Ninja 是一种专注于速度和效率的构建工具，最初由 Google 的工程师 Evan Martin 开发，主要目的是作为一个比传统构建工具（如 Make）更快的替代品。Ninja 本身并不提供高级的构建规则和语法，而是依赖于其他工具生成其构建文件（通常是 .ninja 文件），然后使用 Ninja 工具执行实际的构建任务。Ninja 在构建系统中常与 CMake 一起使用，CMake 会生成 Ninja 的构建文件并将其传递给 Ninja 执行，从而加速构建过程。
本文将介绍 Ninja 构建工具的背景、特点、工作原理及其使用方法。
1. Ninja 的背景
Ninja 的开发始于 2009 年，作为 Google 内部使用的构建工具，用于加速 Android 和 Chromium 项目的构建过程。Ninja 通过将构建任务划分为更小的单元并尽量减少不必要的操作，显著提升了构建速度。它特别适用于大规模项目和多核处理器，能够高效地管理并行化构建任务。
相比于传统的 Make 工具，Ninja 具有以下显著特点：
- 极快的构建速度：Ninja 将构建过程拆分为细小的操作，并且通过智能的增量构建减少无用的操作，从而显著加速构建速度。
- 并行构建：Ninja 能够充分利用多核处理器，通过并行化构建任务来提高构建效率。
- 简洁的构建规则：Ninja 只关注构建的执行部分，规则非常简洁，没有复杂的语法和依赖描述，依赖生成规则（如 CMake）来提供构建描述。
2. Ninja 的工作原理
Ninja 的工作方式可以分为三个主要步骤：
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生成构建描述文件： Ninja 本身并不直接指定构建任务的规则。相反，构建描述文件（
.ninja文件）是由其他工具（如 CMake）生成的。这个文件包含了构建的所有规则和依赖关系。构建描述文件是 Ninja 执行构建时的核心，它提供了任务之间的依赖信息、构建命令以及如何执行任务。 -
执行构建操作： Ninja 解析
.ninja构建描述文件并执行其中定义的任务。Ninja 的任务粒度非常细小，每个任务通常对应一个操作，比如编译一个源文件、链接一个对象文件等。Ninja 会根据这些任务的依赖关系，安排合适的顺序执行。 -
增量构建： Ninja 支持增量构建（incremental build）。也就是说，当某个文件发生变化时，Ninja 会仅重建那些受到影响的部分，而不是重新构建整个项目。Ninja 会通过检查文件的时间戳来判断哪些文件需要重建，从而减少不必要的构建操作，提高构建效率。
3. Ninja 与 Make 的比较
Ninja 和 Make 都是构建工具，它们有一些相似之处，但在实现和效率上有很大的区别。以下是两者的一些对比：
| 特性 | Ninja | Make |
|---|---|---|
| 构建速度 | 极快，特别适合大规模项目和并行化构建 | 比 Ninja 慢，尤其是在复杂项目中 |
| 构建规则 | 简单的构建描述，依赖其他工具生成 | 支持复杂的构建规则和自定义规则 |
| 并行化构建 | 自动并行化，基于 CPU 核心数 | 需要手动配置并行化 |
| 增量构建 | 高效的增量构建，只构建有变化的部分 | 增量构建性能较差，有时需要手动清理依赖 |
| 可扩展性 | 专注于速度，规则和扩展依赖外部工具 | 灵活性高，可通过 Makefile 自定义 |
从表格中可以看出，Ninja 的构建速度和增量构建能力在大多数情况下都要优于 Make，特别是在处理复杂的项目时。
4. 使用 Ninja 构建
4.1 安装 Ninja
在大多数 Linux 发行版中，Ninja 都可以通过包管理工具安装。例如：
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Ubuntu 或 Debian:
sudo apt-get install ninja-build -
CentOS:
sudo yum install ninja-build -
macOS (使用 Homebrew):
brew install ninja
4.2 使用 CMake 生成 Ninja 构建文件
Ninja 本身不生成构建文件，而是依赖于像 CMake 这样的构建生成器来创建 .ninja 构建文件。使用 CMake 时，可以指定 Ninja 作为构建工具，如下所示：
cmake -G Ninja /path/to/your/source
这个命令会生成一个 build.ninja 文件，并将其用于后续的构建操作。-G Ninja 告诉 CMake 使用 Ninja 作为构建工具生成构建文件。
4.3 执行 Ninja 构建
一旦生成了 .ninja 构建文件，可以使用以下命令来执行构建：
ninja
Ninja 会根据 build.ninja 文件中的规则执行构建操作，完成后生成目标文件或应用程序。
4.4 使用 Ninja 进行增量构建
Ninja 的增量构建功能非常强大。当你修改某个源文件时，Ninja 会自动只重新构建受到影响的文件。例如：
ninja my_target
这个命令只会重建与 my_target 相关的文件，而不必重新构建整个项目。Ninja 会根据文件的时间戳来判断哪些文件已发生变化。
4.5 清理构建产物
虽然 Ninja 本身没有类似于 make clean 的命令，但可以使用以下命令删除构建产物：
ninja -t clean
这个命令会删除所有构建的目标文件，但不会删除源代码和其他非构建文件。
5. Ninja 的高级特性
Ninja 提供了一些高级功能，可以帮助开发者更高效地管理构建过程：
5.1 并行构建
Ninja 会自动检测系统的 CPU 核心数并进行并行构建，默认情况下，它会最大化利用可用的 CPU 核心。例如，Ninja 会并行执行多个任务，从而加速构建过程。
可以通过 -j 参数手动指定并行任务的数量：
ninja -j 8
这个命令会并行执行最多 8 个任务。
5.2 自定义构建规则
尽管 Ninja 本身只关注执行部分的构建任务，但它也允许通过 build 语句来定义自定义的构建规则。比如：
build my_target: cc my_source.c
这个规则会指定如何将 my_source.c 编译为 my_target。
5.3 持久化构建
Ninja 还支持持久化构建信息，可以通过 ninja -t compdb 命令生成一个完整的构建命令数据库，该数据库可以用于其他工具（如 Clang 等）来获取构建命令和参数。
ninja -t compdb cxx > compile_commands.json
这个命令会生成一个 compile_commands.json 文件，包含了所有编译命令的信息，便于工具链集成。
6. 总结
Ninja 是一个高效、快速的构建工具，特别适用于大规模项目和需要高度并行化的构建任务。它通过简单的构建描述文件和高效的增量构建机制，显著提高了构建速度，尤其在处理复杂的、依赖关系密集的项目时，具有明显的优势。尽管 Ninja 本身并不提供构建规则的编写能力，但它与 CMake 等工具的配合使用，使得它成为现代软件开发中不可或缺的构建工具之一。
如果需要处理一个庞大的项目，尤其是涉及多核 CPU 的情况下，使用 Ninja 作为构建工具能够显著提升构建效率，并帮助我们更快地迭代开发。
