Dev Blog

GCC, CMake, Ninja і CLion ​

Інструменти: GCC, CMake, Ninja і CLion ​

Модуль 2 курсу присвячено високопродуктивним обчисленням мовою C++. У темах 1–7 паралельні програми писалися мовою C#, де середовище виконання .NET саме керує пам’яттю, пулом потоків і JIT-компіляцією. Програма мовою C++ компілюється безпосередньо в машинний код: немає збирача сміття і JIT-прогрівання, компілятор може застосувати векторизацію під конкретний процесор, а програміст повністю керує розміщенням даних. Саме тому C++ разом із C і Fortran – основна мова бібліотек OpenMP, CUDA і MPI (теми 10–12).

Практичні роботи виконуються в Ubuntu 26.04 LTS (у WSL2 або на вузлах кластера, тема 13) з такими інструментами (табл. 9.1):

  • GCC (GNU Compiler Collection, https://gcc.gnu.org/onlinedocs/) – компілятор g++;
  • CMake (https://cmake.org/cmake/help/latest/) – генератор систем збирання: за описом проєкту CMakeLists.txt створює файли для конкретного інструмента збирання;
  • Ninja (https://ninja-build.org/manual.html) – швидкий інструмент збирання, який виконує команди компіляції паралельно;
  • GDB – налагоджувач; TBB (Threading Building Blocks) – бібліотека паралелізму Intel/UXL, потрібна паралельним алгоритмам стандартної бібліотеки GCC.

Таблиця 9.1. Інструменти C++ курсу (станом на вересень 2026 року)

ІнструментUbuntu 26.04 LTS (пакет apt)Windows: CLion 2026.2 (вбудовано)
Компіляторg++ 15.2.0 (GCC 15)MinGW-w64 GCC 15.2.0
CMakecmake 4.2.3CMake 4.3.1
Ninjaninja-build 1.13.2Ninja 1.13.2
Налагоджувачgdb 17.1GDB 17.1
TBBlibtbb-dev 2022.3.0немає

В Ubuntu усе потрібне встановлюється однією командою:

bash
sudo apt update
sudo apt install -y build-essential cmake ninja-build gdb libtbb-dev
g++ --version && cmake --version && ninja --version

Стандарт мови. GCC 15 за замовчуванням компілює в режимі -std=gnu++17, тому стандарт потрібно задавати явно. Можливості C++20 і C++23, які використовуються в темі (std::print, std::jthread, std::move_only_function), GCC 15 підтримує, а з ключем -std=c++26 доступна частина можливостей C++26 (https://gcc.gnu.org/projects/cxx-status.html). У GCC 16 (травень 2026 року) стандартом за замовчуванням став C++20, а його підтримку в libstdc++ оголошено стабільною. В Ubuntu 26.04 GCC 16 доступний лише як попередня збірка g++-16, тому в курсі використовується GCC 15 і стандарт C++23. Усі приклади теми компілюються також з -std=c++26.

JetBrains CLion (https://www.jetbrains.com/clion/) – середовище розробки C++ від JetBrains, безплатне для некомерційного використання й навчання. Проєкти CLion – це проєкти CMake: середовище читає CMakeLists.txt, тому той самий проєкт збирається з командного рядка без змін. Компілятор, CMake і налагоджувач CLion бере з тулчейна (toolchain), який задають у File → Settings → Build, Execution, Deployment → Toolchains (рис. 9.1):

  • MinGW (bundled) – GCC для Windows, вбудований у CLion; зручний для першого знайомства;
  • WSL – компілятор і CMake з Ubuntu у WSL2 (https://www.jetbrains.com/help/clion/how-to-use-wsl-development-environment-in-product.html): CLion працює у Windows, а програма збирається й запускається в Linux. Цей тулчейн основний, бо ThreadSanitizer, perf і TBB доступні лише в Linux.

Знімок екрана

CLion: File → Settings → Build, Execution, Deployment → Toolchains; WSL toolchain Ubuntu-26.04 with detected CMake, C/C++ compilers, GDB

Рис. 9.1. Тулчейн WSL у CLion

Збирання проєкту: CMake і Ninja ​

Великий проєкт C++ складається з багатьох файлів .cpp, кожен компілюється окремо в об’єктний файл, а потім компонувальник (linker) об’єднує їх у виконуваний файл. Писати ці команди вручну незручно, тому збирання виконується у два етапи (рис. 9.2):

  1. конфігурування: cmake читає CMakeLists.txt, знаходить компілятор і бібліотеки й генерує файл build.ninja з правилами збирання;
  2. збирання: ninja порівнює час зміни файлів, перекомпільовує лише змінені й виконує незалежні команди компіляції паралельно (за замовчуванням – за кількістю процесорів).

Рис. 9.2. Процес збирання C++ проєкту

Файл CMakeLists.txt ​

Проєкт багатопотокової програми (його використовує приклад «Паралельна сума вектора»):

cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.30)
project(ParallelSum LANGUAGES CXX)

find_package(Threads REQUIRED)

add_executable(parallel_sum main.cpp)
target_compile_features(parallel_sum PRIVATE cxx_std_23)
target_compile_options(parallel_sum PRIVATE
    -Wall -Wextra "$<$<CONFIG:Release>:-O3;-march=native>")
target_link_libraries(parallel_sum PRIVATE Threads::Threads)

# std::print у MinGW (Windows) потребує додаткової бібліотеки.
if(MINGW)
    target_link_libraries(parallel_sum PRIVATE stdc++exp)
endif()
  • cmake_minimum_required – мінімальна версія CMake; ознака cxx_std_26 з’явилася у версії 3.30.
  • project – назва проєкту й мови.
  • find_package(Threads) – знаходить бібліотеку потоків платформи й створює імпортовану ціль Threads::Threads (https://cmake.org/cmake/help/latest/module/FindThreads.html); у Linux вона додає ключ -pthread.
  • add_executable – ціль (target): виконуваний файл і його вихідні файли.
  • target_compile_features(… cxx_std_23) – вимога до стандарту; CMake сам додасть -std=gnu++23.
  • target_compile_options – ключі компілятора. Генераторний вираз (generator expression) $<$<CONFIG:Release>:…> додає -O3 (найвищий рівень оптимізації) і -march=native (команди поточного процесора, зокрема AVX-512) лише для конфігурації Release. Програма з -march=native може не запуститися на старішому процесорі.
  • target_link_libraries – бібліотеки, з якими компонується ціль; умова if(MINGW) додає бібліотеку лише для компілятора MinGW.

Слово PRIVATE означає, що налаштування стосуються лише цієї цілі й не передаються цілям, які від неї залежать (PUBLIC – і їм також). Сучасний CMake описує все через цілі, а не через глобальні змінні CMAKE_CXX_FLAGS.

Пресети CMakePresets.json ​

Параметри конфігурування (генератор, тип збирання, каталог) зручно зберегти у файлі CMakePresets.json поруч із CMakeLists.txt (https://cmake.org/cmake/help/latest/manual/cmake-presets.7.html). Тоді всі члени команди, CLion і сервер неперервної інтеграції збирають проєкт однаково:

json
{
  "version": 6,
  "configurePresets": [
    {
      "name": "debug",
      "generator": "Ninja",
      "binaryDir": "${sourceDir}/build/debug",
      "cacheVariables": { "CMAKE_BUILD_TYPE": "Debug" }
    },
    {
      "name": "release",
      "inherits": "debug",
      "binaryDir": "${sourceDir}/build/release",
      "cacheVariables": { "CMAKE_BUILD_TYPE": "Release" }
    }
  ],
  "buildPresets": [
    { "name": "debug", "configurePreset": "debug" },
    { "name": "release", "configurePreset": "release" }
  ]
}

Версія схеми 6 підтримується CMake від 3.25, тобто і в Ubuntu, і в CLion. Пресет release успадковує генератор від debug і змінює лише тип збирання та каталог. Збирання з командного рядка (рис. 9.3):

bash
cmake --list-presets               # доступні пресети
cmake --preset release             # конфігурування: build/release
cmake --build --preset release     # збирання Ninja
./build/release/parallel_sum       # запуск

Без пресетів ті самі дії виконують cmake -S . -B build -G Ninja -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release і cmake --build build.

Знімок екрана

Ubuntu 26.04 terminal: cmake --preset release, then cmake --build --preset release; Ninja progress lines [1/4]…[4/4] and the final link line

Рис. 9.3. Збирання з командного рядка

Профілі CMake у CLion. CLion конфігурує проєкт автоматично. Кожен профіль CMake (CMake profile) має поля Name, Build type, Toolchain, Generator, CMake options і Build directory і задається в Settings → Build, Execution, Deployment → CMake (рис. 9.4). Кнопкою «+» додають профіль Release до стандартного Debug; поточний профіль обирають на панелі інструментів. Пресети з CMakePresets.json CLion показує як окремі профілі, які спочатку вимкнені: їх вмикають прапорцем Enable profile (https://www.jetbrains.com/help/clion/cmake-profile.html).

Знімок екрана

CLion: Settings → Build, Execution, Deployment → CMake; profiles Debug and Release, Toolchain WSL, Generator Ninja, CMake options field

Рис. 9.4. Профілі CMake Debug і Release з Ninja

Порада

У MinGW (Windows) функції std::print і std::println потребують додаткової бібліотеки stdc++exp, інакше компонувальник повідомляє про std::__open_terminal. У Linux вона не потрібна.