项目结构如下图:

1. CMake 基础

CMake 是一个跨平台的构建系统生成器，能够生成各种构建工具的配置文件，如 Makefile、Ninja、Visual Studio 项目文件等。CMake 使用 CMakeLists.txt 文件来描述项目的构建过程。

构建工具及作用

• Makefile: 由 GNU Make 使用，适用于类 Unix 系统（如 Linux 和 macOS）。它通过定义一系列规则和依赖关系，自动化编译和链接过程。因此在windows系统下使用需要下载MinGW（Minimalist GNU for Windows） 或 MSYS2 等工具链，以获得 GNU Make 的功能。

• Ninja: 一个专注于速度的小型构建系统，适用于大型项目。它比 Make 更高效，特别适合需要快速构建的场景。

• Visual Studio 项目文件: 用于 Windows 平台，兼容 Microsoft Visual Studio 开发环境。它允许开发者在 Visual Studio 中管理和构建项目。

相关配置文件

• CMakeLists.txt: 主配置文件，位于项目根目录，定义了项目的构建配置、目标、依赖关系等。

• build/ 目录: 生成的构建文件存放的目录，通常由 CMake 自动生成和管理。

• Makefile 或 build.ninja: 由 CMake 根据指定的生成器生成的构建配置文件，用于实际的编译和链接过程。

本文默认读者具备 CMake, Make 以及 g++ 相关命令和配置的基础知识。

2. 配置 tasks.json

tasks.json 文件用于定义 VS Code 中的自定义任务，这些任务可以在命令面板中运行。以下是一个典型的 tasks.json 配置示例：

{
  // tasks.json 版本号
  "version": "2.0.0",
  "tasks": [
    {
      // 任务标签，用于在其他任务中引用
      "label": "build",
      // 任务类型：shell 表示在shell中执行命令
      "type": "shell",
      // 要执行的命令
      "command": "cmake --build \"${workspaceFolder}/build\"",
      // 任务组配置
      "group": {
        // 指定任务类型为构建
        "kind": "build",
        // 设置为默认构建任务
        "isDefault": true
      },
      // 指定此任务依赖的其他任务，这里依赖cmake任务
      "dependsOn": ["cmake"],
      // 用于在VSCode中识别编译错误的匹配器
      "problemMatcher": ["$gcc"]
    },
    {
      "label": "cmake",
      "type": "shell",
      // 生成CMake构建文件，指定生成器为MinGW Makefiles
      "command": "cmake",
      "args": [
        "-B",
        "${workspaceFolder}/build",
        "-G",
        "MinGW Makefiles",
        "-S",
        "${workspaceFolder}"
      ],
      // 任务的工作目录配置
      "options": {
        "cwd": "${workspaceFolder}"
      }
    }
  ]
}

关键字段详细解释

• label: 任务的名称，用于在命令面板或其他任务中引用该任务。例如，可以在 dependsOn 中引用此标签。

• type: 任务类型，决定了任务如何执行。

  • shell: 表示任务将在系统的默认 shell 中执行命令。适用于需要通过 shell 解释器运行的命令，如 bash, cmd, PowerShell 等。

  • process: 表示任务将直接启动一个独立的进程来执行命令，而不通过 shell。适用于需要直接调用可执行文件或脚本的情况。

• command: 要执行的主要命令。例如，cmake、make、g++ 等。

• args: 传递给 command 的参数列表。每个参数作为数组的一个元素。

• group: 任务组配置，用于组织任务。

  • kind: 任务类型，如 build、test 等。这有助于在 VS Code 中对任务进行分类和筛选。

  • isDefault: 布尔值，指示该任务是否为默认任务。默认任务通常在按下 Ctrl + Shift + B 时执行。

• dependsOn: 指定当前任务依赖的其他任务。只有在依赖的任务完成后，当前任务才会执行。例如，build 任务依赖于 cmake 任务，确保先生成构建文件再进行编译。

• problemMatcher: 问题匹配器，用于捕获编译过程中产生的错误和警告信息。这些信息将在 VS Code 的“问题”面板中显示，便于调试。例如，$gcc 匹配器用于匹配 GCC 编译器的输出格式。

3. 配置 launch.json

launch.json 文件用于配置 VS Code 的调试设置。以下是一个典型的 launch.json 配置示例：

{
  // 使用 IntelliSense 了解相关属性。
  // 悬停以查看现有属性的描述。
  // 欲了解更多信息，请访问: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    {
      // 配置名称，显示在调试配置下拉菜单中
      "name": "Debug ast",
      // 调试器类型：C++ (GDB, LLDB)
      "type": "cppdbg",
      // 请求类型：launch表示启动程序
      "request": "launch",
      // 要调试的可执行文件路径
      "program": "${workspaceFolder}/build/ast",
      // 传递给程序的命令行参数
      "args": [],
      // 是否在程序入口点暂停
      "stopAtEntry": false,
      // 程序的工作目录
      "cwd": "${workspaceFolder}",
      // 要传递给程序的环境变量
      "environment": [],
      // 是否使用外部控制台窗口
      "externalConsole": false,
      // 调试器模式：gdb
      "MIMode": "gdb",
      // GDB调试器的路径
      "miDebuggerPath": "D:/mingw64/bin/gdb.exe",
      // GDB调试器的设置命令
      "setupCommands": [
        {
          // 启用GDB的美化打印功能
          "description": "Enable pretty-printing for gdb",
          "text": "-enable-pretty-printing",
          "ignoreFailures": true
        }
      ],
      // 启动调试前要执行的任务
      "preLaunchTask": "build"
    }    
  ]
}

关键字段详细解释

• name: 调试配置的名称，将在调试面板中显示，方便用户选择和识别不同的调试配置。

• type: 调试类型，指定使用的调试器。

  • cppdbg: 表示使用 C++ 调试器（如 GDB 或 LLDB）。适用于调试 C++ 程序。

• request: 调试请求类型。

  • launch: 表示启动一个新的调试会话，加载并运行指定的程序。

• program: 要调试的可执行文件的路径。通常指向构建生成的二进制文件。

• args: 传递给程序的命令行参数。可以是一个字符串数组，每个元素作为参数传递给程序。

• stopAtEntry: 布尔值，指示调试器是否在程序入口点（如 main 函数）暂停。这对于逐步调试程序非常有用。

• cwd: 程序的工作目录。程序运行时的当前工作目录，可以不同于项目的根目录。

• environment: 要传递给程序的环境变量列表。可以用于配置程序运行时的环境。

• externalConsole: 布尔值，指示是否使用外部控制台窗口运行程序。false 表示在 VS Code 的集成终端中运行。

• MIMode: 调试器模式，指定使用的调试器类型。

  • gdb: 表示使用 GNU Debugger (GDB)。

• miDebuggerPath: 调试器的可执行文件路径。指定 GDB 的具体路径，确保 VS Code 能找到并使用正确的调试器。

• setupCommands: 调试器的设置命令列表。用于配置调试器的行为，如启用美化打印功能。

• preLaunchTask: 在启动调试前要执行的任务名称。例如，build 任务会先编译项目，然后启动调试。

4. 配置 CMakeLists.txt

CMakeLists.txt 文件用于描述项目的构建配置。以下是一个完整的 CMakeLists.txt 示例，并对关键部分进行了详细解释：

cmake_minimum_required(VERSION 3.19)
project(pi)

# 设置C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

# 设置编译器选项
if(MSVC)
    add_compile_options("/utf-8")
else()
    # 对于 MinGW 和其他非 MSVC 编译器，设置 UTF-8 编码选项
    add_compile_options(-finput-charset=UTF-8 -fexec-charset=UTF-8)
endif()

# 添加调试标志
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG} -g")

# 添加头文件搜索路径
target_include_directories(ast PRIVATE
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/parser
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/ast
)
include_directories(./ ./ast ./parser)

file(GLOB_RECURSE SOURCE "ast/*.cpp" "parser/*.cpp")
add_executable(ast ${SOURCE} ast.cpp)

关键部分详细解释

• cmake_minimum_required(VERSION 3.19): 指定所需的最低 CMake 版本，确保使用必要的功能和语法。

• project(pi): 定义项目名称为 pi。项目名称可以在整个 CMakeLists.txt 文件中引用。

• set(CMAKE_CXX_STANDARD 11): 设置 C++ 标准为 C++11。

• set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON): 强制要求使用指定的 C++ 标准，否则 CMake 将报错。

• 编译器选项:

  • MSVC: 如果使用的是 Microsoft Visual C++ 编译器，添加 /utf-8 选项以启用 UTF-8 编码。

  • 其他编译器: 对于 MinGW 等非 MSVC 编译器，添加 -finput-charset=UTF-8 和 -fexec-charset=UTF-8 选项以支持 UTF-8 编码。

• set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug): 设置构建类型为调试模式，这会影响生成的二进制文件包含调试信息。

• set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG} -g"): 在调试模式下，添加 -g 标志以生成调试信息，便于调试器使用。

• 头文件搜索路径:

  • target_include_directories(ast PRIVATE ...): 为特定目标 ast 添加私有头文件搜索路径。

  • include_directories(...): 为所有目标添加全局头文件搜索路径。

• 源文件收集:

  • file(GLOB_RECURSE SOURCE "ast/*.cpp" "parser/*.cpp"): 递归地收集 ast 和 parser 目录下的所有 .cpp 文件。

  • add_executable(ast ${SOURCE} ast.cpp): 将收集到的源文件添加到可执行文件 ast 中。

5. 构建和调试项目

1. 仅构建项目

在VS Code中，可通过快捷键 Ctrl + Shift + B 触发构建任务。此操作会按照预先配置的任务依赖关系自动执行构建流程，具体过程如下：

1.1 任务执行顺序

• 触发 preLaunchTask: "build" 任务：

  当执行构建操作时，首先会根据 launch.json 文件中的配置，触发 preLaunchTask 为 "build" 的任务。这一过程确保在进行实际构建之前，所有必要的准备工作都已就绪。

  

• build 任务依赖 cmake 任务：

  build 任务被配置为依赖于 cmake 任务。这意味着在执行 build 任务之前，CMake 需要先运行，以生成构建系统所需的配置文件（如 Makefile 或 Ninja 文件）。

  

1.2 cmake 任务执行详情

• 执行 cmake 任务：

  cmake 任务负责生成构建配置文件。它会根据项目根目录下的 CMakeLists.txt 文件中的指令，生成适用于指定生成器（如 MinGW Makefiles）的构建文件。

  

  具体执行过程如下：

  1. 初始化 CMake 配置：

     CMake 读取 CMakeLists.txt 文件，解析项目设置、目标、依赖关系等信息。

  2. 生成构建文件：

     根据指定的生成器（如 MinGW Makefiles），CMake 在 build 目录下生成相应的构建配置文件（如 Makefile）。

  

1.3 build 任务执行详情

• 执行 build 任务：

  在 cmake 任务完成后，build 任务会调用生成的构建系统（如 make）来编译和链接项目源代码，生成最终的可执行文件。

  

  具体执行过程如下：

  1. 编译源文件：

     使用编译器（如 g++）将源代码文件（.cpp）编译成对象文件（.o 或 .obj）。

  2. 链接对象文件：

     将所有对象文件和必要的库文件链接在一起，生成最终的可执行文件（如 ast.exe 或 ast）。

  3. 生成构建产物：

     在 build 目录下生成可执行文件、中间对象文件以及其他构建产物。

  

1.4 构建后的 build 文件夹内容

构建完成后，build 文件夹将包含以下主要文件和目录：

• Makefile：

  由 CMake 生成，用于 Make 工具的构建配置文件。它包含了编译和链接项目所需的所有指令。

• 编译生成的二进制文件：

  • Windows：ast.exe
  • Linux/macOS：ast

  这是最终生成的可执行文件，可以直接运行以测试程序功能。

• 中间对象文件：

  如 .o（Linux/macOS）或 .obj（Windows）文件。这些文件是源代码编译后的中间产物，用于最终的链接阶段。

2. 构建并调试:

1. 设置断点: 在代码编辑器中, 点击行号左侧以设置断点
2. 点击右上角的调试按钮:
   
3. 选择调试配置
   在调试视图的顶部下拉菜单中，选择预先配置的调试配置 "Debug ast"(该名称是launch.json文件中自定义的)。该配置在 launch.json 文件中定义，指定了调试器类型、目标可执行文件、启动参数等。
   
   
   之后会自动构建并执行代码到断点处进行调试

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