交叉编译（Cross-Compilation）是指在一个操作系统平台上（称为“主机”，Host），编译生成能在另一个不同的操作系统或处理器架构平台上（称为“目标”，Target）运行的程序的过程。
- 普通编译：在X86的Windows电脑上，编译一个能在X86的Windows电脑上运行的程序。
- 交叉编译：在X86的Mac电脑上，编译一个能在ARM架构的树莓派（Raspberry Pi）上运行的程序。
一个生动的比喻
想象一下你要为一场在法国（目标平台）举行的聚会做蛋糕。
- 普通编译：你就在法国的厨房里，使用法国的工具和当地的电力，现场把蛋糕做好。
- 交叉编译：你在中国的厨房里（主机平台），使用中国的工具和电力，把蛋糕做好、包装好，然后通过快递运到法国，直接就可以吃了。
在这个比喻中：
- 中国厨房 = 主机平台 (Host， 你正在使用的强大的电脑，如 Intel Mac 或 Windows PC)
- 法国厨房 = 目标平台 (Target， 你希望程序运行的设备，如树莓派、安卓手机、路由器)
- 蛋糕 = 可执行程序
- 中国的厨具和原料 = 交叉编译工具链 (Cross-Compilation Toolchain)
- 快递 = 将程序上传/下载到目标设备
为什么需要交叉编译？
主要原因有以下几点：
- 目标平台性能弱或资源有限（最主要原因）
- 你想为树莓派、智能手表、路由器或无人机飞控编译一个复杂的程序。这些设备的CPU很慢，内存很小，根本没有能力运行庞大的编译器和其他开发工具。直接在它们上面编译可能会花费数小时甚至几天。
- 解决方案：在性能强大的x86电脑上（主机）快速完成编译，然后把编译好的二进制文件拷贝到小型设备（目标）上运行。几分钟 vs 几小时。
- 目标平台无法运行编译器
- 例如，你要为一台没有操作系统的“裸机”微控制器（MCU）编程，或者为目标平台编译它自己的操作系统内核。这个平台本身连运行编译器的环境都没有。
- 需要统一的构建环境
- 在软件开发中，为了确保所有构建产物的一致性，通常会在一个统一的、可控的服务器环境（比如Linux x86_64服务器）上为所有目标平台（如Windows, macOS, Android等）进行编译，而不是分别在每种平台上进行编译。
- 模拟特定环境
- 有时可能需要为不同版本的库或系统进行编译，以避免主机平台上的版本污染。
交叉编译的核心：工具链 (Toolchain)
进行交叉编译，你需要的不是普通的编译器（如gcc或clang），而是一个专门的交叉编译工具链。
一个典型的工具链包含：
- 交叉编译器 (Cross-Compiler)：例如
arm-linux-gnueabihf-gcc。它的名字就说明了它的目标：在x86主机上，编译出在ARM架构、Linux系统上运行的程序。 - 交叉链接器 (Cross-Linker)
- 其他工具 (Cross-Binutils)：如
objcopy,strip等。
这些工具被专门配置为使用目标平台的系统库和头文件，而不是主机平台的。
实际例子
- 嵌入式开发：
- 主机：Windows 10 PC
- 目标：STM32单片机（基于ARM Cortex-M内核）
- 过程：在Windows上使用ARM-GCC工具链编写代码并编译，生成一个
.bin或.hex文件，最后通过USB线将这个文件烧录到单片机中。
- 为树莓派编译程序：
- 主机：Ubuntu笔记本电脑
- 目标：树莓派4B（ARM架构，运行Linux）
- 过程：在Ubuntu上安装
gcc-arm-linux-gnueabihf工具链，使用它编译程序，生成的可执行文件通过SCP拷贝到树莓派上就能直接运行。
- Android App开发：
- 主机：macOS电脑
- 目标：Android手机（ARM架构）
- 过程：Android SDK中的NDK（Native Development Kit）就是一个巨大的交叉编译工具链。它允许你在macOS或Windows上编译C++代码，生成在Android手机上运行的本地库（
.so文件）。
- 操作系统开发：
- 编译Linux内核或Windows本身时，其实也是在用一种平台为另一种平台进行交叉编译。
如何实现交叉编译？（以CMake为例）
CMake使得交叉编译相对简单。你需要准备一个工具链文件 (Toolchain File)，并在配置时指定它。
一个简单的工具链文件 toolchain-arm.cmake 可能长这样：
# 指定目标系统类型
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)
# 指定交叉编译器的路径和前缀
set(CMAKE_C_COMPILER /path/to/arm-linux-gnueabihf-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER /path/to/arm-linux-gnueabihf-g++)
# 指定目标环境的根目录（sysroot），里面包含目标平台的头文件和库
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH /path/to/sysroot)
# 告诉CMake只在sysroot中查找库和头文件，而不是主机目录
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY)
然后使用以下命令配置项目：
cmake -B build -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=./toolchain-arm.cmake
cmake --build build
这样，build 目录下生成的所有二进制文件就都是ARM架构的了。