C/C++ 构建系统，我用 xmake

XMake 是什么

XMake 是一个基于 Lua 的现代化 C/C++ 构建系统。

它的语法简洁易上手，对新手友好，即使完全不会 lua 也能够快速入门，并且完全无任何依赖，轻量，跨平台。

同时，它也是一个自满足的构建系统，拥有强大的包管理系统，快速的构建引擎。

相比 Ninja/Scons/Make 作为 Build backend，CMake/Meson 作为 Project Generator，那么 XMake 就是这两者外加一个包管理。

xmake = Build backend + Project Generator + Package Manager

因此，只需要安装一个不到 3M 的 XMake 安装包，你就可以不用再安装其他各种工具，甚至连 make 都不需要安装，也不需要安装 Python 、Java 等重量级的运行时环境，就可以开始您的 C/C++ 开发之旅。

也许，有人会说，编译器总需要安装的吧。这也不是必须的，因为 XMake 的包管理也支持自动远程拉取需要的各种编译工具链，比如：llvm, Mingw, Android NDK 或者交叉编译工具链。

为什么要做 XMake

每当在 Reddit 社区跟别人讨论起 XMake，大家总是会拿下面这张图来吐槽。

尽管有些无奈，也被吐槽的有些麻木了，不过我还是想说明下，做 XMake 的初衷，并不是为了分裂 C/C++ 生态，相反，XMake 尽可能地复用了现有生态。

同时也让用户在开发 C/C++ 项目的时候，拥有与其他语言一样的良好体验，比如：Rust/Cargo，Nodejs/Npm, Dlang/Dub，不再为到处找第三包，研究如何移植编译而折腾。

因此，如果您还不了解 XMake，请不要过早下定论，可以先尝试使用下，或者花点时间看完下文的详细介绍。

XMake 的特性和优势

经常有人问我 XMake 有什么特别之处，相比现有 CMake 、Meson 此类构建工具有什么优势，我为什么要使用 XMake 而不是 CMake ？

先说特点和优势，XMake 有以下几点：

简洁易学的配置语法，非 DSL
强大的包管理，支持语义版本，工具链管理
足够轻量，无依赖
极速编译，构建速度和 Ninja 一样快
简单方便的多平台、工具链切换
完善的插件系统
灵活的构建规则

至于 CMake，毕竟已成事实上的标准，生态完善，功能强大。

我从没想过让 XMake 去替代它，也替代不了，完全不是一个量级的，但是 CMake 也有许多为人所诟病的短板，比如：语法复杂难懂，包管理支持不完善等等。

因此使用 XMake 可以作为一种补充，对于那些想要简单快速入门 C/C++ 开发的新手，或者想要更加方便易用的包管理，或者想临时快速写一些短小的测试项目。

XMake 都可以帮他们提升开发效率，让其更加关注 C/C++ 项目本身，而不是花更多的时间在构建工具和开发环境上。

下面，我来具体介绍 XMake 的这些主要特性。

语法简洁易上手

CMake 自己设计一门 DSL 语言用来做项目配置，这对用户来讲提高了学习成本，而且它的语法可读性不是很直观，很容易写出过于复杂的配置脚本，也提高了维护成本。

而 XMake 复用现有知名的 Lua 语言作为基础，并且其上提供了更加简单直接的配置语法。

Lua 本身就是一门简单轻量的胶水语言，关键字和内置类型就那么几种，看个一篇文章，就能基本入门了，并且相比 DSL，能够从网上更方便的获取到大量相关资料和教程。

基础语法

不过，还是有人会吐槽：那不是还得学习 Lua 么？

其实也不用，XMake 采用了 描述域 和 脚本域 分离的方式，使得初学者用户在 80% 的情况下，只需要在描述域以更简单直接的方式来配置，完全可以不把它当成 Lua 脚本，例如：

target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    add_files("test/*.c", "example/**.cpp")

如果因为，看着有括号，还是像脚本语言的函数调用，那我们也可以这么写（是否带括号看个人喜好，不过我个人还是建议使用上面的方式）

target "test"
    set_kind "binary"
    add_files "src/*.c"
    add_files "test/*.c"
    add_files "example/**.cpp"

我们只需要知道常用配置接口，即使不完全不会 Lua 也能快速配置了。

我们可以对比下 CMake 的配置：

add_executable(test "")
file(GLOB SRC_FILES "src/*.c")
file(GLOB TEST_FILES "test/*.c")
file(GLOB_RECURSE EXAMPLE_FILES "example/*.cpp")
target_sources(test PRIVATE
    ${SRC_FILES}
    ${TEST_FILES}
    ${EXAMPLE_FILES}
)

哪个更直观可读，一目了然。

条件配置

如果，你已经初步了解了一些 Lua 等基础知识，比如 if then 等条件判断，那么可以进一步做一些条件配置。

target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/main.c")
    if is_plat("macosx", "linux") then
        add_defines("TEST1", "TEST2")
    end
    if is_plat("windows") and is_mode("release") then
        add_cxflags("-Ox", "-fp:fast")
    end

继续对比下 CMake 版本配置：

add_executable(test "")
if (APPLE OR LINUX)
    target_compile_definitions(test PRIVATE TEST1 TEST2)
endif()
if (WIN32)
    target_compile_options(test PRIVATE $<$<CONFIG:Release>:-Ox -fp:fast>)
endif()
target_sources(test PRIVATE
    src/main.c
)

复杂脚本

如果你已经晋升为 XMake 的高端玩家，Lua 语法了然于胸，想要更加灵活的定制化配置需要，并且描述域的几行简单配置已经满足不了你的需求。

那么 XMake 也提供了更加完整的 Lua 脚本定制化能力，你可以写任何复杂的脚本。

比如在构建之前，对所有源文件进行一些预处理，在构建之后，执行外部 gradle 命令进行后期打包，甚至我们还可以重写内部链接规则，实现深度定制编译，我们可以通过import 接口，导入内置的 linker 扩展模块，实现复杂灵活的链接过程。

target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    before_build_file(function (target, sourcefile)
        io.replace(sourcefile, "#define HAVE_XXX 1", "#define HAVE_XXX 0")
    end)
    on_link(function (target)
        import("core.tool.linker")
        linker.link("binary", "cc", target:objectfiles(), target:targetfile(), {target = target})
    end)
    after_build(function (target)
        if is_plat("android" then
            os.cd("android/app")
            os.exec("./gradlew app:assembleDebug")
        end
    end)

如果换成 CMake，也可以 add_custom_command 里面实现，不过里面似乎只能简单的执行一些批处理命令，没法做各种复杂的逻辑判断，模块加载，自定义配置脚本等等。

当然，使用 cmake 肯定也能实现上面描述的功能，但绝对不会那么简单。

如果有熟悉 cmake 的人，也可以尝试帮忙完成下面的配置：

add_executable(test "")
file(GLOB SRC_FILES "src/*.c")
add_custom_command(TARGET test PRE_BUILD
    -- TODO
    COMMAND echo hello
)
add_custom_command(TARGET test POST_BUILD
    COMMAND cd android/app
    COMMAND ./gradlew app:assembleDebug
)
-- How can we override link stage?
target_sources(test PRIVATE
    ${SRC_FILES}
)

强大的包管理

众所周知，做 C/C++ 相关项目开发，最头大的就是各种依赖包的集成，由于没有像 Rust/Cargo 那样完善的包管理系统。

因此，我们每次想使用一个第三方库，都需要各种找，研究各种平台的移植编译，还经常遇到各种编译问题，极大耽误了开发者时间，无法集中精力去投入到实际的项目开发中去。

好不容易当前平台搞定了，换到其他平台，有需要重新折腾一遍依赖包，为了解决这个问题，出现了一些第三方的包管理器，比如 vcpkg/conan/conda 等等，但有些不支持语义版本，有些支持的平台有限，但不管怎样，总算是为解决 C/C++ 库的依赖管理迈进了很大一步。

但是，光有包管理器，C/C++ 项目中使用它们还是比较麻烦，因为还需要对应构建工具能够很好的对其进行集成支持才行。

CMake 和 Vcpkg

我们先来看下 CMake 和 Vcpkg 的集成支持：

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
project(test)
find_package(unofficial-sqlite3 CONFIG REQUIRED)
add_executable(main main.cpp)
target_link_libraries(main PRIVATE unofficial::sqlite3::sqlite3)

缺点：

还需要额外配置 -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=<vcpkg_dir>/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake"
不支持自动安装依赖包，还需要用户手动执行 vcpkg install xxx 命令安装
vcpkg 的语义版本选择不支持（据说新版本开始支持了）

CMake 和 Conan

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.12)
project(Hello)

add_definitions("-std=c++11")

include(${CMAKE_BINARY_DIR}/conanbuildinfo.cmake)
conan_basic_setup()

add_executable(hello hello.cpp)
target_link_libraries(hello gtest)

conanfile.txt

[requires]
gtest/1.10.0

[generators]
cmake

缺点：

同样，还是需要额外调用 conan install .. 来安装包
还需要额外配置一个 conanfile.txt 文件去描述包依赖规则

Meson 和 Vcpkg

我没找到如何在 Meson 中去使用 vcpkg 包，仅仅找到一篇相关的 Issue #3500 讨论。

Meson 和 Conan

Meson 似乎还没有对 Conan 进行支持，但是 Conan 官方文档上有解决方案，对齐进行支持，但是很复杂，我是没看会，大家可以自行研究：https://docs.conan.io/en/latest/reference/build_helpers/meson.html

XMake 和 Vcpkg

前面讲了这么多，其他构建工具和包管理的集成，个人感觉用起来很麻烦，而且不同的包管理器，集成方式差别很大，用户想要快速从 Vcpkg 切换到 Conan 包，改动量非常大。

接下来，我们来看看 XMake 中集成使用 Vcpkg 提供的包：

add_requires("vcpkg::zlib", {alias = "zlib"})
target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    add_packages("zlib")

我们只需要通过 add_requires 配置上对应的包名，以及 vcpkg:: 包命名空间，就能直接集成使用 vcpkg 提供的 zlib 包。

然后，我们只需要执行 xmake 命令，既可完成整个编译过程，包括 zlib 包的自动安装，无需额外手动执行 vcpkg install zlib。

$ xmake
note: try installing these packages (pass -y to skip confirm)?
-> vcpkg::zlib
please input: y (y/n)

=> install vcpkg::zlib .. ok
[ 25%]: compiling.release src\main.cpp
[ 50%]: linking.release test
[100%]: build ok!

XMake 和 Conan

接下来是集成 Conan 的包，完全一样的方式，仅仅执行换个包管理器名字。

add_requires("conan::zlib", {alias = "zlib"})
target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    add_packages("zlib")

XMake 同样会自动安装 conan 中的 zlib 包，然后自动集成编译。

XMake 自建包管理

XMake 跟 CMake 还有其他构建系统，最大的不同点，也就是最大的优势之一，就是它有完全自建的包管理系统，我们完全可以不依赖 vcpkg/conan，也可以快速集成依赖包，比如：

add_requires("zlib 1.2.x", "tbox >= 1.6.0")
target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    add_packages("zlib", "tbox")

而且，它还支持完整的语义版本选择，多平台的包集成，交叉编译工具链的包集成，甚至编译工具链包的自动拉取使用。

不仅如此，我们开可以对定制化配置对自建包的依赖，例如：

使用调式版本依赖包

我们可以使用 debug 版本库，实现对依赖库的断点调试。

add_requires("zlib", {debug = true})

设置 msvc 运行时库

add_requires("zlib", {configs = {vs_runtime = "MD"}})

使用动态库

默认集成的是静态库，我们也可以切换到动态库。

add_requires("zlib", {configs = {shared = true}})

语义版本支持

XMake 的自建包集成支持完整的版本语义规范。

add_requires("zlib 1.2.x")
add_requires("zlib >=1.2.10")
add_requires("zlib ~1.2.0")

禁止使用系统库

默认情况下，如果版本匹配，XMake 会优先查找使用系统上用户已经安装的库，当然我们也可以强制禁止查找使用系统库，仅仅从自建包仓库中下载安装包。

add_requires("zlib", {system = true})

可选依赖包

如果依赖包集成失败，XMake 会自动报错，中断编译，提示用户：zlib not found，但是我们也可以设置为可选包集成，这样的话，即使库最终没安装成功，也不影响项目的编译，仅仅只是跳过这个依赖。

add_requires("zlib", {optional = true})

包的定制化配置

比如，集成使用开启了 context/coroutine 模块配置的 boost 库。

add_requires("boost", {configs = {context = true, coroutine = true}})

支持的包管理仓库

XMake 除了支持 vcpkg/conan 还有自建仓库的包集成支持，还支持其他的包管理仓库，例如：Conda/Homebrew/Apt/Pacman/Clib/Dub 等等，而且集成方式完全一致。

用户可与快速切换使用其他的仓库包，而不需要花太多时间去研究如何集成它们。

因此，XMake 并没有破坏 C/C++ 生态，而是极大的复用现有 C/C++ 生态的基础上，努力改进用户对 C/C++ 依赖包的使用体验，提高开发效率，让用户能够拥有更多的时间去关注项目本身。

官方自建仓库 xmake-repo (tbox >1.6.1)
官方包管理器 Xrepo
用户自建仓库
Conan (conan::openssl/1.1.1g)
Conda (conda::libpng 1.3.67)
Vcpkg (vcpkg:ffmpeg)
Homebrew/Linuxbrew (brew::pcre2/libpcre2-8)
Pacman on archlinux/msys2 (pacman::libcurl)
Apt on ubuntu/debian (apt::zlib1g-dev)
Clib (clib::clibs/bytes@0.0.4)
Dub (dub::log 0.4.3)

独立的包管理命令（ Xrepo ）

为了方便 XMake 的自建仓库中的包管理，以及第三方包的管理使用，我们也提供了独立的 Xrepo cli 命令工具，来方便的管理我们的依赖包

我们可以使用这个工具，快速方便的完成下面的管理操作：

安装包：xrepo install zlib
卸载包：xrepo remove zlib
获取包信息：xrepo info zlib
获取包编译链接 flags：xrepo fetch zlib
加载包虚拟 Shell 环境：xrepo env shell （这是一个很强大的特性）

我们可以到 Xrepo 项目主页查看更多的介绍和使用方式。

轻量无依赖

使用 Meson/Scons 需要先安装 python/pip，使用 Bazel 需要先安装 java 等运行时环境，而 XMake 不需要额外安装任何依赖库和环境，自身安装包仅仅 2-3M，非常的轻量。

尽管 XMake 是基于 lua，但是借助于 lua 胶水语言的轻量级特性，xmake 已将其完全内置，因此安装完 XMake 等同于拥有了一个完整的 lua vm 。

有人会说，编译工具链总还是需要的吧，也不完全是，Windows 上，我们提供了预编译安装包，可以直接下载安装编译，地址见：Releases

另外，XMake 还支持远程拉取编译工具链，因此即使你的系统环境，还没有安装任何编译器，也没关系，用户完全不用考虑如何折腾编译环境，只需要在 xmake.lua 里面配置上需要的工具链即可。

比如，我们在 Windows 上使用 mingw-w64 工具链来编译 C/C++ 工程，只需要做如下配置即可。

add_requires("mingw-w64")
target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    set_toolchains("mingw@mingw-w64")

通过 set_toolchains 配置绑定 mingw-w64 工具链包后，XMake 就会自动检测当前系统是否存在 mingw-64，如果还没安装，它会自动下载安装，然后完成项目编译，整个过程，用户仅仅只需要执行 xmake 这个命令就能完成。

$ xmake
note: try installing these packages (pass -y to skip confirm)?
in xmake-repo:
-> mingw-w64 8.1.0 [vs_runtime:MT]
please input: y (y/n)

=> download https://jaist.dl.sourceforge.net/project/mingw-w64/Toolchains%20targetting%20Win64/Personal%20Builds/mingw-builds/8.1.0/threads-posix/seh/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0.7z .. ok
checking for mingw directory ... C:\Users\ruki\AppData\Local\.xmake\packages\m\mingw-w64\8.1.0\aad6257977e0449595004d7441358fc5
[ 25%]: compiling.release src\main.cpp
[ 50%]: linking.release test.exe
[100%]: build ok!

除了 mingw-w64，我们还可以配置远程拉取使用其他的工具链，甚至交叉编译工具链，例如：llvm-mingw, llvm, tinycc, muslcc, gnu-rm, zig 等等。

如果大家还想进一步了解远程工具链的拉取集成，可以看下文档：自动拉取远程工具链。

极速并行编译

大家都知道 Ninja 构建非常快，因此很多人都喜欢用 CMake/Meson 生成 build.ninja 后，使用 Ninja 来满足极速构建的需求。

尽管 Ninja 很快，但是我们还是需要先通过 meson.build 和 CMakelist.txt 文件生成 build.ninja 才行，这个生成过程也会占用几秒甚至十几秒的时间。

而 XMake 不仅仅拥有和 Ninja 近乎相同的构建速度，而且不需要额外再生成其他构建文件，直接内置构建系统，任何情况下，只需要一个 xmake 命令就可以实现极速编译。

我们也做过一些对比测试数据，供大家参考：

多任务并行编译测试

构建系统	Termux (8core/-j12)	构建系统	MacOS (8core/-j12)
xmake	24.890s	xmake	12.264s
ninja	25.682s	ninja	11.327s
cmake(gen+make)	5.416s+28.473s	cmake(gen+make)	1.203s+14.030s
cmake(gen+ninja)	4.458s+24.842s	cmake(gen+ninja)	0.988s+11.644s

单任务编译测试

构建系统	Termux (-j1)	构建系统	MacOS (-j1)
xmake	1m57.707s	xmake	39.937s
ninja	1m52.845s	ninja	38.995s
cmake(gen+make)	5.416s+2m10.539s	cmake(gen+make)	1.203s+41.737s
cmake(gen+ninja)	4.458s+1m54.868s	cmake(gen+ninja)	0.988s+38.022s

傻瓜式多平台编译

XMake 的另外一个特点，就是高效简单的多平台编译，不管你是编译 windows/linux/macOS 下的程序，还是编译 iphoneos/android 又或者是交叉编译。

编译的配置方式大同小异，不必让用户去这折腾研究各个平台下如何去编译。

编译本机 Windows/Linux/MacOS 程序

当前本机程序编译，我们仅仅只需要执行：

$ xmake

对比 CMake

$ mkdir build
$ cd build
$ cmake --build ..

编译 Android 程序

$ xmake f -p android --ndk=~/android-ndk-r21e
$ xmake

对比 CMake

$ mkdir build
$ cd build
$ cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=~/android-ndk-r21e/build/cmake/android.toolchain.cmake ..
$ make

编译 iOS 程序

$ xmake f -p iphoneos
$ xmake

对比 CMake

$ mkdir build
$ cd build
$ wget https://raw.githubusercontent.com/leetal/ios-cmake/master/ios.toolchain.cmake
$ cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=`pwd`/ios.toolchain.cmake ..
$ make

我没有找到很方便的方式去配置编译 ios 程序，仅仅只能从其他地方找到一个第三方的 ios 工具链去配置编译。

交叉编译

我们通常只需要设置交叉编译工具链根目录，XMake 会自动检测工具链结构，提取里面的编译器参与编译，不需要额外配置什么。

$ xmake f -p cross --sdk=~/aarch64-linux-musl-cross
$ xmake

对比 CMake

我们需要先额外写一个 cross-toolchain.cmake 的交叉工具链配置文件。

set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR aarch64)

set(TOOL_CHAIN_DIR ~/aarch64-linux-musl)
set(TOOL_CHAIN_INCLUDE ${TOOL_CHAIN_DIR}/aarch64-linux-musl/include)
set(TOOL_CHAIN_LIB ${TOOL_CHAIN_DIR}/aarch64-linux-musl/lib)

set(CMAKE_C_COMPILER "aarch64-linux-gcc")
set(CMAKE_CXX_COMPILER "aarch64-linux-g++")

set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH ${TOOL_CHAIN_DIR}/aarch64-linux-musl)

set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY)

include_directories(${TOOL_CHAIN_DIR}/aarch64-linux-musl/include)
set(CMAKE_INCLUDE_PATH ${TOOL_CHAIN_INCLUDE})
set(CMAKE_LIBRARY_PATH ${TOOL_CHAIN_LIB})

$ mkdir build
$ cd build
$ cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../cross-toolchain.cmake ..
$ make

结语

如果你是 C/C++ 开发的新手，可以通过 XMake 快速上手入门 C/C++ 编译构建。

如果你想开发维护跨平台 C/C++ 项目，也可以考虑使用 XMake 来维护构建，提高开发效率，让你更加专注于项目本身，不再为折腾移植依赖库而烦恼。

欢迎关注 XMake 项目：

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