C++ `Doxygen` 与自动文档生成：深度定制文档输出

哈喽，各位好！

今天咱们来聊聊一个程序员的“好朋友”—— Doxygen，以及如何用它来自动生成咱们的代码文档，并且，咱们还要玩点高级的，深度定制一下这些文档，让它们更符合咱们的需求。

一、Doxygen 是个啥？为啥要用它？

简单来说，Doxygen 就是一个文档生成工具。它能根据咱们代码中的注释，自动生成各种格式的文档，比如 HTML、LaTeX、RTF、XML等等。

那为啥要用它呢？原因很简单：

• 省时省力： 谁也不想手动写文档吧？有了 Doxygen，只要咱们好好写注释，文档就自动生成了，大大减少了重复劳动。
• 保持同步： 代码改了，注释也改了，文档自然也就跟着更新了，保证文档和代码的一致性。
• 规范代码： 为了让 Doxygen 能正确生成文档，咱们就得按照一定的规范来写注释，这也能促进咱们写出更清晰、更规范的代码。
• 便于团队协作： 标准化的文档，能让团队成员更容易理解代码，提高协作效率。

二、Doxygen 的基本用法：入门上手

Doxygen 的基本用法非常简单，咱们先来看一个简单的例子：

/**
 * @file example.cpp
 * @brief 这是一个简单的示例程序。
 *
 * 这个程序演示了如何使用 Doxygen 生成文档。
 */

#include <iostream>

/**
 * @brief 计算两个整数的和。
 *
 * @param a 第一个整数。
 * @param b 第二个整数。
 * @return 两个整数的和。
 */
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

/**
 * @brief 主函数。
 *
 * 程序从这里开始执行。
 *
 * @return 程序的退出状态。
 */
int main() {
  int x = 10;
  int y = 20;
  int sum = add(x, y);

  std::cout << "The sum of " << x << " and " << y << " is: " << sum << std::endl;

  return 0;
}

在这个例子中，咱们用 /** ... */ 这样的注释块来描述文件、函数、参数等等。这些注释块中的 @file、@brief、@param、@return 等等都是 Doxygen 的命令，它们告诉 Doxygen 如何解析这些注释。

要生成文档，咱们需要先创建一个 Doxygen 的配置文件。可以使用 doxygen -g 命令来生成一个默认的配置文件 Doxyfile。

然后，咱们可以编辑这个 Doxyfile 文件，设置一些参数，比如项目名称、输出目录等等。

最后，运行 doxygen Doxyfile 命令，Doxygen 就会根据配置文件和代码中的注释，生成文档了。

三、Doxygen 注释：常用命令详解

Doxygen 有很多命令，常用的命令如下：

命令	作用	示例
@file	描述文件。	/** @file example.cpp */
@brief	简要描述。	/** @brief 这是一个简单的示例程序。 */
@param	描述函数参数。	/** @param a 第一个整数。 */
@return	描述函数返回值。	/** @return 两个整数的和。 */
@author	描述作者。	/** @author John Doe */
@date	描述日期。	/** @date 2023-10-27 */
@version	描述版本。	/** @version 1.0 */
@see	链接到其他文档或代码。	/** @see add() */
@note	添加注释或说明。	/** @note 这是一个重要的注意事项。 */
@warning	添加警告信息。	/** @warning 这个函数可能会抛出异常。 */
@pre	描述函数的前提条件。	/** @pre a 必须大于 0。 */
@post	描述函数的后置条件。	/** @post 返回值总是正数。 */
@throw	描述函数可能抛出的异常。	/** @throw std::runtime_error 如果发生错误。 */
@ingroup	将一个实体（比如函数、类）放到一个组中。	/** @ingroup MathFunctions */
@defgroup	定义一个组。	/** @defgroup MathFunctions 数学函数 */
@code	包含一段代码。	cppn/** @codenint x = 10;nint y = 20;nint sum = x + y;n@endcode */
@endcode	结束一段代码。
verbatim	按原样输出一段文本，不做任何解析。	verbatim This is a verbatim block. endverbatim
endverbatim	结束原样输出的文本块。
f$	开始一个行内数学公式。	The formula is f$ x = y + z f$.
f$	结束一个行内数学公式。
f[	开始一个独立的数学公式块。	f[ x = frac{-b pm sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} f]
f]	结束一个独立的数学公式块。
attention	突出显示一段需要注意的文本。	attention This is important!
todo	标记一个待办事项。	todo Implement this function.
bug	标记一个已知的 bug。	bug This function has a memory leak.
test	描述一个测试用例。	test This test checks if the function returns the correct value.
internal	标记一段内部使用的代码，不应该出现在公开文档中。	internal This function is for internal use only.
invariant	描述一个类的不变式。	invariant The value of x is always positive.
extends	指示一个类继承自另一个类。	/** @class MyClass @extends BaseClass */
implements	指示一个类实现了一个接口。	/** @class MyClass @implements MyInterface */
enum	描述一个枚举类型。	/** @enum Color @brief Represents a color. */
var	描述一个变量。	/** @var m_value @brief The value of the variable. */
typedef	描述一个类型定义。	/** @typedef MyType @brief A custom type definition. */
union	描述一个联合体。	/** @union MyUnion @brief A union of different data types. */

这只是一些常用的命令，Doxygen 还有很多其他命令，可以根据需要选择使用。

四、Doxygen 配置：深度定制文档输出

Doxygen 的配置文件 Doxyfile 可以控制文档生成的各个方面。咱们可以通过修改这个文件，来深度定制文档的输出。

下面是一些常用的配置选项：

• PROJECT_NAME： 项目名称。
• PROJECT_NUMBER： 项目版本号。
• OUTPUT_DIRECTORY： 输出目录。
• GENERATE_HTML： 是否生成 HTML 文档。
• GENERATE_LATEX： 是否生成 LaTeX 文档。
• INPUT： 输入目录或文件。
• FILE_PATTERNS： 要解析的文件模式。
• RECURSIVE： 是否递归搜索输入目录。
• EXCLUDE_PATTERNS： 要排除的文件模式。
• EXAMPLE_PATH： 示例代码的路径。
• IMAGE_PATH： 图片的路径。
• GENERATE_TREEVIEW： 是否生成树形目录。
• HTML_EXTRA_STYLESHEET： 自定义 HTML 样式表。
• HTML_EXTRA_FILES： 要包含到 HTML 文档中的额外文件。
• LATEX_EXTRA_FILES： 要包含到 LaTeX 文档中的额外文件。
• USE_PDFLATEX： 是否使用 pdflatex 生成 PDF 文档。
• PDF_HYPERLINKS： 是否在 PDF 文档中生成超链接。
• WARN_IF_UNDOCUMENTED： 如果代码没有文档，是否发出警告。
• WARN_IF_DOC_ERROR： 如果文档有错误，是否发出警告。
• STRIP_CODE_COMMENTS： 是否从代码中删除注释。
• INLINE_INHERITED_MEMB： 是否将继承的成员显示在派生类的文档中。
• SORT_MEMBERS： 是否对成员进行排序。
• SORT_BRIEF_DOCS： 是否对简要描述进行排序。
• ALPHABETICAL_INDEX： 是否生成字母索引。
• GENERATE_TAGFILE： 是否生成 tagfile，用于链接到其他 Doxygen 文档。
• TAGFILES： 其他 Doxygen 文档的 tagfile 列表。
• ENABLED_SECTIONS: 启用特定的 section，用于条件编译文档。 可以使用if <section_name> 和 endif来包裹特定的文档块。

这只是一些常用的配置选项，Doxygen 还有很多其他配置选项，可以根据需要进行设置。 咱们可以通过修改 Doxyfile 来实现各种定制化的需求，比如：

• 修改 HTML 样式： 可以通过 HTML_EXTRA_STYLESHEET 选项来指定自定义的 CSS 文件，从而修改 HTML 文档的样式。
• 添加额外文件： 可以通过 HTML_EXTRA_FILES 选项来添加额外的 HTML 文件到文档中，比如项目介绍、使用说明等等。
• 生成 PDF 文档： 可以通过 GENERATE_LATEX 和 USE_PDFLATEX 选项来生成 PDF 文档。
• 链接到其他文档： 可以通过 GENERATE_TAGFILE 和 TAGFILES 选项来链接到其他 Doxygen 文档，实现跨项目的文档链接。
• 条件编译文档： 可以使用ENABLED_SECTIONS, if <section_name> 和 endif来控制哪些文档块会被包含在最终的文档中。 例如，可以为内部版本和公共版本生成不同的文档。

五、高级技巧：更上一层楼

除了基本的用法和配置之外，Doxygen 还有一些高级技巧，可以帮助咱们更好地生成文档。

• 使用别名： 可以使用 ALIASES 选项来定义别名，简化 Doxygen 命令的使用。例如，可以定义一个别名 @param[in] 来表示输入参数，@param[out] 来表示输出参数。

  ALIASES += "param[in]=param in"
  ALIASES += "param[out]=param out"

  然后就可以这样使用：

  /**
   * @param[in] a The input value.
   * @param[out] result The output result.
   */
  void process(int a, int &result);

• 使用分组： 可以使用 @ingroup 和 @defgroup 命令来将代码组织成不同的组，方便文档的浏览和查找。

  /**
   * @defgroup MathFunctions Mathematical Functions
   * @{
   */
  
  /**
   * @brief Adds two numbers.
   * @ingroup MathFunctions
   */
  int add(int a, int b);
  
  /**
   * @brief Subtracts two numbers.
   * @ingroup MathFunctions
   */
  int subtract(int a, int b);
  
  /**
   * @}
   */

• 使用外部文档： 可以使用 external 命令来链接到外部文档，比如 API 文档、用户手册等等。
• 使用 Markdown： Doxygen 支持 Markdown 语法，可以使用 Markdown 来编写更丰富的文档。 只需要在 Doxyfile 中设置 MARKDOWN_SUPPORT 为 YES。
• 使用 PlantUML： Doxygen 可以集成 PlantUML，用于生成 UML 图。 需要在 Doxyfile 中设置 HAVE_DOT 和 PLANTUML_JAR_PATH。 然后就可以在注释中使用 @startuml 和 @enduml 命令来嵌入 PlantUML 图。

  /**
   * @startuml
   * Alice -> Bob: Authentication Request
   * Bob --> Alice: Authentication Response
   *
   * Alice -> Bob: Data Transmission
   * @enduml
   */
  void communicate();

• 条件文档： 使用ENABLED_SECTIONS, if <section_name> 和 endif来控制文档的生成。 例如，可以为内部版本和公共版本生成不同的文档。

  /**
   * @brief This is a function.
   *
   * if INTERNAL
   * This function is for internal use only.
   * endif
   */
  void myFunction();

  需要在Doxyfile中设置：

  ENABLED_SECTIONS = INTERNAL

六、Doxygen 与持续集成：自动化文档生成

可以将 Doxygen 集成到持续集成流程中，实现自动化文档生成。 比如，可以在每次代码提交时，自动生成文档，并发布到网站上。

常用的做法是，在持续集成脚本中，先运行 Doxygen 生成文档，然后将文档上传到服务器。

例如，可以使用 Jenkins、GitLab CI、GitHub Actions 等等来实现自动化文档生成。

七、Doxygen 的局限性：别指望它包治百病

虽然 Doxygen 功能强大，但它也有一些局限性：

• 注释质量： Doxygen 生成的文档质量取决于注释的质量。如果注释写得不好，生成的文档也不会好。
• 学习成本： Doxygen 有很多命令和配置选项，需要一定的学习成本。
• 维护成本： 为了让 Doxygen 能正确生成文档，需要维护代码中的注释，这也会增加一定的维护成本。
• 动态语言支持有限： Doxygen 对 C++ 支持良好，但对一些动态语言（比如 Python、JavaScript）的支持可能有限。

八、总结：Doxygen 是个好帮手，但别忘了人工干预

总的来说，Doxygen 是一个非常强大的文档生成工具，可以帮助咱们节省大量的时间和精力。 但是，Doxygen 并不是万能的，它需要咱们好好写注释，好好配置，才能生成高质量的文档。

另外，自动生成的文档并不能完全取代人工编写的文档。 在一些情况下，咱们还需要手动编写一些文档，比如项目介绍、使用说明等等。

所以，Doxygen 应该被看作是一个辅助工具，而不是一个替代人工的工具。

希望今天的讲解对大家有所帮助！ 咱们下次再见！