CMake結合PCL庫學習（1）

經常會有有人問到CMake的學習的問題，而且網上也有很多博客是介紹學習CMake 的用法，但是我覺的學習不用這樣死板，用到了就順便學習一下，也就是邊做邊學，由淺入深，慢慢的就會熟悉了，這個學習的過程中會遇到很多問題，以解決問題的方式驅動自己學習CMake,首先總結一下CMake 的好處，CMake是一個跨平臺編譯的工具，所以不再需要折騰平臺了，比如Windows需要創建Visual Studio項目文件，配置環境等問題，Linux創建Makefile，OS X創建Xcode項目文件。實際上大部分你的配置都會是一樣的，使用CMake會給你很好的項目維護性，也會降低你的維護成本。

cmake 是kitware 公司以及一些開源開發者在開發幾個工具套件(VTK)的過程中衍

生品，最終形成體系，成爲一個獨立的開放源代碼項目。官方網站是www.cmake.org，可以通過訪問官方網站獲得更多關於cmake 的信息，

Cmake的特點

1，開放源代碼，使用類BSD 許可發佈。http://cmake.org/HTML/Copyright.html
2，跨平臺，並可生成native 編譯配置文件，在Linux/Unix 平臺，生成makefile，在蘋果平臺，可以生成xcode，在Windows 平臺，可以生成MSVC 的工程文件。
3，能夠管理大型項目。
4，簡化編譯構建過程和編譯過程。Cmake 的工具鏈非常簡單：cmake+make。
5，高效慮，可擴展，可以爲cmake 編寫特定功能的模塊，擴充cmake 功能。

提示：
1，如果你沒有實際的項目需求，那麼看到這裏就可以停下來了，因爲cmake 的學習過程就是實踐過程，沒有實踐，讀的再多幾天後也會忘記。
2，如果你的工程只有幾個文件，直接編寫Makefile 是最好的選擇。
3，如果使用的是C/C++/Java 之外的語言，請不要使用cmake(至少目前是這樣)

那麼接下來我們就根據CMake和PCL庫中的各個層級的CMakeLists.txt文件配合講解CMake的用法。

比如我現在要結合PCL 的庫寫一個基於點雲庫的不用數據格式之間轉換的代碼以及CMake文件的解析：該函數的.cpp文件如下：

/*
 PCL tutorial by yao 2018.03.23
  the manager of wechat official account "dianyunPCL"
 */

//這是一個將mesh點雲數據轉換位OBJ，PCD，PLY，STL，STL，VTK 等格式
//這個工具的可以指定輸出文件的存儲個格式有ASCII binary 和binary compressed三種可選

#include <vector>

#include <pcl/console/parse.h>
#include <pcl/io/auto_io.h>
#include <pcl/io/obj_io.h>
#include <pcl/io/vtk_lib_io.h>

#include <boost/make_shared.hpp>

#define ASCII 0
#define BINARY 1
#define BINARY_COMPRESSED 2

/**
 * Display help for this program
 * @param argc[in]
 * @param argv[in]
 */
void
displayHelp (int argc,
             char** argv)
{
  PCL_INFO ("\nUsage: %s [OPTION] SOURCE DEST\n", argv[0]);
  PCL_INFO ("Convert SOURCE point cloud or mesh to DEST.\n\n");

  PCL_INFO ("Available formats types for SOURCE and DEST:\n"
           "\tOBJ (Wavefront)\n"
           "\tPCD (Point Cloud Library)\n"
           "\tPLY (Polygon File Format)\n"
           "\tSTL (STereoLithography)\n"
           "\tVTK (The Visualization Toolkit)\n\n");

  PCL_INFO ("Available options:\n"
           "\t-f, --format Specify DEST output type, available formats are ascii, binary and binary_compressed.\n"
           "\t             When not specified, binary is used as default.\n"
           "\t             OBJ only supports ascii format.\n"
           "\t             binary_compressed is only supported by the PCD file format.\n\n"
           "\t-c --cloud   Output DEST as a point cloud, delete all faces.\n\n");
}

bool
saveMesh (pcl::PolygonMesh& input,
          std::string output_file,
          int output_type);

/**
 * Saves a cloud into the specified file and output type. The file format is automatically parsed.
 * @param input[in] The cloud to be saved
 * @param output_file[out] The output file to be written
 * @param output_type[in] The output file type
 * @return True on success, false otherwise.
 */
bool
savePointCloud (pcl::PCLPointCloud2::Ptr input,
                std::string output_file,
                int output_type)
{
  if (boost::filesystem::path (output_file).extension () == ".pcd")
  {
    //TODO Support precision, origin, orientation
    pcl::PCDWriter w;
    if (output_type == ASCII)
    {
      PCL_INFO ("Saving file %s as ASCII.\n", output_file.c_str ());
      if (w.writeASCII (output_file, *input) != 0)
        return (false);
    }
    else if (output_type == BINARY)
    {
      PCL_INFO ("Saving file %s as binary.\n", output_file.c_str ());
      if (w.writeBinary (output_file, *input) != 0)
        return (false);
    }
    else if (output_type == BINARY_COMPRESSED)
    {
      PCL_INFO ("Saving file %s as binary compressed.\n", output_file.c_str ());
      if (w.writeBinaryCompressed (output_file, *input) != 0)
        return (false);
    }
  }
  else if (boost::filesystem::path (output_file).extension () == ".stl")
  {
    PCL_ERROR ("STL file format does not support point clouds! Aborting.\n");
    return (false);
  }
  else  // OBJ, PLY and VTK
  {
    //TODO: Support precision
    //FIXME: Color is lost during OBJ conversion (OBJ supports color)
    pcl::PolygonMesh mesh;
    mesh.cloud = *input;
    if (!saveMesh (mesh, output_file, output_type))
      return (false);
  }

  return (true);
}

/**
 * Saves a mesh into the specified file and output type. The file format is automatically parsed.
 * @param input[in] The mesh to be saved
 * @param output_file[out] The output file to be written
 * @param output_type[in]  The output file type
 * @return True on success, false otherwise.
 */
bool
saveMesh (pcl::PolygonMesh& input,
          std::string output_file,
          int output_type)
{
  if (boost::filesystem::path (output_file).extension () == ".obj")
  {
    if (output_type == BINARY || output_type == BINARY_COMPRESSED)
      PCL_WARN ("OBJ file format only supports ASCII.\n");

    //TODO: Support precision
    //FIXME: Color is lost during conversion (OBJ supports color)
    PCL_INFO ("Saving file %s as ASCII.\n", output_file.c_str ());
    if (pcl::io::saveOBJFile (output_file, input) != 0)
      return (false);
  }
  else if (boost::filesystem::path (output_file).extension () == ".pcd")
  {
    if (!input.polygons.empty ())
      PCL_WARN ("PCD file format does not support meshes! Only points be saved.\n");
    pcl::PCLPointCloud2::Ptr cloud = boost::make_shared<pcl::PCLPointCloud2> (input.cloud);
    if (!savePointCloud (cloud, output_file, output_type))
      return (false);
  }
  else  // PLY, STL and VTK
  {
    if (output_type == BINARY_COMPRESSED)
      PCL_WARN ("PLY, STL and VTK file formats only supports ASCII and binary output file types.\n");

    if (input.polygons.empty() && boost::filesystem::path (output_file).extension () == ".stl")
    {
      PCL_ERROR ("STL file format does not support point clouds! Aborting.\n");
      return (false);
    }

    PCL_INFO ("Saving file %s as %s.\n", output_file.c_str (), (output_type == ASCII) ? "ASCII" : "binary");
    if (!pcl::io::savePolygonFile (output_file, input, (output_type == ASCII) ? false : true))
      return (false);
  }

  return (true);
}

/**
 * Parse input files and options. Calls the right conversion function.
 * @param argc[in]
 * @param argv[in]
 * @return 0 on success, any other value on failure.
 */
int
main (int argc,
      char** argv)
{
  // Display help
  if (pcl::console::find_switch (argc, argv, "-h") != 0 || pcl::console::find_switch (argc, argv, "--help") != 0)
  {
    displayHelp (argc, argv);
    return (0);
  }

  // Parse all files and options
  std::vector<std::string> supported_extensions;
  supported_extensions.push_back("obj");
  supported_extensions.push_back("pcd");
  supported_extensions.push_back("ply");
  supported_extensions.push_back("stl");
  supported_extensions.push_back("vtk");
  std::vector<int> file_args;
  for (int i = 1; i < argc; ++i)
    for (size_t j = 0; j < supported_extensions.size(); ++j)
      if (boost::algorithm::ends_with(argv[i], supported_extensions[j]))
      {
        file_args.push_back(i);
        break;
      }

  std::string parsed_output_type;
  pcl::console::parse_argument (argc, argv, "-f", parsed_output_type);
  pcl::console::parse_argument (argc, argv, "--format", parsed_output_type);
  bool cloud_output (false);
  if (pcl::console::find_switch (argc, argv, "-c") != 0 ||
      pcl::console::find_switch (argc, argv, "--cloud") != 0)
    cloud_output = true;

  // Make sure that we have one input and one output file only
  if (file_args.size() != 2)
  {
    PCL_ERROR ("Wrong input/output file count!\n");
    displayHelp (argc, argv);
    return (-1);
  }

  // Convert parsed output type to output type
  int output_type (BINARY);
  if (!parsed_output_type.empty ())
  {
    if (parsed_output_type == "ascii")
      output_type = ASCII;
    else if (parsed_output_type == "binary")
      output_type = BINARY;
    else if (parsed_output_type == "binary_compressed")
      output_type = BINARY_COMPRESSED;
    else
    {
      PCL_ERROR ("Wrong output type!\n");
      displayHelp (argc, argv);
      return (-1);
    }
  }

  // Try to load as mesh
  pcl::PolygonMesh mesh;
  if (boost::filesystem::path (argv[file_args[0]]).extension () != ".pcd" &&
      pcl::io::loadPolygonFile (argv[file_args[0]], mesh) != 0)
  {
    PCL_INFO ("Loaded a mesh with %d points (total size is %d) and the following channels:\n%s\n",
             mesh.cloud.width * mesh.cloud.height, mesh.cloud.data.size (), pcl::getFieldsList (mesh.cloud).c_str ());

    if (cloud_output)
      mesh.polygons.clear();

    if (!saveMesh (mesh, argv[file_args[1]], output_type))
      return (-1);
  }
  else if (boost::filesystem::path (argv[file_args[0]]).extension () == ".stl")
  {
    PCL_ERROR ("Unable to load %s.\n", argv[file_args[0]]);
    return (-1);
  }
  else
  {
    // PCD, OBJ, PLY or VTK
    if (boost::filesystem::path (argv[file_args[0]]).extension () != ".pcd")
      PCL_WARN ("Could not load %s as a mesh, trying as a point cloud instead.\n", argv[file_args[0]]);

    //Eigen::Vector4f origin; // TODO: Support origin/orientation
    //Eigen::Quaternionf orientation;
    pcl::PCLPointCloud2::Ptr cloud (new pcl::PCLPointCloud2);
    if (pcl::io::load (argv[file_args[0]], *cloud) < 0)
    {
      PCL_ERROR ("Unable to load %s.\n", argv[file_args[0]]);
      return (-1);
    }

    PCL_INFO ("Loaded a point cloud with %d points (total size is %d) and the following channels:\n%s\n", cloud->width * cloud->height, cloud->data.size (),
              pcl::getFieldsList (*cloud).c_str ());

    if (!savePointCloud (cloud, argv[file_args[1]], output_type))
    {
      PCL_ERROR ("Failed to save %s.\n", argv[file_args[1]]);
      return (-1);
    }
  }
  return (0);
}

對應的CMakeLists.txt文件的編寫如下，有些基本理解

cmake_minimum_required(VERSION 2.8 FATAL_ERROR)   #Cmake的最低版本

project(yao_pcl)   #PROJECT（project_name [CXX] [C] [Java]）這個指令定義工程名稱，後面可以指定工程所支持的語言，當然也是可以不寫忽略的，那麼默認情況下就是支持所有語言的，

set(SRC_LIST yao_convert.cpp)

#SET(SRC_LIST yao_convert.cpp) 這裏對於在CMake中關鍵字對於大小寫不敏感

#set(VAR [VALUE] [CACHE TYPE DOCSTRING [FORCE]])  SET 指令用來顯式的定義變量，同時也可以定義多個文件  比如

#SET(SRC_LIST main.cpp yao_1.cpp yao_2.cpp)。


#PCL庫

find_package(PCL 1.8 REQUIRED)

include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})

link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})

add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})

add_executable(yao_convert ${SRC_LIST})
#定義了這個工程會生成一個文件名爲 hello 的可執行文件,相關的源文件是 SRC_LIST 中
#定義的源文件列表，注意這裏使用變量引用的方式是${}這是CMake變量應用方式，但是,有一些例外,比如在 IF 控制語句,變量是直接使用變量名引用,而不需要${}
target_link_libraries(yao_convert ${PCL_LIBRARIES})

編譯該代碼命令：

mkdir build
cd build
cmake …
make

上述過程就是所謂的out-of-source 外部編譯,一個最大的好處是,對於原有的工程沒有任何影響,所有動作全部發生在編譯目錄。通過這一點,也足以說服我們全部採用外部編譯方式構建工程。

總結基本語法：
1,變量使用${}方式取值,但是在IF 控制語句中是直接使用變量名
2,指令(參數1 參數2…) 參數使用括弧括起,參數之間使用空格或分號分開。
以上面的ADD_EXECUTABLE 指令爲例,如果存在另外一個func.cpp 源文件,就要寫成: ADD_EXECUTABLE(hello main.cpp func.cpp)
3,指令是大小寫無關的,參數和變量是大小寫相關的

關於語法上的疑惑

SET(SRC_LIST main.c)也可以寫成SET(SRC_LIST “main.cpp”)
是沒有區別的,但是假設一個源文件的文件名是fu nc.c(文件名中間包含了空格)。
這時候就必須使用雙引號,如果寫成了SET(SRC_LIST fu nc.c),就會出現錯誤,提示你找不到fu 文件和nc.cpp 文件。這種情況,就必須寫成:
SET(SRC_LIST “fu nc.cpp”)

清理工程:
運行: make clean
即可對構建結果進行清理。

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