Bazel 教程:配置 C++ 工具链

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本教程使用示例场景来说明如何为项目配置 C++ 工具链。它基于使用 clang 构建无错的示例 C++ 项目

学习内容

在本教程中,您将学习如何:

  • 设置构建环境
  • 配置 C++ 工具链
  • 创建为 cc_toolchain 提供其他配置的 Starlark 规则,以便 Bazel 可以使用 clang 构建应用
  • 通过在 Linux 机器上运行 bazel build --config=clang_config //main:hello-world 来确认预期结果
  • 构建 C++ 应用

准备工作

设置构建环境

本教程假定您使用的是 Linux,并且已成功构建 C++ 应用并安装了相应的工具和库。本教程使用 clang version 9.0.1,您可以将其安装在系统上。

请按以下步骤设置构建环境:

  1. 如果您尚未下载并安装 Bazel 0.23 或更高版本,请执行此操作。

  2. 从 GitHub 下载示例 C++ 项目,并将其放置在本地机器上的空目录中。

  3. 将以下 cc_binary 目标添加到 main/BUILD 文件中:

    cc_binary(
        name = "hello-world",
        srcs = ["hello-world.cc"],
    )
    
  4. 在工作区目录的根目录下创建 .bazelrc 文件,其中包含以下内容,以启用 --config 标志的使用:

    # Use our custom-configured c++ toolchain.
    
    build:clang_config --crosstool_top=//toolchain:clang_suite
    
    # Use --cpu as a differentiator.
    
    build:clang_config --cpu=k8
    
    # Use the default Bazel C++ toolchain to build the tools used during the
    # build.
    
    build:clang_config --host_crosstool_top=@bazel_tools//tools/cpp:toolchain
    

对于条目 build:{config_name} --flag=value,命令行标志 --config={config_name} 与该特定标志相关联。如需了解所使用的标志,请参阅文档:crosstool_topcpuhost_crosstool_top

当您使用 bazel build --config=clang_config //main:hello-world 构建目标时,Bazel 会使用 cc_toolchain_suite //toolchain:clang_suite 中的自定义工具链。该套件可能会针对不同 CPU 列出不同的工具链,因此,它使用 --cpu=k8 标志进行了区分。

由于 Bazel 在构建期间使用许多用 C++ 编写的内部工具(例如 process-wrapper),因此系统会为主机平台指定预先存在的默认 C++ 工具链,以便使用这些工具链(而不是本教程中创建的工具链)构建这些工具。

配置 C++ 工具链

要配置 C++ 工具链,请重复构建应用并逐一消除每个错误,如下所述。

  1. 使用以下命令运行构建:

    bazel build --config=clang_config //main:hello-world
    

    因为您在 .bazelrc 文件中指定了 --crosstool_top=//toolchain:clang_suite,所以 Bazel 会抛出以下错误:

    No such package `toolchain`: BUILD file not found on package path.
    

    在工作区目录中,为软件包创建 toolchain 目录并在 toolchain 目录内创建一个空的 BUILD 文件。

  2. 再次运行构建。由于 toolchain 软件包尚未定义 clang_suite 目标,因此 Bazel 会抛出以下错误:

    No such target '//toolchain:clang_suite': target 'clang_suite' not declared
    in package 'toolchain' defined by .../toolchain/BUILD
    

    toolchain/BUILD 文件中,定义一个空文件组,如下所示:

    package(default_visibility = ["//visibility:public"])
    
    filegroup(name = "clang_suite")
    
  3. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

    '//toolchain:clang_suite' does not have mandatory providers: 'ToolchainInfo'
    

    Bazel 发现 --crosstool_top 标志指向未提供必要 ToolchainInfo 提供方的规则。因此,您需要使 --crosstool_top 指向提供 ToolchainInfo 的规则,即 cc_toolchain_suite 规则。在 toolchain/BUILD 文件中,将空文件组替换为以下内容:

    cc_toolchain_suite(
        name = "clang_suite",
        toolchains = {
            "k8": ":k8_toolchain",
        },
    )
    

    toolchains 属性会自动将 --cpu(以及指定 --compiler 时)的值映射到 cc_toolchain。您尚未定义任何 cc_toolchain 目标,Bazel 很快就会投诉您。

  4. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

    Rule '//toolchain:k8_toolchain' does not exist
    

    现在,您需要为 cc_toolchain_suite.toolchains 属性中的每个值定义 cc_toolchain 目标。将以下内容添加到 toolchain/BUILD 文件中:

    filegroup(name = "empty")
    
    cc_toolchain(
        name = "k8_toolchain",
        toolchain_identifier = "k8-toolchain",
        toolchain_config = ":k8_toolchain_config",
        all_files = ":empty",
        compiler_files = ":empty",
        dwp_files = ":empty",
        linker_files = ":empty",
        objcopy_files = ":empty",
        strip_files = ":empty",
        supports_param_files = 0,
    )
    
  5. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

    Rule '//toolchain:k8_toolchain_config' does not exist
    

    接下来,将“:k8_toolchain_config”目标添加到 toolchain/BUILD 文件中:

    filegroup(name = "k8_toolchain_config")
    
  6. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

    '//toolchain:k8_toolchain_config' does not have mandatory providers:
    'CcToolchainConfigInfo'
    

    CcToolchainConfigInfo 是用于配置 C++ 工具链的提供程序。如需修复此错误,请创建一个包含以下内容的 toolchain/cc_toolchain_config.bzl 文件,以创建为 Bazel 提供 CcToolchainConfigInfo 的 Starlark 规则:

    def _impl(ctx):
        return cc_common.create_cc_toolchain_config_info(
            ctx = ctx,
            toolchain_identifier = "k8-toolchain",
            host_system_name = "local",
            target_system_name = "local",
            target_cpu = "k8",
            target_libc = "unknown",
            compiler = "clang",
            abi_version = "unknown",
            abi_libc_version = "unknown",
        )
    
    cc_toolchain_config = rule(
        implementation = _impl,
        attrs = {},
        provides = [CcToolchainConfigInfo],
    )
    

    cc_common.create_cc_toolchain_config_info() 会创建所需的提供程序 CcToolchainConfigInfo。如需使用 cc_toolchain_config 规则,请将 load 语句添加到 package 语句正下方的 toolchain/BUILD 中:

    load(":cc_toolchain_config.bzl", "cc_toolchain_config")
    

    并将“k8_toolchain_config”文件组替换为 cc_toolchain_config 规则的声明:

    cc_toolchain_config(name = "k8_toolchain_config")
    
  7. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

    .../BUILD:1:1: C++ compilation of rule '//:hello-world' failed (Exit 1)
    src/main/tools/linux-sandbox-pid1.cc:421:
    "execvp(toolchain/DUMMY_GCC_TOOL, 0x11f20e0)": No such file or directory
    Target //:hello-world failed to build`
    

    此时,Bazel 有足够的信息来尝试构建代码,但 Bazel 仍然不知道要使用哪些工具来完成所需的构建操作。您将修改 Starlark 规则实现,以告知 Bazel 要使用哪些工具。为此,您需要 @bazel_tools//tools/cpp:cc_toolchain_config_lib.bzl 中的 tool_path() 构造函数:

    # toolchain/cc_toolchain_config.bzl:
    # NEW
    load("@bazel_tools//tools/cpp:cc_toolchain_config_lib.bzl", "tool_path")
    
    def _impl(ctx):
        tool_paths = [ # NEW
            tool_path(
                name = "gcc",
                path = "/usr/bin/clang",
            ),
            tool_path(
                name = "ld",
                path = "/usr/bin/ld",
            ),
            tool_path(
                name = "ar",
                path = "/usr/bin/ar",
            ),
            tool_path(
                name = "cpp",
                path = "/bin/false",
            ),
            tool_path(
                name = "gcov",
                path = "/bin/false",
            ),
            tool_path(
                name = "nm",
                path = "/bin/false",
            ),
            tool_path(
                name = "objdump",
                path = "/bin/false",
            ),
            tool_path(
                name = "strip",
                path = "/bin/false",
            ),
        ]
        return cc_common.create_cc_toolchain_config_info(
            ctx = ctx,
            toolchain_identifier = "local",
            host_system_name = "local",
            target_system_name = "local",
            target_cpu = "k8",
            target_libc = "unknown",
            compiler = "clang",
            abi_version = "unknown",
            abi_libc_version = "unknown",
            tool_paths = tool_paths, # NEW
        )
    

    确保 /usr/bin/clang/usr/bin/ld 是您的系统的正确路径。

  8. 再次运行构建。Bazel 会抛出以下错误:

     ..../BUILD:3:1: undeclared inclusion(s) in rule '//main:hello-world':
     this rule is missing dependency declarations for the following files included by 'main/hello-world.cc':
     '/usr/include/c++/9/ctime'
     '/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h'
     '/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/os_defines.h'
     ....
    

    Bazel 需要知道在哪里搜索包含的标头。有多种方法可以解决此问题,例如使用 cc_binaryincludes 属性,但在此处,可以使用 cc_common.create_cc_toolchain_config_infocxx_builtin_include_directories 参数在工具链级别解决此问题。请注意,如果您使用的是不同版本的 clang,包含路径会有所不同。这些路径也可能因分布而异。

    toolchain/cc_toolchain_config.bzl 中的返回值修改为如下所示:

     return cc_common.create_cc_toolchain_config_info(
          ctx = ctx,
          cxx_builtin_include_directories = [ # NEW
            "/usr/lib/llvm-9/lib/clang/9.0.1/include",
            "/usr/include",
          ],
          toolchain_identifier = "local",
          host_system_name = "local",
          target_system_name = "local",
          target_cpu = "k8",
          target_libc = "unknown",
          compiler = "clang",
          abi_version = "unknown",
          abi_libc_version = "unknown",
          tool_paths = tool_paths,
     )
    
  9. 再次运行构建命令,您将看到如下错误:

    /usr/bin/ld: bazel-out/k8-fastbuild/bin/main/_objs/hello-world/hello-world.o: in function `print_localtime()':
    hello-world.cc:(.text+0x68): undefined reference to `std::cout'
    

    其原因在于,链接器缺少 C++ 标准库,且找不到其符号。有多种方法可以解决此问题,例如使用 cc_binarylinkopts 属性。在这里,通过确保无需指定使用工具链的任何目标不必指定此标志,即可解决此问题。

    将以下代码复制到 cc_toolchain_config.bzl

      # NEW
      load("@bazel_tools//tools/build_defs/cc:action_names.bzl", "ACTION_NAMES")
      # NEW
      load(
          "@bazel_tools//tools/cpp:cc_toolchain_config_lib.bzl",
          "feature",
          "flag_group",
          "flag_set",
          "tool_path",
      )
    
      all_link_actions = [ # NEW
          ACTION_NAMES.cpp_link_executable,
          ACTION_NAMES.cpp_link_dynamic_library,
          ACTION_NAMES.cpp_link_nodeps_dynamic_library,
      ]
    
      def _impl(ctx):
          tool_paths = [
              tool_path(
                  name = "gcc",
                  path = "/usr/bin/clang",
              ),
              tool_path(
                  name = "ld",
                  path = "/usr/bin/ld",
              ),
              tool_path(
                  name = "ar",
                  path = "/bin/false",
              ),
              tool_path(
                  name = "cpp",
                  path = "/bin/false",
              ),
              tool_path(
                  name = "gcov",
                  path = "/bin/false",
              ),
              tool_path(
                  name = "nm",
                  path = "/bin/false",
              ),
              tool_path(
                  name = "objdump",
                  path = "/bin/false",
              ),
              tool_path(
                  name = "strip",
                  path = "/bin/false",
              ),
          ]
    
          features = [ # NEW
              feature(
                  name = "default_linker_flags",
                  enabled = True,
                  flag_sets = [
                      flag_set(
                          actions = all_link_actions,
                          flag_groups = ([
                              flag_group(
                                  flags = [
                                      "-lstdc++",
                                  ],
                              ),
                          ]),
                      ),
                  ],
              ),
          ]
    
          return cc_common.create_cc_toolchain_config_info(
              ctx = ctx,
              features = features, # NEW
              cxx_builtin_include_directories = [
                  "/usr/lib/llvm-9/lib/clang/9.0.1/include",
                  "/usr/include",
              ],
              toolchain_identifier = "local",
              host_system_name = "local",
              target_system_name = "local",
              target_cpu = "k8",
              target_libc = "unknown",
              compiler = "clang",
              abi_version = "unknown",
              abi_libc_version = "unknown",
              tool_paths = tool_paths,
          )
    
      cc_toolchain_config = rule(
          implementation = _impl,
          attrs = {},
          provides = [CcToolchainConfigInfo],
      )
    
  10. 如果您运行 bazel build --config=clang_config //main:hello-world,它应该最终会进行构建。

检查您的作业

在本教程中,您学习了如何配置基本的 C++ 工具链,但工具链比这个简单示例更强大。

要点总结如下: - 您需要在命令行中指定一个应指向 cc_toolchain_suite--crosstool_top 标志 - 您可以使用 .bazelrc 文件为特定配置创建快捷方式 - cc_toolchain_suite 可能会针对不同的 CPU 和编译器列出 cc_toolchains。您可以使用 --cpu 等命令行标志来区分。- 您必须告知工具链工具所在的位置。本教程提供了一个简化版本,您可以从系统访问这些工具。如果您有兴趣了解更独立的方法,可以点击此处了解工作区。您的工具可能来自其他工作区,并且您必须使其文件可供 cc_toolchain 使用,并且具有属性的目标依赖项(例如 compiler_files)。您还需要更改 tool_paths。- 您可以创建功能来自定义应将哪些标志传递给不同的操作(无论是链接还是任何其他类型的操作)。

深入阅读

如需了解详情,请参阅 C++ 工具链配置