makefile从入门到实战 第一章 认识makefile（一）

一、makefile入门

1、相关概念介绍

（1）一个工程中的源文件不计其数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定哪些文件需要先编译、哪些文件需要后编译、哪些文件需要重新编译，甚至需要进行更复杂的功能操作。

（2）“make”是一个命令工具，它解释makefile中的指令，在Makefile文件中描述了整个工程所有文件的编译顺序、编译规则。

2、入门的第一个Makefile（makefile基础语法）

（1）makefile的基本语法：

<目标>:<依赖1> <依赖2>……

Tab @<命令1>

Tab @<命令2>

……

①目标：一般是指要编译的目标，也可以是一个动作，它由程序员自行命名。

②依赖：指执行当前目标所要依赖的先项（或者说前置条件），包括执行其它目标、某个具体文件或库等；一个目标可以有多个依赖，也可以没有依赖，如果没有则不写，如果有多个依赖则用空格分割。

③命令：该目标下需要执行的具体命令，可以没有，也可以有若干条，如果有多条命令，则每条命令写一行；命令前加“@”会抑制命令本身的打印（就是把命令的原文内容打印出来），一般不需要加。

（2）第一个Makefile示例：

a:b c
	echo "hello A_world"
	ls ./    #列出当前目录下的文件

b:
	echo "hello B_world"

c:
	echo "hello C_world"

        目标a依赖目标b和目标c，那么在执行目标a时，需要先执行目标b和目标c（目标b和目标c的执行顺序不固定），再执行目标a

3、make命令工具常用选项

（1）make命令工具的格式：

make [-f filename] [other options] [target]

（2）make默认在当前目录中按顺序依次寻找名为GUNmakefile、makefile、Makefile的文件作为输入文件（仅有一个输入文件，找到即进行编译，不是三个都读取一遍），如果不写参数（指定执行的目标），则make执行输入文件中的第一个目标，如果第一个目标有依赖，则会先执行其所依赖的目标，再执行它。

    make        # 不写参数，自动读上面三个文件之一，然后执行第一个目标
    make b      # 手动指定目标b，只执行输入文件中的目标b

（3）常用选项（可叠加）：

①“-f filename”：make默认只寻找名为GNUmakefile、makefile、Makefile的文件，如果是自定义的脚本名字（如build.mk），则需要加上该参数。

    make -f build.mk

②“-n”：空跑、预览指令，不会真实运行，多用于调试，检查Makefile中的指令是否写错。

    make -n

③“-s”：只执行命令，但不显示具体命令，作用和“@”一样，只不过“@”是屏蔽单行指令打印。

    make -s

④“-C”：指定Makefile所在的目录（如./src）。

    make -C ./src

⑤“-v”：查看make工具的版本号。

    make -v

⑥“-w”：多级工程跨目录编译时，打印执行前和执行后的所在路径。

    make -w

4、程序编译流程

（1）以gcc为例，gcc命令能够直接从源代码生成目标可执行文件，其格式如下所示。需要注意的是，gcc是C编译器，如果要编译C++源码，则需要加“-lstdc++”。

    gcc main.c
    gcc -lstdc++ main.cpp

（2）一条gcc命令其实是分4步进行编译的：

①预处理：展开#include，替换#define宏，删除注释，如果是编译.c文件则输出.i文件，如果是编译.cpp文件则输出.ii文件。

    gcc -E main.c > main.i
    gcc -E main.cpp > main.ii

②编译：经过语法分析、词法分析、语义分析和符号会中，把C/C++代码转换成汇编代码，结果保存在.s文件中。

    gcc -S main.i
    gcc -S main.ii

③汇编：把汇编代码转换为二进制/机器指令，结果保存在.o文件中。

    gcc -c main.s

④链接：把多个.o文件合并（C++的链接还需要合并标准库libstdc++.so），以及符号表的重定位，生成可执行程序。

    gcc main.o
    gcc main.o -lstdc++

5、makefile中的变量

（1）自动系统变量：

①自动系统变量只在“<目标>:<依赖>”下的命令中生效，不用手动赋值，使用方法比如：

app:main.c func.c test.c
	$(CC) $^ -o $@

②自动系统变量的符号：

符号	释义	上例目标app中的自动系统变量含义
$@	当前目标的目标名	$@ = app
$<	当前目标的第一个依赖	$< = main.c
$^	当前目标的所有依赖（空格分隔），重复的将去除	$^ = main.c func.c test.c
$+	当前目标的所有依赖（空格分隔），重复的也不去除	$+ = main.c func.c test.c
$?	比目标新（时间戳比目标文件晚的依赖文件）	$?只列出最近修改过的源文件（更新时间比目标文件晚的依赖文件）
$*	当前目标去掉后缀的名字	如果当前目标名为“main.o”，则$* = main

（2）系统内置常量：

①make工具出厂自带全局变量，“make -p”可以查看全部系统内置常量及默认值。

②常用的系统内置常量：

常量名	释义	默认值
AS	汇编程序的名称	as
CC	C编译器的名称	cc
CPP	C预编译器的名称	cc -E
CXX	C++编译器的名称	g++
RM	文件删除程序名	rm -f

（3）自定义变量：

①自定义变量由程序员自行定义，可用于简化代码、方便统一修改编译参数（作用有点类似于C语言中的#define）。

②自定义变量定义格式（特别说明，尖括号不是语法的一部分）：

<变量名> = <变量值>

③自定义变量调用格式（特别说明，尖括号不是语法的一部分）：

$(<变量名>)

${<变量名>}

④自定义变量定义和使用举例：

# 自定义变量
CC = gcc            	# 指定编译器
CFLAGS = -g -Wall   	# 编译参数：g调试、Wall告警
SRC = main.c func.c
OBJ = main.o func.o
TARGET = app

$(TARGET):$(OBJ)
	$(CC) $(OBJ) -o $(TARGET) $(CFLAGS)
%.o:%.c
	$(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)
clean:
	rm -rf $(OBJ) $(TARGET)

6、makefile的运行流程和伪目标

（1）make的时间戳原理（编译时间最小化）：

        比如在Linux中，每个文件都有一个“修改时间”，即文件内容最后一次被改动的时间

        make会将目标文件和其任意一个依赖文件的时间比对，如果依赖文件更新时间更晚，则需要重新编译；目标的依赖仍然是一个目标，它也要和自己所依赖的文件做更新时间比对，如果依赖文件更新时间更晚，则也需要重新编译，以此递归下去，直到目标没有依赖，则判断目标文件是否存在，若存在则不需要重新编译，否则需要生成目标文件

（2）伪目标：

①如果目录中有与makefile中目标同名的文件，比如“clean”，而它正好没有任何依赖，那么“make clean”会判定clean文件已经是最新的文件，不会执行clean这个目标，为了避免这种情况，凡是只做动作、不生成与目标名同名文件的目标，都声明为伪目标，这样makefile就不会判断目标是否存在对应的文件以及是否需要更新。

②伪目标的声明方式：

.PHONY: <目标名>

③伪目标声明举例：

.PHONY: clean
clean:
	rm -rf *.o app

7、模式匹配

（1）模式匹配：

①“%”是通配符，可以代表任意一串文件名（作用类似于模糊搜索）。

②举例：

.PHONY:clean show

OBJ= sub.o multi.o calc.o add.o
TARGET=calc

$(TARGET):$(OBJ)
	$(CXX) $^ -o $@

%.o:%.cpp
	$(CXX) -c $^ -o $@

clean:
	$(RM) *.o $(TARGET)

        遇到sub.o，自动匹配依赖sub.cpp；遇到add.o，自动匹配依赖add.cpp

        再配合自动系统变量——$< = %.cpp、$@ = %.o，可不用将目标和依赖关系逐个列出

（2）两个Make内置函数：

①wildcard函数：可以获取当前目录中所有指定后缀的文件。

SRC := $(wildcard ./*.cpp)
# SRC = a.cpp b.cpp main.cpp   当前目录中有a.cpp、b.cpp、main.cpp

②patsubst函数：对被指定变量中的文件名做批量替换（被指定的变量不会改变，该函数是返回替换后的文件名），常用于替换后缀。

SRC=$(wildcard ./*.cpp)
OBJ=$(patsubst %.cpp,%.o,$(SRC))
# SRC:a.cpp b.cpp → OBJ:a.o b.o   当前目录中有a.cpp、b.cpp

（4）使用以上两个内置函数，可以对模式匹配中的举例进行优化，定义变量OBJ时可以不用再一一列出当前目录中的文件名。

.PHONY:clean show

OBJ=$(patsubst %.cpp,%.o,$(wildcard ./*.cpp))
TARGET=calc

$(TARGET):$(OBJ)
	$(CXX) $^ -o $@

%.o:%.cpp
	$(CXX) -c $^ -o $@

clean:
	$(RM) *.o $(TARGET)