在大规模 C++ 开发领域，在处理复杂的项目结构、缓慢的构建时间和混乱的配置文件时，选择正确的构建系统是关键。公司需要一个符合其特定需求的构建系统，无论是速度、灵活性、易用性还是跨平台兼容性。
这篇文章提供了高级比较，并更深入地探讨了每个构建系统的优势、劣势和理想用例。
为什么正确的构建系统很重要
大型 C++ 项目的要求可能非常高。特别是对于企业组织，如果不仔细优化，构建可能需要数小时。一个好的构建系统不仅仅是一种必要的罪恶，它还是确保代码可以跨多个平台和环境高效编译、测试和部署的合作伙伴。
开发人员生产力
精心挑选的构建系统可以将构建时间缩短几分钟甚至几小时。当构建/测试周期的每次迭代花费更少的时间时，您和您的团队可以更快地迭代，更早地发现错误，并交付更高质量的软件。
项目一致性
无论您是与数十名还是数百名开发人员打交道，保持一致的构建配置、依赖项和项目结构都很重要。正确的构建系统有助于确保每个人都在同一页面上，将摩擦降至最低，从而减少“它在我的机器上工作”的问题。
可扩展性
企业级项目可能涉及数千个文件、多个平台和高度专业化的依赖项。您选择的构建系统必须处理复杂的项目结构、模块化架构和不断变化的需求。
跨平台支持
随着企业越来越多地针对多个平台（Windows、macOS、Linux，甚至嵌入式系统），您的构建系统必须具有强大的跨平台功能。这通常包括轻松检测平台差异、专用工具链和一致的构建脚本。
自动化和 CI/CD 集成
现代开发流程依赖于持续集成 （CI） 和持续交付 （CD） 的自动化。拥有与 CI/CD 管道顺利集成的构建系统可以减少维护单独脚本的开销，确保可重复性，并加快测试和部署速度。
选择构建系统时要考虑的关键因素
在深入研究特定工具之前，让我们概述一下我们在为 C++ 项目选择构建系统时通常权衡的主要方面：
项目规模和复杂性
- 您的项目包含多少个源文件？
- 它是否包含多个库或子项目？
- 您是否正在为多个平台构建项目？
跨平台需求
- 您是否需要对 Windows、macOS 和 Linux 的一流支持？
- 您是否正在为嵌入式系统等更专业的环境进行开发？
构建速度
- 增量生成性能有多重要？
- 您在寻找并行/分布式构建吗？
易用性
- 语法或配置语言是否直观？
- 新团队成员的学习曲线有多陡峭？
社区和生态系统
- 该工具是否有活跃的用户社区？
- 是否有强大的插件、文档和教程？
与其他工具集成
- 它是否适用于流行的 IDE 或代码编辑器？
- 它是否可以轻松与 CI/CD 管道连接？
未来维护
- 项目是否积极维护和更新以支持最新的 C++ 标准和平台？
- 您的开发人员愿意长期维护它吗？
仔细回答这些问题将帮助您选择适合您团队工作流程和产品目标的系统。
流行的 C++ 构建系统概述
C++ 构建系统在管理项目依赖关系、确保快速构建和支持跨平台开发方面发挥着关键作用。在本节中，我们将探讨广泛使用的系统，讨论它们的优缺点以及理想的用例。
CMake
CMake 可以说是当今最广泛的 C++ 项目跨平台构建系统生成器。CMake 不是直接构建您的项目，而是为您选择的编译器和平台生成本机构建文件（例如，Linux 上的 Makefiles、Windows 上的 Visual Studio 解决方案、macOS 上的 Xcode 项目）。
主要优势：
- 跨平台支持：CMake 从头开始设计，旨在处理平台差异，并且可以为各种平台和 IDE 生成项目文件。
- 大型社区： 凭借许多教程、在线资源和庞大的用户群，您可以快速找到大多数常见问题的解决方案。
- 与 IDE 集成：CLion、Visual Studio 和 VS Code 等工具对 CMake 具有一流的或至少有据可查的支持。
潜在缺点：
- 脚本语言：CMake 使用自己的脚本语言，这种语言可能不熟悉，有时甚至很冗长。
- 复杂性： 对于大型、复杂的项目，如果没有仔细的结构，CMake 文件可能会变得笨拙。
理想用例：
- 同时针对多个平台和 IDE 的项目
- 需要一个强大、有据可查并广泛采用的系统的团队
- 在大中型项目中，CMake 的复杂性值得权衡其灵活性
Meson
Meson 是一个相对较新的构建系统，专注于简单性和速度。它的配置文件使用基于 Python 的 DSL，与 CMake 语言中的配置文件相比，这些文件通常更易于阅读。
主要优势
- 易用性：Meson 的语法简单明了，更易于学习。
- 速度：Meson 旨在提供快速的增量构建，尤其是与 Ninja 后端结合使用时。
- 现代方法： 与旧系统相比，Meson 旨在以更简化的方式检测依赖关系并处理交叉编译。
潜在缺点：
- 不太成熟的生态系统： 尽管发展迅速，但与 CMake 相比，Meson 的社区规模较小;并非所有库或工具都提供开箱即用的一流介子支持。
- 有限的 IDE 集成： 虽然 Meson 可以为多个 IDE 生成项目文件，但集成不如 CMake 广泛。
理想用例：
- 重视简单性和现代设计原则的中型 C++ 项目
- 团队愿意采用更新的工具来实现更快的工作流程
- 想要利用 Ninja 速度而又不想过多地处理低级细节的项目
Bazel
Bazel 是一款功能强大的工具，专为大规模代码库而设计，注重可重复性和速度。它使用一种名为 Starlark 的高级构建语言来编写构建脚本。
主要优势：
- 可扩展性：Bazel 擅长大型单代码库风格项目，在这些项目中，可能涉及多种语言和平台，并且需要高效管理数百万行代码。
- 高效构建：Bazel 的理念是通过严格的依赖项管理，只重建必要的内容。
- 确定性构建： 构建是可重复的，即输入将始终产生相同的输出;这对于企业环境中的 CI/CD 管道尤其有价值。
潜在缺点：
- 陡峭的学习曲线：Bazel 的配置语言和严格的依赖项规则可能会令人生畏。
- 有限的本机 IDE 支持： 虽然某些 IDE 有插件，但与更传统的系统相比，集成可能不太完善。
- Windows 支持： 近年来，它有了显着改进，但从历史上看，Bazel 的 Windows 支持一直落后于其 Linux/macOS 支持。
理想用例：
- 非常大、复杂的项目，尤其是在单个存储库中
- 需要强大的增量构建和确定性、可重现结果的团队
- 寻求长期效率提升并在财务上能够应对学习曲线的公司
Ninja
Ninja 不是传统意义上的构建系统;它是一种专为速度而设计的小型低级工具。通常，Ninja 用作其他构建系统（如 CMake 或 Meson）的后端生成器。您通常不会手动编写 Ninja 文件——工具会为您生成它们。
主要优势：
- 闪电般的构建：Ninja 的最小开销使其成为编译 C++ 代码的最快方法之一。
- 简单语法：Ninja 构建文件很简单，专注于最基本的要素（依赖项、命令、输出）。
潜在缺点：
- 不是一个成熟的构建系统： 您无法直接在 Ninja 中轻松管理复杂的项目配置，并且几乎总是需要更高级别的工具（CMake、Meson）来生成 Ninja 构建文件。
- 有限的生态系统： Ninja 故意很小，因此它没有提供广泛的功能或社区插件。
理想用例：
- 希望将速度与 CMake 或 Meson 等生成器结合使用的开发人员
- 原始生成性能至关重要的 CI 管道
Visual Studio MSBuild
MSBuild 是 Microsoft 的构建平台，与 Visual Studio 紧密集成。它使用基于 XML 的项目文件 （.vcxproj） 来定义如何在 Windows 上编译、链接和打包 C++代码。虽然 MSBuild 通常仅与 Windows 相关联，但它通过 .NET 项目获得了一些跨平台功能。但是，这些功能与编译为本机机器代码的标准 C++ 项目不太相关。
主要优势：
- 本机 Windows 集成： 如果主要面向 Windows 并使用 Visual Studio，MSBuild 是自然而然的选择。
- 强大的 IDE 支持： 没有哪个生成系统能更好地与 Visual Studio 集成。
- 成熟的工具链：MSBuild 已经存在了一段时间，并且在 Windows 生态系统中广为人知。
潜在缺点：
- 以 Windows 为中心： 虽然可以将 MSBuild 用于跨平台方案，但它通常比使用 CMake 等系统工作更多。
- 详细 XML： 对于较大的项目，MSBuild 配置文件可能会变得冗长且笨拙。
- 便携性较差： 跨多个作系统工作的团队通常会发现采用更通用的工具更容易。
理想用例：
- 已致力于 Windows 生态系统的项目或公司
- 使用 Visual Studio 的开发人员，他们喜欢现成的体验
- 较小的团队专注于单一平台，并愿意依赖 Visual Studio 的项目管理功能
构建系统比较
现在我们已经了解了每个构建系统的亮点，让我们根据关键因素比较它们的叠加情况。
| Factor | CMake | Meson | Bazel | Ninja | MSBuild MS |
| 跨平台支持 | 非常好 | 良好（在利基案例中测试较少） | 强（在 Windows 上历来较弱） | 与平台无关，但需要生成器 | 主要以 Windows 为中心 |
| 易用性 | 中等（广泛使用，但可能会变得复杂） | 相对简单（比 CMake 更简单的语言） | 高级（需要学习新的范式） | 不适用（通常不是手写） | 如果您已经在 Visual Studio 中，则很容易;否则是详细的 XML |
| 构建速度 | CMake + Ninja：增量速度非常快 | Meson + Ninja：也很快 | 针对大规模单存储库进行了优化 | 原始编译速度最快，但单独灵活性较差 | 在 Windows 上足够;不如基于 Ninja 的解决方案快 |
| 社区和生态系统 | 庞大的社区；成熟 | 快速增长;良好的动力 | 由谷歌支持；用于大型组织 | 极简主义工具；经常与他人配对 | 大型 Windows 社区;有限的跨平台使用 |
| 集成和工具 | 广泛支持 IDE、CI/CD、各种编译器 | 不错，但与 CMake 相比有些有限 | 主要 IDE 存在插件，里程可能会有所不同 | 通常通过上游发生器（CMake、Meson）集成 | 与 Visual Studio 集成效果最佳 |
最终，您的选择可能取决于您的项目规模、您的目标平台以及您的团队对给定工具的熟悉程度。
C++ 构建过程中的常见挑战
构建 C++ 项目涉及管理依赖项、确保高效的增量构建、处理交叉编译以及组织复杂的项目结构。这些挑战会显着影响生产力，尤其是在大规模、多平台环境中。
依赖关系管理
C++ 库可能来自系统包、Git 子模块或自定义位置。每个构建系统如何处理依赖关系可以描述如下：
- CMake: 提供 FetchContent、ExternalProject 和 find_package 模块来处理依赖关系
- Meson:具有内置的依赖项检测功能，并可轻松与 pkg-config 集成
- Bazel： 严格强制在 BUILD 文件中声明依赖项，从而导致密封构建
- MSBuild： 通常依赖于 NuGet 来获取托管依赖项，但对于本机依赖项，你可能依赖于手动配置。
增量构建和缓存
高效的增量构建通过仅重建修改后的组件来减少编译时间。每个系统如何处理增量构建可以描述如下：
- CMake + Ninja 和 Meson + Ninja： 使用文件时间戳和校验和确保仅重建更改的文件
- Bazel： 通过基于内容的哈希更进一步，以确保最短的重建时间
- MSBuild： 依赖于 Visual Studio 或命令行生成系统中的目标最新检查
交叉编译
交叉编译允许您在单个开发环境中为不同平台构建软件。每个构建系统如何处理交叉编译可以描述如下：
- CMake： 通过工具链文件提供广泛的支持
- Meson： 提供跨文件以指定不同平台的编译器和标志
- Bazel： 支持与平台规则的交叉编译，尽管它可能很复杂
- MSBuild： 主要专注于 Windows；交叉编译到其他平台并不常见
复杂的项目结构
管理复杂的项目结构需要有效地组织依赖项、子项目和构建配置。每个构建系统如何处理复杂的项目结构可以描述如下：
- CMake：允许跨多个子目录进行分层 CMakeLists.txt
- Meson： 允许使用简单的子目录方法组织子项目
- Bazel： 鼓励具有多个构建文件的 monorepo，每个文件控制自己的子树
- MSBuild： 使用包含多个.vcxproj 文件的解决方案，但有效管理它们需要仔细组织。
解决实现构建系统时常见陷阱的最佳实践
下面是团队在采用生成系统时面临的问题列表。幸运的是，它们可以成功缓解。
配置文件过于复杂
保持构建脚本模块化且简单明了。抵制在构建逻辑中做“太多”的冲动。
忽略增量生成诊断
如果增量生成速度不如预期，则可能存在强制不必要的重新生成的依赖项或文件更改。Ninja 和 Bazel 等工具可以帮助识别哪些文件过于频繁地重建。
忽视持续集成
自动化构建至关重要。确保您选择的构建系统完全集成到您的 CI 管道中，以便测试和构建每个提交。
低估文档和入职培训
构建系统可能很强大，但如果它对新团队成员来说过于复杂，生产力就会受到影响。确保提供有关最佳实践的内部文档或培训课程，以确保成功。
忘记测试和包装
一个好的构建系统不仅仅是编译。寻找它如何处理单元测试、集成测试和最终打包步骤。CMake 和 Meson 等工具内置了对运行测试的支持，而 Bazel 则包含强大的测试规则。
使用 Incredibuild 加速构建
无论您选择哪种构建系统，构建时间仍然可能成为瓶颈，尤其是在具有多个分支、测试套件和发布周期的企业环境中。这就是 Incredibuild 的用武之地。
通过将构建工作负载分布在一组联网机器上，Incredibuild 可以大幅缩短编译时间，从而在项目变得更大、更复杂时成为宝贵的资产。
让我们看看它是如何做到这一点的。
分布式编译
Incredibuild 将任务（编译、测试、打包）卸载到其他机器上，利用 CPU 周期，否则这些周期会在网络机器上空闲。它允许您动态优化和分配可用的本地和云计算资源，从而将构建速度提高 8-10 倍。
无缝集成
无论您是将 Make、CMake、Meson、Bazel 还是 MSBuild 与不同的编译器组合一起使用，Incredibuild 都可以轻松集成。它通常只需要在各种不同的本地或云平台上进行最少的配置更改。
可扩展性
随着项目或团队的壮大，你可以向 Incredibuild 池添加更多机器，从而按需有效地扩展构建能力。
对于拥有大型 C++ 代码库的企业来说，对构建加速的投资可以通过减少开发人员等待时间、提高生产力和加快整个开发管道来快速获得回报。
真实示例：Incredibuild 如何与其他构建系统配合使用以获得最佳性能
考虑一个需要在 Windows 和游戏主机上发布的大型游戏开发工作室。他们使用 CMake 来统一跨这些平台的构建配置。对于 Windows 上的日常开发，他们生成 Visual Studio 解决方案。在基于 Linux 的构建服务器上，它们会生成 Ninja 文件以获得尽可能快的构建。
然后，他们将 Incredibuild 叠加在两个工作流程之上，以进一步将构建版本分发到强大的机器群中。
这种混合方法可确保开发人员拥有舒适的环境（例如 Windows 上的 Visual Studio），而构建服务器则利用高度优化的构建。因此，构建时间从几小时缩短到几分钟，提高了迭代速度并使发布周期更加顺畅。
结论
选择正确的 C++ 构建系统绝非易事，特别是对于需要效率、可扩展性和管理复杂代码库能力的企业项目而言。我们研究了几种流行的选项，每个选项都有自己的优点和缺点。无论您选择哪条道路，花时间使您的构建系统与团队的需求保持一致对于长期成功至关重要。
不要忘记，Incredibuild 等工具可以为你选择的构建系统提供强大的提升，将工作负载分配到多台机器上，从而节省大量构建时间。
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引用
https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/vcxproj-project-file?view=msvc-160
