VSCODE如何調試RDKit內核

這篇文章主要介紹VSCODE如何調試RDKit內核，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

在研究 RDKit 的一些算法的時候，總希望能夠“進入到代碼中”看這些變量到底是什么，哪些代碼塊會被執行。可 RDKit 的編譯比較復雜，如果是 Python 的部分，那么可以直接在 VSCode 中進行調試，記得在 launch 中設置 “justMyCode: false"，詳見該問題。但如果想要調試 C++ 的部分，則就復雜很多，需要是用調試模式重新編譯 RDKit 的源碼。對于沒有用過VSCode 編譯 C++ 項目的小伙伴來說，這里有很多坑需要踩。

這個過程可以分為三個部分：安裝 RDKit 所需環境，安裝 VSCode 相應插件， 寫調試代碼編譯

安裝 RDKit 所需環境

源碼安裝 RDKit 一直是一件麻煩事，在過去我們不得不自己安裝所需依賴，包括 Numpy，Boost，CMake 好在現在有了 Anaconda，讓安裝依賴變得省心很多。不過 Anaconda 也是把雙刃劍，筆者遇到由于不同環境被 CMake 混亂使用導致一些潛在的問題，這個在最后提到。

我們可以參考 RDKit 官方文檔進行環境安裝 https://www.rdkit.org/docs/Install.html#how-to-build-from-source-with-conda

使用 MacOS 測試，而且已經安裝上了 Anaconda，于是想要創建一個新環境

conda create -n rdkit-dev
conda activate rdkit-dev
conda install numpy matplotlib
conda install cmake cairo pillow eigen pkg-config
conda install boost-cpp boost py-boost

的 Anazonda 裝在 /Users/zealseeker/opt/anaconda 中，所以該環境對應的是：

export PYROOT=/Users/zealseeker/opt/anaconda/env/rdkit-dev

另外注意到新建的環境用的是 python3.9，下面會用到。
然后下載源碼到一個目錄，筆者一般將所有用 git 下載的項目都放到 Documents/git 這個目錄下。

cd /Users/zealseeker/Documents/git
git clone https://github.com/rdkit/rdkit.git
cd rdkit

到這一步已經可以了，但為了確保 RDKit 的安裝一切會順利，不妨先嘗試編譯一把。下面寫 3.9 就是因為我們裝的是 Python 3.9。與官方介紹不同的是，由于我們只需要調試里面的源代碼，一些可有可無的功能就不需要激活了。按道理這這樣配置編譯會順利通過（如果不并行，可能會編譯一個小時…）

mkdir build
cd build
cmake -DPYTHON_INCLUDE_DIR=$PYROOT/include/python3.9  \
  -DRDK_BUILD_AVALON_SUPPORT=OFF \
  -DRDK_BUILD_CAIRO_SUPPORT=OFF \
  -DRDK_BUILD_INCHI_SUPPORT=OFF \
  ..
make -j6 # 或著不并行，就用 make，但會慢很多

配置 VSCode 使其能 Debug

首先先要讓 VSCode 支持 C++ 和 CMake，需要安裝 C++ extension for VS Code 和 CMake Tools extension for VS Code 這兩個插件。裝完后需要進行一下配置，非常關鍵：

配置 Intellisense

雖然說這個不配置問題應該不大，但可能發現編輯器到處都是 problem 和波浪線，因為編輯器不知道應該去哪里找頭文件，具體可參考這里。

以下是筆者的配置方法：在 .vscode 下創建 c_cpp_properties.json 文件，在里面添加：

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Mac",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/Code", "/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/include",
                "/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/include/python3.9",
                "/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/lib/python3.9/site-packages/numpy/core/include"
            ],
            "defines": [],
            "macFrameworkPath": [
                "/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks"
            ],
            "compilerPath": "/usr/bin/clang",
            "cStandard": "c17",
            "cppStandard": "c++17",
            "intelliSenseMode": "macos-clang-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

主要配置的就是 includePath，這里需要加入 RDKit 源代碼目錄 （Code），Anaconda 的 include，Anaconda 的 Python 以及 Anaconda 的 Numpy。按理配置完后就能看到所有的錯誤和波浪號都消失了（可以隨便打開個 cpp 文件看下是否有錯誤），如果還有錯誤，則需要具體看是什么。（Windows 貌似會復雜點，具體參考官方文檔。）

配置 CMake

打開 CMake Tools extension for VS Code 這個插件的配置，點擊設置按鈕 - 擴展設置，就會進入到 VSCode 的設置界面并已經用 @ext:ms-vscode.cmake-tools 進行篩選了。然后看到有 User 和 Workspace 兩個選擇，前者可以認為是全局設置，后者為項目設置，我們選擇后者。需要修改如下幾個選項：

• Cmake: Cmake Path
  

由于我們用的是 Anaconda 環境下的 CMake，尤其如果像筆者這樣通過新增環境得到的，可能 CMake 沒有被加入到 Path 環境變量。檢查的方法是在 terminal 里輸入 which cmake，如果出現 cmake not found，則說明未加入到環境變量，需要手動配置，筆者的 CMake 在：/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/bin/cmake，所以將該路徑加入到配置中即可。而如果用的是 base 環境，則可能不需要配置，因為 CMake 已被加入到環境變量。如果發現該 CMake 并非之前在 Anaconda 裝的那個，則仍然需要配置，否則可能會出現尋找錯誤的庫的問題，詳見最后一節。

• Cmake: Configure Args
  

這個對應執行 CMake 時的參數，即那些 -DXXXX=xxx 的內容，筆者為了圖方便，僅配置了 Python

-DPYTHON_INCLUDE_DIR=/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/include/python3.9

也可以根據需要將諸如 -DRDK_BUILD_CAIRO_SUPPORT=OFF 也加進去，尤其是如果后續發現編譯時在 CAIRO 的地方出錯了，則可以考慮禁用它。

小貼士，我們可以查看 .vscode 下是否有 settings.json 文件，并且該文件中是否有下面兩個配置以判斷是否配置成功。

{
    "cmake.cmakePath": "/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/bin/cmake",
    "cmake.configureArgs": [
        "-DPYTHON_INCLUDE_DIR=/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/include/python3.9"
    ]
}

• 編譯（可選）
  

全都配置完全，可以考慮先 Build 一下，看看有沒有問題，按一下底部狀態欄的 Build 按鈕則會自動開始編譯（需要不少時間）。如果未能編譯完成，則需要檢查其錯誤，看是哪里出了問題。

新建調試文件進行調試

在根目錄下創建了個 debug 文件夾，并在里面創建了 test.cpp 和 CMakeLists.txt 兩個文件。test.cpp 自然是用于調試的文件，新建 main 函數，傳入苯的 SMILES，將其轉化成 RWMol 對象。非常簡單的操作，僅僅是用于證明可以進入調試狀態。

#include <GraphMol/SmilesParse/SmilesParse.h>
#include <GraphMol/Depictor/RDDepictor.h>
using namespace RDKit;
    
int main( int argc , char **argv ){
    std::cout << "Importing benezene";
    std::string smi = "c1ccccc1";
    RWMol *newM;
    newM = SmilesToMol(smi, 0, true); 
    return 0
}

CMakeLists 筆者是參考了 RDKit 的例子，個人感覺不是最好，畢竟原例子并不需要我們同時編譯 RDKit 源碼和測試代碼，而是作為“已安裝 RDKit 該如何調用其 C++ 接口”的例子，但筆者能力有限，只能很僵硬地照搬。路徑基本寫死，比如 library 在 $RDBASE/build/lib 里（因為只編譯未安裝，所以庫都會在 build 文件夾下）

cmake_minimum_required( VERSION 3.5 )

project(RDKitSV)

set(RDBASE "/Users/zealseeker/Documents/git/rdkit")
set(CMAKE_MODULE_PATH ${CMAKE_MODULE_PATH} "${RDBASE}/Code/cmake/Modules")
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
find_package( Boost COMPONENTS iostreams filesystem system)
include_directories ( ${RDBASE}/Code)
link_directories ( ${RDBASE}/build/lib )
set(RDKit_LIBS RDKitFileParsers RDKitSmilesParse RDKitDepictor
        RDKitRDGeometryLib RDKitRDGeneral RDKitSubstructMatch RDKitSubgraphs
        RDKitMolDraw2D RDKitGraphMol RDKitDistGeometry RDKitDistGeomHelpers
          RDKitMolAlign RDKitOptimizer RDKitForceField RDKitForceFieldHelpers
        RDKitAlignment RDKitForceField  RDKitMolTransforms RDKitEigenSolvers )
find_package (Threads)
set(RDKit_THREAD_LIBS Threads::Threads)

set( LIBS ${RDKIT_LIBRARIES} Boost::iostreams ${RDKit_THREAD_LIBS} z  )
include_directories(${RDKIT_INCLUDE_DIR})
add_executable( TestMol test.cpp )
target_link_libraries( TestMol ${LIBS} ${RDKit_LIBS})

然后在根目錄的 CMakeLists.txt 里的最后面增加一行，將 debug 文件夾加入到編譯內容中。

add_subdirectory(debug)

此時萬事俱備，再次點擊狀態欄的 Build 按鈕即可進行最終的編譯，如果之前已經在配置好
VSCode-Cmake 后編譯過一次，則這次會很快。編譯完后，我們就可以調試了，調試前確定調試目標是否正確：在 Build 的右邊分別有 debug（一個蟲子）和 run（運行按鈕），再右邊是運行目標（launch target），要確定其為 TestMol，如果不是，則需要點擊選擇并輸入 TestMol，它應該在 $rdkit/build/debug/TestMol。

最后點擊小蟲子即可進行調試，并記得加斷點，確定可以正常調試。

Anaconda 環境問題

由于電腦里有多個 Anaconda 環境導致 CMake 在尋找庫的時候可能會找錯地方，因此一定要檢查 CMake 是否找對了，盡管理論上找錯了問題也不大，但至少當最后編譯或者運行時報錯時可以有據可循。

在 Anaconda 的 base 環境和 rdkit-dev 環境中都有 Boost，而除了 rdkit-dev 中有 CMake 外，自己也下載了個 CMake。發現如果用自己下載的 CMake 編譯，會導致其尋找的是 base 環境下的 Boost （因為 VSCode 編譯時并不會激活 rdkit-dev 環境）。因此一定要使用 rdkit-dev 下的 CMake，即確保 Boost 所在 Anaconda 環境和 CMake 是同一個。

另外，在編輯器中還看到下述問題，盡管其不影響編譯與調試，但說明 CMake 在尋找庫時仍然選擇了錯誤的地方。可惜一直不知如何修復，若有大神還請留言協助。該問題說明 CMake 在尋找 libcairo 時尋找的是 base 環境，而其他庫在 rdkit-dev 和 build 中，他們之間可能存在相互依賴關系。解決方法應該是讓 libcairo 去 rdkit-dev 中找，而不是 base 環境，可并不知道如何設置這個尋找路徑優先級。

CMake Warning at Code/cmake/Modules/RDKitUtils.cmake:49 (add_library):Cannot generate a safe runtime search path for target MolDraw2D because
there is a cycle in the constraint graph:

  dir 0 is [/Users/zealseeker/Documents/git/rdkit/build/lib]
  dir 1 is [/Users/zealseeker/opt/anaconda3/envs/rdkit-dev/lib]
    dir 2 must precede it due to runtime library [libcairo.dylib]
  dir 2 is [/Users/zealseeker/opt/anaconda3/lib]
    dir 0 must precede it due to runtime library [libRDKitChemReactions.1.dylib]
    dir 1 must precede it due to runtime library [libboost_system.dylib]

Some of these libraries may not be found correctly.

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