Makefile与bash

先导问题

在Linux系统上，如果用bash编译程序，就需要手动敲入命令，并且每次编译都需要重新敲一遍命令，对于大型工程，比如内核编译，就显得非常麻烦。如何解决这个问题？

说明

以下代码均在Linux环境下执行，涉及文件都在同一个文件夹下。

解决方案

有2种解决方案，第一种是把需要编写的命令行写入一个文件中，也就是bash文件，后缀是.sh；第二种是Makefile文件。

bash文件

将要编写的命令放在一个文件中，之后在命令行运行该文件。
比如下面这些命令，操作是编译一个动态库并软链接到/usr/lib/中：

[fish@localhost 文档]$ ls
CPP_program  java_program
[fish@localhost 文档]$ cd CPP_program
[fish@localhost CPP_program]$ ls
libtest.so  main.c  test.c  test.h
[fish@localhost CPP_program]$ gcc test.c -fPIC -shared -o libtest.so
[fish@localhost CPP_program]$ sudo link libtest.so /usr/lib/libtest.so

写入一个文件，名为showtime.sh：

ls
cd CPP_program
ls
gcc test.c -fPIC -shared -o libtest.so
link libtest.so /usr/lib/libtest.so

文件截图如下：

在命令行中输入bash showtime.sh即可，因为要进行软链接的那个目录需要管理员权限，所以在前面加上sudo。执行时相当于后台重新打开一个bash窗口，并把输出打印在当前窗口。

bash的问题

bash用于指令是没有问题的，但是用于编译却有一个很严重的问题，假设一种场景，一个大工程，比如编译Linux内核，这个内核经过2个小时的编译，编译结束之后，突然发现有一个小错误，及时修改了这一处错误，接下来怎么做？重新编译吗？再经过2个小时？这种效率太低了，这就是bash的问题。于是Makefile登场了。

Makefile

构建场景

假设一个工程中，文件F依赖于文件C和文件E，文件C依赖于文件A和文件B，文件E依赖于文件D，可以得到下面这个关系图。

假设这个工程写好了，编译结束。然后开始代码审查和测试，发现文件E出现问题，里面有一个小BUG，开发人员修改了这处BUG，也就是修改文件E，接下来要重新编译，这个时候只用编译文件E和文件F即可，因为只有这两个文件受修改的影响。如何做到呢？
Makefile有2个机制，一个是依赖，另一个是时间戳。

依赖

在写Makefile文件的时候，会写如下的语句：

target : source

冒号前是目标，冒号后是源，目标依赖于源，这样就可以实现只编译修改的对象和依赖于修改的对象。
那么如何确定哪个文件被修改了？

时间戳

通过对比时间戳可以判断那些文件是在上次做Makefile时改变的还是没有改变，以此来判断是否重新编译。

Makefile应用举例

构建场景

文件名：mytest.cpp

#include <iostream>
#include "test1.hpp"
#include "test2.hpp"

using namespace std;

int main()
{
	cout << "testfunc1: " << testfunc(6) << endl;
	testfunc2();
	return 0;
}

文件名：test1.cpp

#include <iostream>
#include "test1.hpp"

using namespace std;

int testfunc1(int n)
{
	int savenum = 5 + n;
	cout << "test1" << endl;
	return savenum;
}

文件名：test1.hpp

#ifndef TEST1
#define TEST1
int testfunc1(int n);
#endif

文件名：test2.cpp

#include <iostream>
#include "test2.hpp"

using namespace std;

void testfunc2(void)
{
	cout << "test2" << endl;
}

文件名：test2.hpp

#ifndef TEST2
#define TEST2
void testfunc2(void);
#endif

文件依赖图如下：

我想要实现制作两个动态库，分别为test1和test2，mytest依赖于这两个动态库。
有关动态库和静态库可以参考头文件+源文件、动态库和静态库、宏定义

Makefile语法

文件名：Makefile

target=mytest
source=mytest.cpp
lib=-L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2
OBJ1=test1.cpp
OBJ2=test2.cpp
FUNCLIB1=./lib/libtest1.so
FUNCLIB2=./lib/libtest2.so
$(target): $(source) $(FUNCLIB1) $(FUNCLIB2)
	g++ $(source) -o $@ $(lib)
$(FUNCLIB1):$(OBJ1)
	g++ -fPIC -shared $^ -o $@
$(FUNCLIB2):$(OBJ2)
	g++ -fPIC -shared $^ -o $@
clean:
	rm -rf $(target) $(FUNCLIB1) $(FUNCLIB2)

在Makefile中同样有变量的概念，就相当于将一长串字符串用一个变量代替，在运行Makefile文件时，会将变量所表示的字符串直接替换变量的位置。

target=mytest
source=mytest.cpp
lib=-L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2
OBJ1=test1.cpp
OBJ2=test2.cpp
FUNCLIB1=./lib/libtest1.so
FUNCLIB2=./lib/libtest2.so

上面这一段的意思如下表所示：

变量	赋值
target	mytest
source	mytest.cpp
lib	-L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2
OBJ1	test1.cpp
OBJ2	test2.cpp
FUNCLIB1	./lib/libtest1.so
FUNCLIB2	./lib/libtest2.so

接下来两行正式开始执行命令：

$(target): $(source) $(FUNCLIB1) $(FUNCLIB2)
	g++ $(source) -o $@ $(lib)

第一行的意思是变量target依赖于三个变量：source，FUNCLIB1和FUNCLIB2，即可执行文件mytest依赖于三个文件：mytest.cpp，./lib/libtest1.so和./lib/libtest2.so。在语法上要注意依赖于依赖之间要用空格分隔，变量前面有$并且需要将变量放在括号中，所以这一行等同于下面这一条语句：

mytest : mytest.cpp ./lib/libtest1.so ./lib/libtest2.so

第二行是一个命令，在Makefile中只有前面有tab的才算命令，在Makefile中有三个非常有用的变量，分别为$@，$^和$<，代表的意思为：$@为目标文件，$^为所有的依赖文件，$<为第一个依赖文件。
从参数表查找各个参数，并结合规则，第二行等同于：

	g++ mytest.cpp -o mytest -L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2

如果通过依赖判断，需要执行命令，相当于在bash中执行了

g++ mytest.cpp -o mytest -L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2

其余同理，读者可以自行尝试翻译，答案放在文末。

执行Makefile

在bash窗口输入make即可执行以下代码：

target=mytest
source=mytest.cpp
lib=-L./lib/ -ltest1 -L./lib/ -ltest2
OBJ1=test1.cpp
OBJ2=test2.cpp
FUNCLIB1=./lib/libtest1.so
FUNCLIB2=./lib/libtest2.so
$(target): $(source) $(FUNCLIB1) $(FUNCLIB2)
	g++ $(source) -o $@ $(lib)
$(FUNCLIB1):$(OBJ1)
	g++ -fPIC -shared $^ -o $@
$(FUNCLIB2):$(OBJ2)
	g++ -fPIC -shared $^ -o $@

在bash窗口输入clean即可执行以下代码：

clean:
	rm -rf $(target) $(FUNCLIB1) $(FUNCLIB2)

那么写一个简单的bash脚本来实现自动执行。
文件名：Testsolib.sh

make
wait
export LD_LIBRARY_PATH=./lib/
wait
./mytest

在bash窗口输入bash Testsolib.sh即可执行bash文件。

答案

./lib/libtest1.so:test1.cpp
	g++ -fPIC -shared test1.cpp -o ./lib/libtest1.so
./lib/libtest2.so:test2.cpp
	g++ -fPIC -shared test2.cpp -o ./lib/libtest2.so
clean:
	rm -rf mytest ./lib/libtest1.so ./lib/libtest2.so