CMakeLists.txtとは？C/C++プロジェクトのビルドを自動化する設定ファイル完全ガイド

「C++のプロジェクトが大きくなって、コンパイルが面倒…」
「WindowsでもLinuxでもMacでも動くプログラムを作りたいけど、どうすれば？」

C/C++でプログラミングをしていると、必ず出てくるのがビルド（コンパイル）の管理という課題です。

その解決策として広く使われているのがCMake（シーメイク）というツールと、その設定ファイルであるCMakeLists.txtです。

この記事では、CMakeLists.txtとは何か、どう書けばいいのか、そして実際のプロジェクトでどう使うのかを、初心者の方にも分かりやすく解説します。

難しいビルドシステムの話を、実例を交えながら説明していきますね。

C/C++開発を効率化したい方は、ぜひ最後までお読みください！

CMakeとは？基本を理解しよう

CMakeLists.txtを理解する前に、まずCMakeについて知る必要があります。

CMakeの定義

CMake（シーメイク）とは、C/C++プロジェクトのビルドプロセスを管理するためのツールです。

正式名称：

• Cross-platform Make（クロスプラットフォーム メイク）
• 「クロスプラットフォーム」= どんなOSでも動く

開発：

• Kitware社が開発
• オープンソース
• 2000年から開発開始

なぜCMakeが必要なのか？

C/C++のプログラムは、ソースコードをコンパイルして実行ファイルにする必要があります。

小さなプログラムなら：

g++ main.cpp -o program

これだけで済みます。

でも、大きなプロジェクトになると：

• ファイルが数十個、数百個
• ライブラリの依存関係
• コンパイルオプションが複雑
• 複数のOS（Windows、Linux、Mac）に対応

手動では無理！

ここでCMakeの出番です。

CMakeが解決する問題

問題1：プラットフォームの違い

• Windows：Visual Studio、MSVC
• Linux：Makefile、GCC
• Mac：Xcode、Clang

CMakeの解決策：
一つのCMakeLists.txtから、各プラットフォーム用のビルドファイルを自動生成！

問題2：複雑な依存関係

• main.cppがutil.hを使う
• util.cppがmath_lib.aを使う
• どの順番でコンパイル？

CMakeの解決策：
依存関係を自動で解決！

問題3：ライブラリの管理

• OpenCVを使いたい
• Boostを使いたい
• どこにインストールされている？

CMakeの解決策：
自動でライブラリを探して設定！

CMakeLists.txtとは？

いよいよ本題です。

CMakeLists.txtの定義

CMakeLists.txtとは、CMakeに対して「どうビルドするか」を指示する設定ファイルです。

ファイル名：

• 必ず「CMakeLists.txt」（大文字小文字を区別）
• プロジェクトのルートディレクトリに置く

役割：

• プロジェクトの構造を定義
• コンパイルオプションを指定
• ライブラリの依存関係を記述
• ビルドターゲットを定義

Makefileとの違い

よく比較されるのがMakefileです。

Makefile：

• 直接ビルドコマンドを実行
• プラットフォーム依存
• Linuxでは便利、Windowsでは使いづらい

CMakeLists.txt：

• ビルドファイル（Makefileなど）を生成する
• プラットフォーム非依存
• どのOSでも使える

つまり：
CMakeは「Makefileを作るツール」なんです。

基本的なワークフロー

CMakeLists.txt を書く
    ↓
cmake コマンドを実行
    ↓
Makefile（またはVisual Studioプロジェクト）が生成される
    ↓
make コマンド（またはビルドボタン）でコンパイル
    ↓
実行ファイルが完成

最もシンプルなCMakeLists.txt

実際のコード例を見ていきましょう。

Hello World プログラム

ソースコード（main.cpp）：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, CMake!" << std::endl;
    return 0;
}

CMakeLists.txt：

# 最小限のCMakeバージョンを指定
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

# プロジェクト名を定義
project(HelloWorld)

# 実行ファイルを作成
add_executable(hello main.cpp)

これだけです！

ビルド方法

ステップ1：ビルドディレクトリを作成

mkdir build
cd build

ステップ2：CMakeを実行

cmake ..

ステップ3：ビルド

make

ステップ4：実行

./hello

出力：

Hello, CMake!

各行の意味

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

• 必要なCMakeのバージョンを指定
• 古いCMakeでは動かないことを防ぐ

project(HelloWorld)

• プロジェクトの名前を設定
• この名前は後で使える

add_executable(hello main.cpp)

• 実行ファイル「hello」を作成
• ソースファイルは「main.cpp」

よく使うCMakeコマンド

CMakeLists.txtで頻繁に使うコマンドを紹介します。

プロジェクト設定

cmake_minimum_required()

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)

必須コマンド。最小バージョンを指定します。

project()

project(MyProject VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)

プロジェクト名、バージョン、使用言語を指定します。

ターゲット追加

add_executable()

add_executable(my_program main.cpp utils.cpp)

実行ファイルを作成します。

add_library()

# 静的ライブラリ
add_library(mylib STATIC lib.cpp)

# 共有ライブラリ
add_library(mylib SHARED lib.cpp)

ライブラリを作成します。

ファイル収集

file(GLOB …)

file(GLOB SOURCES "src/*.cpp")
add_executable(my_program ${SOURCES})

複数のファイルを自動で収集します。

ただし注意：
GLOBは推奨されません（ファイルを追加してもCMakeが気づかない）。明示的にファイルを列挙する方が良いです。

ディレクトリ指定

include_directories()

include_directories(include)

ヘッダーファイルの検索パスを追加します。

target_include_directories()（推奨）

target_include_directories(my_program PUBLIC include)

特定のターゲットに対してのみ、インクルードパスを設定します。

ライブラリのリンク

target_link_libraries()

target_link_libraries(my_program pthread)

ライブラリをリンクします。

C++標準の指定

set(CMAKE_CXX_STANDARD …)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED True)

C++17を使用することを指定します。

コンパイルオプション

target_compile_options()

target_compile_options(my_program PRIVATE -Wall -Wextra)

コンパイラの警告オプションなどを追加します。

実践的なCMakeLists.txt

実際のプロジェクトで使える例を見てみましょう。

例1：複数ファイルのプロジェクト

ディレクトリ構造：

MyProject/
├── CMakeLists.txt
├── main.cpp
├── utils.cpp
└── utils.h

CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)
project(MyProject VERSION 1.0)

# C++17を使用
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED True)

# 実行ファイルを作成
add_executable(my_program 
    main.cpp
    utils.cpp
)

# 警告オプションを追加
target_compile_options(my_program PRIVATE
    -Wall
    -Wextra
    -pedantic
)

例2：ライブラリを含むプロジェクト

ディレクトリ構造：

MyProject/
├── CMakeLists.txt
├── app/
│   ├── main.cpp
│   └── CMakeLists.txt
└── lib/
    ├── mylib.cpp
    ├── mylib.h
    └── CMakeLists.txt

ルートのCMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)
project(MyProject VERSION 1.0)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

# サブディレクトリを追加
add_subdirectory(lib)
add_subdirectory(app)

lib/CMakeLists.txt：

# ライブラリを作成
add_library(mylib STATIC
    mylib.cpp
)

# インクルードディレクトリを公開
target_include_directories(mylib PUBLIC
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
)

app/CMakeLists.txt：

# 実行ファイルを作成
add_executable(my_program
    main.cpp
)

# ライブラリをリンク
target_link_libraries(my_program PRIVATE mylib)

例3：外部ライブラリの使用

CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)
project(ImageProcessor)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

# OpenCVを探す
find_package(OpenCV REQUIRED)

# 実行ファイルを作成
add_executable(image_app main.cpp)

# OpenCVのインクルードディレクトリを追加
target_include_directories(image_app PRIVATE ${OpenCV_INCLUDE_DIRS})

# OpenCVライブラリをリンク
target_link_libraries(image_app PRIVATE ${OpenCV_LIBS})

変数とオプション

CMakeLists.txtでは、変数やオプションを使えます。

変数の定義

set()

set(MY_SOURCES main.cpp utils.cpp)
set(MY_HEADERS utils.h)

add_executable(my_program ${MY_SOURCES})

よく使う変数

プロジェクト情報：

${PROJECT_NAME}           # プロジェクト名
${PROJECT_VERSION}        # バージョン
${CMAKE_PROJECT_NAME}     # トップレベルプロジェクト名

ディレクトリ：

${CMAKE_SOURCE_DIR}       # トップレベルのソースディレクトリ
${CMAKE_BINARY_DIR}       # トップレベルのビルドディレクトリ
${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}  # 現在のソースディレクトリ
${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}  # 現在のビルドディレクトリ

コンパイラ：

${CMAKE_CXX_COMPILER}     # C++コンパイラのパス
${CMAKE_CXX_FLAGS}        # C++コンパイルフラグ

オプションの定義

option()

option(BUILD_TESTS "Build test programs" ON)

if(BUILD_TESTS)
    add_subdirectory(tests)
endif()

使い方：

cmake .. -DBUILD_TESTS=OFF

メッセージ出力

message()

message(STATUS "Building project: ${PROJECT_NAME}")
message(WARNING "This is a warning")
message(FATAL_ERROR "This stops CMake")

条件分岐とループ

CMakeLists.txtは、プログラミング言語のように条件分岐やループが使えます。

if文

if(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Debug")
    message(STATUS "Debug build")
    add_definitions(-DDEBUG)
elseif(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Release")
    message(STATUS "Release build")
    add_definitions(-DNDEBUG)
else()
    message(STATUS "Unknown build type")
endif()

プラットフォーム判定

if(WIN32)
    message(STATUS "Building for Windows")
    add_definitions(-DWINDOWS)
elseif(UNIX)
    message(STATUS "Building for Unix-like system")
    if(APPLE)
        message(STATUS "Building for macOS")
    else()
        message(STATUS "Building for Linux")
    endif()
endif()

foreach ループ

set(MY_FILES file1.cpp file2.cpp file3.cpp)

foreach(FILE ${MY_FILES})
    message(STATUS "Processing ${FILE}")
endforeach()

ビルドタイプの設定

DebugビルドとReleaseビルドを使い分けられます。

ビルドタイプの指定

# デフォルトのビルドタイプを設定
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
    set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)
endif()

message(STATUS "Build type: ${CMAKE_BUILD_TYPE}")

コマンドラインで指定：

cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release

ビルドタイプごとの設定

# Debugビルドの設定
set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "-g -O0")

# Releaseビルドの設定
set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "-O3 -DNDEBUG")

よくあるエラーと解決方法

実際に使っていると、エラーに遭遇することがあります。

エラー1：「CMake Error: The source directory does not exist」

原因：
CMakeのパスが間違っている

解決策：

# 正しい例
cd build
cmake ..

# 間違った例
cmake .  # これはダメ

エラー2：「Could not find a package configuration file」

エラーメッセージ例：

Could not find a package configuration file provided by "OpenCV"

原因：
外部ライブラリがインストールされていない、またはCMakeが見つけられない

解決策：

ライブラリをインストール：

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install libopencv-dev

# macOS
brew install opencv

パスを指定：

cmake .. -DOpenCV_DIR=/path/to/opencv

エラー3：「No CMAKE_CXX_COMPILER could be found」

原因：
C++コンパイラがインストールされていない

解決策：

Linux：

sudo apt-get install build-essential

macOS：

xcode-select --install

Windows：

• Visual Studioをインストール
• または MinGW-w64

エラー4：ヘッダーファイルが見つからない

エラー：

fatal error: myheader.h: No such file or directory

原因：
インクルードパスが設定されていない

解決策：

target_include_directories(my_program PRIVATE
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
)

エラー5：未定義参照エラー

エラー：

undefined reference to `my_function'

原因：
ライブラリがリンクされていない

解決策：

target_link_libraries(my_program PRIVATE mylib pthread)

CMakeのベストプラクティス

効果的なCMakeLists.txtを書くためのコツです。

1. ソース外ビルドを使う

悪い例：

cmake .
make

良い例：

mkdir build
cd build
cmake ..
make

ソースディレクトリを汚さないようにしましょう。

2. target_xxx を使う

古い書き方（非推奨）：

include_directories(include)
link_libraries(pthread)

新しい書き方（推奨）：

target_include_directories(my_program PRIVATE include)
target_link_libraries(my_program PRIVATE pthread)

ターゲットごとに設定する方が明確です。

3. PUBLICとPRIVATEを使い分ける

# PRIVATE: このターゲットだけが使う
target_include_directories(mylib PRIVATE src)

# PUBLIC: このターゲットと、これを使うターゲットも使う
target_include_directories(mylib PUBLIC include)

# INTERFACE: このターゲットは使わないが、これを使うターゲットが使う
target_include_directories(mylib INTERFACE interface)

4. モダンCMake（3.0以降）を使う

古いスタイル：

include_directories(${OpenCV_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(my_program ${OpenCV_LIBS})

モダンスタイル：

find_package(OpenCV REQUIRED)
target_link_libraries(my_program PRIVATE OpenCV::OpenCV)

5. ファイルリストは明示的に

避けるべき：

file(GLOB SOURCES "*.cpp")

推奨：

set(SOURCES
    main.cpp
    utils.cpp
    helper.cpp
)

実際のプロジェクト例

総合的な例を見てみましょう。

プロジェクト構造

MyProject/
├── CMakeLists.txt
├── include/
│   └── myproject/
│       └── utils.h
├── src/
│   ├── main.cpp
│   └── utils.cpp
├── tests/
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── test_utils.cpp
└── external/
    └── CMakeLists.txt

ルートのCMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)

project(MyProject 
    VERSION 1.0.0
    DESCRIPTION "A sample CMake project"
    LANGUAGES CXX
)

# C++17を使用
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)

# ビルドタイプのデフォルト
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
    set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)
endif()

# オプション
option(BUILD_TESTS "Build test programs" ON)
option(BUILD_SHARED_LIBS "Build shared libraries" OFF)

# ソースファイル
set(SOURCES
    src/main.cpp
    src/utils.cpp
)

# 実行ファイル
add_executable(${PROJECT_NAME} ${SOURCES})

# インクルードディレクトリ
target_include_directories(${PROJECT_NAME}
    PRIVATE
        ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
)

# コンパイルオプション
target_compile_options(${PROJECT_NAME}
    PRIVATE
        $<$<CXX_COMPILER_ID:GNU,Clang>:-Wall -Wextra -Wpedantic>
        $<$<CXX_COMPILER_ID:MSVC>:/W4>
)

# 外部ライブラリ
add_subdirectory(external)

# テスト
if(BUILD_TESTS)
    enable_testing()
    add_subdirectory(tests)
endif()

# インストール設定
install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
    RUNTIME DESTINATION bin
)

よくある質問と回答

Q. CMakeとMakeの違いは？

Makeは直接ビルドツール、CMakeはビルドファイル生成ツールです。

Make：

• Makefileを読んで直接コンパイル
• プラットフォーム依存

CMake：

• CMakeLists.txtから Makefile（など）を生成
• プラットフォーム非依存

Q. CMakeLists.txtはどこに置けばいい？

プロジェクトのルートディレクトリに置きます。

サブディレクトリにも置けます（add_subdirectoryで追加）。

Q. Windowsでも使えますか？

はい、使えます！

CMakeはWindowsでも動作し、Visual Studioのプロジェクトファイルを生成できます。

cmake .. -G "Visual Studio 17 2022"

Q. CMakeのバージョンはどれを使えばいい？

3.15以降を推奨します。

理由：

• モダンCMakeの機能が使える
• 多くのライブラリが対応している
• セキュリティアップデートもある

Q. find_packageが失敗します

ライブラリが見つからない場合の対処法：

1. ライブラリをインストール

2. CMakeにパスを教える

cmake .. -DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/library

3. 環境変数を設定

export CMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/library

Q. ビルドディレクトリを削除してもいい？

はい、いつでも削除できます。

rm -rf build
mkdir build
cd build
cmake ..

ソースコードは影響を受けません。

Q. CMakeとCMakeLists.txtのバージョンは合わせる必要がある？

CMakeLists.txtで指定するのは「最小バージョン」です。

cmake_minimum_required(VERSION 3.15)

CMake 3.15以降なら動作します。より新しいバージョンでも問題ありません。

まとめ：CMakeLists.txtでビルドを自動化

CMakeLists.txtについて、基本から実用まで解説してきました。

この記事のポイント：

✓ CMakeLists.txtはCMakeの設定ファイル

✓ プラットフォーム非依存のビルドシステム

✓ 最小構成はcmake_minimum_required、project、add_executable

✓ target_xxxコマンドで明示的に設定するのが推奨

✓ 外部ライブラリはfind_packageで探す

✓ ソース外ビルド（buildディレクトリ）を使う

✓ 条件分岐やループも使える柔軟な設定が可能

最も大切なこと：

CMakeLists.txtは、クロスプラットフォーム開発には欠かせないツールです。

最初は複雑に見えますが、基本を押さえれば強力な味方になります。

今日から実践すること：

1. 簡単なHello WorldプロジェクトでCMakeを試す
2. 既存のプロジェクトにCMakeLists.txtを追加してみる
3. 外部ライブラリを使うプロジェクトに挑戦
4. GitHubの有名プロジェクトのCMakeLists.txtを読んでみる

C/C++開発が、CMakeLists.txtでもっと効率的になりますよ！