[AArch64] Crypto requires FP.
[llvm-core.git] / docs / CMakePrimer.rst
blob1e3a09e4d98abd7cc35bbd3035d549fbe3458787
1 ============
2 CMake Primer
3 ============
5 .. contents::
6    :local:
8 .. warning::
9    Disclaimer: This documentation is written by LLVM project contributors `not`
10    anyone affiliated with the CMake project. This document may contain
11    inaccurate terminology, phrasing, or technical details. It is provided with
12    the best intentions.
15 Introduction
16 ============
18 The LLVM project and many of the core projects built on LLVM build using CMake.
19 This document aims to provide a brief overview of CMake for developers modifying
20 LLVM projects or building their own projects on top of LLVM.
22 The official CMake language references is available in the cmake-language
23 manpage and `cmake-language online documentation
24 <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/manual/cmake-language.7.html>`_.
26 10,000 ft View
27 ==============
29 CMake is a tool that reads script files in its own language that describe how a
30 software project builds. As CMake evaluates the scripts it constructs an
31 internal representation of the software project. Once the scripts have been
32 fully processed, if there are no errors, CMake will generate build files to
33 actually build the project. CMake supports generating build files for a variety
34 of command line build tools as well as for popular IDEs.
36 When a user runs CMake it performs a variety of checks similar to how autoconf
37 worked historically. During the checks and the evaluation of the build
38 description scripts CMake caches values into the CMakeCache. This is useful
39 because it allows the build system to skip long-running checks during
40 incremental development. CMake caching also has some drawbacks, but that will be
41 discussed later.
43 Scripting Overview
44 ==================
46 CMake's scripting language has a very simple grammar. Every language construct
47 is a command that matches the pattern _name_(_args_). Commands come in three
48 primary types: language-defined (commands implemented in C++ in CMake), defined
49 functions, and defined macros. The CMake distribution also contains a suite of
50 CMake modules that contain definitions for useful functionality.
52 The example below is the full CMake build for building a C++ "Hello World"
53 program. The example uses only CMake language-defined functions.
55 .. code-block:: cmake
57    cmake_minimum_required(VERSION 3.2)
58    project(HelloWorld)
59    add_executable(HelloWorld HelloWorld.cpp)
61 The CMake language provides control flow constructs in the form of foreach loops
62 and if blocks. To make the example above more complicated you could add an if
63 block to define "APPLE" when targeting Apple platforms:
65 .. code-block:: cmake
67    cmake_minimum_required(VERSION 3.2)
68    project(HelloWorld)
69    add_executable(HelloWorld HelloWorld.cpp)
70    if(APPLE)
71      target_compile_definitions(HelloWorld PUBLIC APPLE)
72    endif()
73    
74 Variables, Types, and Scope
75 ===========================
77 Dereferencing
78 -------------
80 In CMake variables are "stringly" typed. All variables are represented as
81 strings throughout evaluation. Wrapping a variable in ``${}`` dereferences it
82 and results in a literal substitution of the name for the value. CMake refers to
83 this as "variable evaluation" in their documentation. Dereferences are performed
84 *before* the command being called receives the arguments. This means
85 dereferencing a list results in multiple separate arguments being passed to the
86 command.
88 Variable dereferences can be nested and be used to model complex data. For
89 example:
91 .. code-block:: cmake
93    set(var_name var1)
94    set(${var_name} foo) # same as "set(var1 foo)"
95    set(${${var_name}}_var bar) # same as "set(foo_var bar)"
96    
97 Dereferencing an unset variable results in an empty expansion. It is a common
98 pattern in CMake to conditionally set variables knowing that it will be used in
99 code paths that the variable isn't set. There are examples of this throughout
100 the LLVM CMake build system.
102 An example of variable empty expansion is:
104 .. code-block:: cmake
106    if(APPLE)
107      set(extra_sources Apple.cpp)
108    endif()
109    add_executable(HelloWorld HelloWorld.cpp ${extra_sources})
110    
111 In this example the ``extra_sources`` variable is only defined if you're
112 targeting an Apple platform. For all other targets the ``extra_sources`` will be
113 evaluated as empty before add_executable is given its arguments.
115 One big "Gotcha" with variable dereferencing is that ``if`` commands implicitly
116 dereference values. This has some unexpected results. For example:
118 .. code-block:: cmake
120    if("${SOME_VAR}" STREQUAL "MSVC")
122 In this code sample MSVC will be implicitly dereferenced, which will result in
123 the if command comparing the value of the dereferenced variables ``SOME_VAR``
124 and ``MSVC``. A common workaround to this solution is to prepend strings being
125 compared with an ``x``.
127 .. code-block:: cmake
129    if("x${SOME_VAR}" STREQUAL "xMSVC")
131 This works because while ``MSVC`` is a defined variable, ``xMSVC`` is not. This
132 pattern is uncommon, but it does occur in LLVM's CMake scripts.
134 .. note::
135    
136    Once the LLVM project upgrades its minimum CMake version to 3.1 or later we
137    can prevent this behavior by setting CMP0054 to new. For more information on
138    CMake policies please see the cmake-policies manpage or the `cmake-policies
139    online documentation
140    <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/manual/cmake-policies.7.html>`_.
142 Lists
143 -----
145 In CMake lists are semi-colon delimited strings, and it is strongly advised that
146 you avoid using semi-colons in lists; it doesn't go smoothly. A few examples of
147 defining lists:
149 .. code-block:: cmake
151    # Creates a list with members a, b, c, and d
152    set(my_list a b c d)
153    set(my_list "a;b;c;d")
154    
155    # Creates a string "a b c d"
156    set(my_string "a b c d")
158 Lists of Lists
159 --------------
161 One of the more complicated patterns in CMake is lists of lists. Because a list
162 cannot contain an element with a semi-colon to construct a list of lists you
163 make a list of variable names that refer to other lists. For example:
165 .. code-block:: cmake
167    set(list_of_lists a b c)
168    set(a 1 2 3)
169    set(b 4 5 6)
170    set(c 7 8 9)
171    
172 With this layout you can iterate through the list of lists printing each value
173 with the following code:
175 .. code-block:: cmake
177    foreach(list_name IN LISTS list_of_lists)
178      foreach(value IN LISTS ${list_name})
179        message(${value})
180      endforeach()
181    endforeach()
182    
183 You'll notice that the inner foreach loop's list is doubly dereferenced. This is
184 because the first dereference turns ``list_name`` into the name of the sub-list
185 (a, b, or c in the example), then the second dereference is to get the value of
186 the list.
188 This pattern is used throughout CMake, the most common example is the compiler
189 flags options, which CMake refers to using the following variable expansions:
190 CMAKE_${LANGUAGE}_FLAGS and CMAKE_${LANGUAGE}_FLAGS_${CMAKE_BUILD_TYPE}.
192 Other Types
193 -----------
195 Variables that are cached or specified on the command line can have types
196 associated with them. The variable's type is used by CMake's UI tool to display
197 the right input field. The variable's type generally doesn't impact evaluation.
198 One of the few examples is PATH variables, which CMake does have some special
199 handling for. You can read more about the special handling in `CMake's set
200 documentation
201 <https://cmake.org/cmake/help/v3.5/command/set.html#set-cache-entry>`_.
203 Scope
204 -----
206 CMake inherently has a directory-based scoping. Setting a variable in a
207 CMakeLists file, will set the variable for that file, and all subdirectories.
208 Variables set in a CMake module that is included in a CMakeLists file will be
209 set in the scope they are included from, and all subdirectories.
211 When a variable that is already set is set again in a subdirectory it overrides
212 the value in that scope and any deeper subdirectories.
214 The CMake set command provides two scope-related options. PARENT_SCOPE sets a
215 variable into the parent scope, and not the current scope. The CACHE option sets
216 the variable in the CMakeCache, which results in it being set in all scopes. The
217 CACHE option will not set a variable that already exists in the CACHE unless the
218 FORCE option is specified.
220 In addition to directory-based scope, CMake functions also have their own scope.
221 This means variables set inside functions do not bleed into the parent scope.
222 This is not true of macros, and it is for this reason LLVM prefers functions
223 over macros whenever reasonable.
225 .. note::
226   Unlike C-based languages, CMake's loop and control flow blocks do not have
227   their own scopes.
229 Control Flow
230 ============
232 CMake features the same basic control flow constructs you would expect in any
233 scripting language, but there are a few quarks because, as with everything in
234 CMake, control flow constructs are commands.
236 If, ElseIf, Else
237 ----------------
239 .. note::
240   For the full documentation on the CMake if command go
241   `here <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/if.html>`_. That resource is
242   far more complete.
244 In general CMake if blocks work the way you'd expect:
246 .. code-block:: cmake
248   if(<condition>)
249     message("do stuff")
250   elseif(<condition>)
251     message("do other stuff")
252   else()
253     message("do other other stuff")
254   endif()
256 The single most important thing to know about CMake's if blocks coming from a C
257 background is that they do not have their own scope. Variables set inside
258 conditional blocks persist after the ``endif()``.
260 Loops
261 -----
263 The most common form of the CMake ``foreach`` block is:
265 .. code-block:: cmake
267   foreach(var ...)
268     message("do stuff")
269   endforeach()
271 The variable argument portion of the ``foreach`` block can contain dereferenced
272 lists, values to iterate, or a mix of both:
274 .. code-block:: cmake
276   foreach(var foo bar baz)
277     message(${var})
278   endforeach()
279   # prints:
280   #  foo
281   #  bar
282   #  baz
284   set(my_list 1 2 3)
285   foreach(var ${my_list})
286     message(${var})
287   endforeach()
288   # prints:
289   #  1
290   #  2
291   #  3
293   foreach(var ${my_list} out_of_bounds)
294     message(${var})
295   endforeach()
296   # prints:
297   #  1
298   #  2
299   #  3
300   #  out_of_bounds
302 There is also a more modern CMake foreach syntax. The code below is equivalent
303 to the code above:
305 .. code-block:: cmake
307   foreach(var IN ITEMS foo bar baz)
308     message(${var})
309   endforeach()
310   # prints:
311   #  foo
312   #  bar
313   #  baz
315   set(my_list 1 2 3)
316   foreach(var IN LISTS my_list)
317     message(${var})
318   endforeach()
319   # prints:
320   #  1
321   #  2
322   #  3
324   foreach(var IN LISTS my_list ITEMS out_of_bounds)
325     message(${var})
326   endforeach()
327   # prints:
328   #  1
329   #  2
330   #  3
331   #  out_of_bounds
333 Similar to the conditional statements, these generally behave how you would
334 expect, and they do not have their own scope.
336 CMake also supports ``while`` loops, although they are not widely used in LLVM.
338 Modules, Functions and Macros
339 =============================
341 Modules
342 -------
344 Modules are CMake's vehicle for enabling code reuse. CMake modules are just
345 CMake script files. They can contain code to execute on include as well as
346 definitions for commands.
348 In CMake macros and functions are universally referred to as commands, and they
349 are the primary method of defining code that can be called multiple times.
351 In LLVM we have several CMake modules that are included as part of our
352 distribution for developers who don't build our project from source. Those
353 modules are the fundamental pieces needed to build LLVM-based projects with
354 CMake. We also rely on modules as a way of organizing the build system's
355 functionality for maintainability and re-use within LLVM projects.
357 Argument Handling
358 -----------------
360 When defining a CMake command handling arguments is very useful. The examples
361 in this section will all use the CMake ``function`` block, but this all applies
362 to the ``macro`` block as well.
364 CMake commands can have named arguments, but all commands are implicitly
365 variable argument. If the command has named arguments they are required and must
366 be specified at every call site. Below is a trivial example of providing a
367 wrapper function for CMake's built in function ``add_dependencies``.
369 .. code-block:: cmake
371    function(add_deps target)
372      add_dependencies(${target} ${ARGV})
373    endfunction()
375 This example defines a new macro named ``add_deps`` which takes a required first
376 argument, and just calls another function passing through the first argument and
377 all trailing arguments. When variable arguments are present CMake defines them
378 in a list named ``ARGV``, and the count of the arguments is defined in ``ARGN``.
380 CMake provides a module ``CMakeParseArguments`` which provides an implementation
381 of advanced argument parsing. We use this all over LLVM, and it is recommended
382 for any function that has complex argument-based behaviors or optional
383 arguments. CMake's official documentation for the module is in the
384 ``cmake-modules`` manpage, and is also available at the
385 `cmake-modules online documentation
386 <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/module/CMakeParseArguments.html>`_.
388 .. note::
389   As of CMake 3.5 the cmake_parse_arguments command has become a native command
390   and the CMakeParseArguments module is empty and only left around for
391   compatibility.
393 Functions Vs Macros
394 -------------------
396 Functions and Macros look very similar in how they are used, but there is one
397 fundamental difference between the two. Functions have their own scope, and
398 macros don't. This means variables set in macros will bleed out into the calling
399 scope. That makes macros suitable for defining very small bits of functionality
400 only.
402 The other difference between CMake functions and macros is how arguments are
403 passed. Arguments to macros are not set as variables, instead dereferences to
404 the parameters are resolved across the macro before executing it. This can
405 result in some unexpected behavior if using unreferenced variables. For example:
407 .. code-block:: cmake
409    macro(print_list my_list)
410      foreach(var IN LISTS my_list)
411        message("${var}")
412      endforeach()
413    endmacro()
414    
415    set(my_list a b c d)
416    set(my_list_of_numbers 1 2 3 4)
417    print_list(my_list_of_numbers)
418    # prints:
419    # a
420    # b
421    # c
422    # d
424 Generally speaking this issue is uncommon because it requires using
425 non-dereferenced variables with names that overlap in the parent scope, but it
426 is important to be aware of because it can lead to subtle bugs.
428 LLVM Project Wrappers
429 =====================
431 LLVM projects provide lots of wrappers around critical CMake built-in commands.
432 We use these wrappers to provide consistent behaviors across LLVM components
433 and to reduce code duplication.
435 We generally (but not always) follow the convention that commands prefaced with
436 ``llvm_`` are intended to be used only as building blocks for other commands.
437 Wrapper commands that are intended for direct use are generally named following
438 with the project in the middle of the command name (i.e. ``add_llvm_executable``
439 is the wrapper for ``add_executable``). The LLVM ``add_*`` wrapper functions are
440 all defined in ``AddLLVM.cmake`` which is installed as part of the LLVM
441 distribution. It can be included and used by any LLVM sub-project that requires
442 LLVM.
444 .. note::
446    Not all LLVM projects require LLVM for all use cases. For example compiler-rt
447    can be built without LLVM, and the compiler-rt sanitizer libraries are used
448    with GCC.
450 Useful Built-in Commands
451 ========================
453 CMake has a bunch of useful built-in commands. This document isn't going to
454 go into details about them because The CMake project has excellent
455 documentation. To highlight a few useful functions see:
457 * `add_custom_command <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/add_custom_command.html>`_
458 * `add_custom_target <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/add_custom_target.html>`_
459 * `file <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/file.html>`_
460 * `list <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/list.html>`_
461 * `math <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/math.html>`_
462 * `string <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/command/string.html>`_
464 The full documentation for CMake commands is in the ``cmake-commands`` manpage
465 and available on `CMake's website <https://cmake.org/cmake/help/v3.4/manual/cmake-commands.7.html>`_