C++23自定义模块开发实战指南：从编写、编译到CMake构建

在前面的实践中，我们主要使用标准库模块。本文将引导您开发一个可供程序调用的自定义模块，从而真正进入模块化开发的应用场景。这种思想与传统的动态库开发有相似之处，大家可以对比理解。

自定义模块的编写与调用

首先，我们来看一个自定义模块的代码示例：

模块接口文件 (例如 exportdemo.cppm)

// exportdemo.cppm
export module demo;
import std;

namespace demo {
    export int Add(int, int);
    export class exportDemo {
    public:
        exportDemo();
        void display();
    };
}

模块实现文件 (例如 exportdemo.cpp)

// exportdemo.cpp
module demo;
import std;

namespace demo {
    int Add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    exportDemo::exportDemo() {}

    void exportDemo::display() {
        std::cout << "this is demo module!" << std::endl;
    }
}

模块的声明与实现分离，类似于传统的头文件与源文件。下面是调用该模块的主程序：

主程序 (main.cpp)

// main.cpp
import std;
import demo;

int main() {
    demo::exportDemo d;
    d.display();
    std::cout << "main app!" << "Add return:" << demo::Add(1, 2) << std::endl;
    return 0;
}

使用命令行编译

接下来，我们通过命令行一步步编译这个项目。首先需要编译标准库模块，这是许多C++项目编译的基础步骤。

1. 编译标准库模块接口单元:

   g++ -std=c++23 -fmodules-ts -fsearch-include-path -c bits/std.cc

   编译成功后，当前目录会生成 std.o 文件和 gcm 文件夹。

2. 编译自定义模块:
   首先尝试直接编译头文件命名的模块文件会遇到错误。根据编译器提示，模块声明不能放在传统的头文件（.h）中。因此，我们需要使用特定的扩展名，如 .cppm。

   g++ -std=c++23 -fmodules-ts -c exportdemo.cppm

   编译成功。这里留下一个思考题：模块文件是否可以命名为 exportdemo.ixx、exportdemo.ccm 或 exportdemo.cxxm？命名规则还有哪些限制？

3. 编译并链接所有单元:

   g++ -std=c++23 -fmodules-ts -o demo exportdemo.cpp main.cpp

   编译成功后，生成可执行文件 demo。运行它：

   ./demo
   # 输出:
   # this is demo module!
   # main app!Add return:3

   结果表明整个编译流程成功，自定义模块功能正常。

使用CMake进行项目构建

对于更复杂的项目，使用构建工具如CMake进行管理是更佳选择。以下是 CMakeLists.txt 的内容：

cmake_minimum_required(VERSION 3.31.6)

# 启用对 `import std;` 的实验性支持
set(CMAKE_EXPERIMENTAL_CXX_IMPORT_STD “0e5b6991-d74f-4b3d-a41c-cf096e0b2508”)
set(CMAKE_CXX_COMPILER “clang++”)
set(CMAKE_C_COMPILER “clang”)
set(CMAKE_CXX_FLAGS “${CMAKE_CXX_FLAGS} -stdlib=libc++”)
set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS “${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} -stdlib=libc++”)

set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 23)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_MODULE_STD 1)
set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON)

project(cmakeMouduleFirst LANGUAGES CXX)

add_executable(cmakeMouduleFirst)

target_sources(cmakeMouduleFirst
  PRIVATE
    main.cpp
    exportdemo.cpp
  PRIVATE FILE_SET demoMmodules TYPE CXX_MODULES FILES
    exportdemo.cppm
)

该文件内容与之前的示例主要区别在于，通过 target_sources 的 FILE_SET 明确添加了C++模块文件（exportdemo.cppm）。接下来使用 CMake 和 Ninja 构建：

mkdir build && cd build
cmake -G Ninja ..

注意：如果使用过高版本的 CMake（如 4.0），可能会遇到工具链不匹配的错误。确保使用与 CMAKE_EXPERIMENTAL_CXX_IMPORT_STD GUID 匹配的 CMake 版本（本例中为 3.31.6）。构建成功后，编译并运行程序，结果与命令行编译一致。

总结

C++23的模块特性为代码组织带来了新的范式。学习新技术不必求快，循序渐进，理解其核心思想并加以实践即可。目前模块在产业界的广泛应用尚需时日，这为我们提供了充足的学习和实验窗口。在探索过程中，选择合适的编译工具链和构建系统至关重要。