如何避免CMake使用过时的Fortran模块

在中等规模Fortran项目中使用CMake构建时，重构模块（如将模块文件从一个库移动到另一个库）后，即使执行make -C build clean all全量重建，依然会出现编译结果不符合预期的情况——程序会加载旧的模块文件而非新的。

复现示例 #

项目初始目录结构：

├── build
├── CMakeLists.txt
├── liba
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── first.f90
│   └── second.f90
├── libb
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── third.f90
└── main.f90

核心文件内容：

• main.f90：

program test
  use first, only: x
  use second, only: y
  use third, only: z
  implicit none
  print *, x, y, z
end program

• 根CMakeLists.txt：

project(test)
enable_language(Fortran)

add_subdirectory(liba)
add_subdirectory(libb)

add_executable(main main.f90)
target_link_libraries(main a b)

• 库的CMakeLists.txt：

# liba/CMakeLists.txt
add_library(a
    first.f90
    second.f90
)
target_include_directories(a PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})

# libb/CMakeLists.txt
add_library(b
    third.f90
)
target_include_directories(b PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})

• 模块文件（每个导出一个参数）：

! first.f90
module first
  integer, parameter :: x = 1
end module first

! second.f90
module second
  integer, parameter :: y = 2
end module second

! third.f90
module third
  integer, parameter :: z = 3
end module third

问题触发步骤：

1. 初始构建运行，输出1 2 3符合预期。
2. 将second.f90移至libb，并修改y = 42。
3. 执行make -C build clean all后重建，程序仍输出1 2 3，而非预期的1 42 3。

问题原因 #

每个库都将自身的二进制根目录（CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR）设为公开的include目录，当模块从liba移到libb后：

• liba的构建目标不再生成second.mod，但之前构建生成的旧second.mod仍残留在liba的二进制目录中。
• 编译main时，CMake的include路径会包含liba和libb的二进制目录，若liba的路径优先级更高，编译器会优先加载旧的second.mod，导致结果不符合预期。
• make clean仅清理当前构建目标的产物，不会删除其他库目录中遗留的旧模块文件。

解决方案 #

1. 为每个库设置独立的模块输出目录

通过set_target_properties为每个库指定专属的模块输出目录，避免模块文件混放，同时确保include路径仅指向自身的模块目录：

修改liba/CMakeLists.txt：

add_library(a first.f90)
# 为库a指定独立的模块输出目录
set_target_properties(a PROPERTIES Fortran_MODULE_DIRECTORY "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/modules")
# 公开该模块目录而非二进制根目录
target_include_directories(a PUBLIC "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/modules")

修改libb/CMakeLists.txt（移动second.f90后）：

add_library(b third.f90 second.f90)
set_target_properties(b PROPERTIES Fortran_MODULE_DIRECTORY "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/modules")
target_include_directories(b PUBLIC "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/modules")

2. 全局统一模块目录并按库划分（可选）

在根CMakeLists.txt中设置全局模块目录，同时为每个库指定子目录，确保不同库的模块文件隔离：

project(test)
enable_language(Fortran)

# 设置全局模块根目录
set(CMAKE_Fortran_MODULE_DIRECTORY "${CMAKE_BINARY_DIR}/modules")

add_subdirectory(liba)
add_subdirectory(libb)

add_executable(main main.f90)
target_link_libraries(main a b)

然后在每个库的CMakeLists.txt中指定子目录：

# liba/CMakeLists.txt
add_library(a first.f90)
set_target_properties(a PROPERTIES Fortran_MODULE_DIRECTORY "${CMAKE_Fortran_MODULE_DIRECTORY}/a")
target_include_directories(a PUBLIC "${CMAKE_Fortran_MODULE_DIRECTORY}/a")

这样所有模块文件都会被整理到build/modules/<库名>目录下，旧模块会随着对应库的清理被移除，且路径不会冲突。

3. 清理时删除所有模块目录（临时 workaround）

若临时需要解决现有构建目录的问题，可手动删除所有模块文件目录，或在CMake中添加自定义清理目标：

add_custom_target(clean-modules
  COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -E remove_directory "${CMAKE_BINARY_DIR}/modules"
  COMMENT "Cleaning all Fortran module files"
)

执行make clean-modules all即可彻底清理旧模块并重建。

关键原理 #

Fortran的.mod文件是编译时生成的接口文件，CMake默认将其输出到目标的二进制目录。通过为每个目标指定独立的模块目录，可从根本上避免不同库的模块文件冲突，同时确保当模块移动后，旧的模块文件不会被其他目标的include路径加载。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者uranix