发者将大量精力投入到构建系统的设计和优化(例如,试图用 CMake 来解决跨平台依赖管理、测试、打包等问题),可能会让他们忽视 C++ 语言本身的进步和应用。
一些开发者可能会觉得 CMake 的某些特性(如其模块查找机制)与 C++ 语言的某些潜在发展方向(如更原生的模块系统)存在某种程度的“竞争”或“重叠”,尽管这种看法不一定完全准确。
5. 现代 C++ 和 CMake 的演进
值得注意的是,CMake 本身也在不断进步,以适应现代 C++ 的发展。
CMake 的现代化: 近年来,CMake 的新版本引入了许多更现代、更简洁的语法和功能,例如:
`target_include_directories`, `target_link_libraries`, `target_compile_definitions` 等基于 Target 的命令,替代了旧的全局属性命令,使得配置更清晰、更不易出错。
`FetchContent` 和 `ExternalProject` 的出现,使得将第三方库集成到 CMake 构建过程中更加方便和标准化,减少了对 Find 模块的依赖。
对 C++20 模块等新特性提供了更好的支持。
`CPM.cmake` 等第三方工具进一步简化了依赖管理,并提供了类似于包管理器的体验。
C++ 标准化工作对构建系统的影响: C++ 标准化委员会也在考虑引入更底层的模块和构建系统相关的提案,但这将是长期的过程,且最终实现方式可能与现有的构建工具存在差异。
6. 替代方案及其局限性
是否存在比 CMake 更好的替代方案?这是一个开放性问题。
Bazel, Buck, Meson 等: 这些是其他一些现代的构建系统,它们也有各自的优点和设计哲学。Meson,特别是,因其简洁的语法和对 Ninja 的深度集成而受到一些开发者的青睐。Bazel 提供了强大的分布式构建能力,但学习曲线也非常陡峭。
语言内置或标准化的构建系统: 某些语言(如 Go, Rust)有其内置的构建工具,这些工具通常与语言紧密集成,使用起来更加顺畅。Python 的 `setuptools` 等也相对简单。C++ 语言本身一直没有一个统一的、语言级别的构建系统。
然而,目前没有任何一个替代方案能够完全取代 CMake 的地位,主要原因在于 CMake 已经建立的庞大生态系统和广泛的应用基础。 绝大多数现有的 C++ 库、框架和工具都默认支持 CMake,这意味着采用其他构建系统需要付出迁移的代价,并且可能面临一些尚未成熟的生态支持问题。
结论
总而言之,CMake 本身并没有“阻碍”C++ 的核心语言或理论发展,但它在工程实践层面带来的学习成本、配置复杂性以及潜在的维护挑战,确实给一些开发者带来了不便,并可能间接影响了开发效率和新思想的快速实现。
可以将其比作一个非常强大的工具箱。这个工具箱包含了解决 C++ 跨平台构建问题的绝大多数解决方案,但它的使用说明书非常厚重,内部的工具也需要一定的技巧才能驾驭。对于熟悉它的人来说,它可以高效地解决问题;但对于新手或只需要简单工具的人来说,它可能显得过于笨重和复杂。
与其说 CMake 阻碍了 C++ 的发展,不如说它是 C++ 生态系统中为了解决一个长期存在的工程性难题而诞生的,并且在解决这个问题上非常成功。然而,正如任何复杂的工程工具一样,它也伴随着一定的学习成本和使用上的挑战。C++ 社区和 CMake 开发者也在不断努力,通过改进 CMake 的设计和功能来降低这些门槛。
C++ 的发展是一个多方面的过程,包括语言标准本身的进步、标准库的丰富、工具链的优化以及工程实践的创新。CMake 在其中扮演着一个重要的“工程基建”角色,它使得 C++ 项目更容易被构建、分发和维护,从而间接支持了 C++ 的广泛应用和进一步发展。