7. 一文快速学懂常用工具——Makefile

本章讲解知识点

    1. 引言
    1. Makefile
    1. Makefile 入门

  • 本专栏适合于软件开发刚入职的学生或人士，有一定的编程基础，帮助大家快速掌握工作中必会的工具和指令。
  • 本专栏针对面试题答案进行了优化，尽量做到好记、言简意赅。
  • 如专栏内容有错漏，欢迎在评论区指出或私聊我更改，一起学习，共同进步。
  • 相信大家都有着高尚的灵魂，请尊重我的知识产权，未经允许严禁各类机构和个人转载、传阅本专栏的内容。

1. 引言

家人们，我问大家一个问题，我们之前的教程都是针对一个源文件 douya.c 进行了无数种操作。当我们有多个文件时，怎么链接到一起最后形成一个执行文件呢？

当然我们也有简单的做法。

我们给出实例，我们创建两个 c 文件，一个 douya.c 和 max.c，douya.c 里 main 函数调用 max.c 里的 max 比较大小函数：

给出 max.c 内容：

#include <stdio.h>  
#include "max.h"  int max(const int a, const int b){  return a > b ? a : b;  
}

然后给出头文件 max.h，我们 extern 出 max 函数：

#ifndef MAX_H  
#define MAX_H  extern int max(const int a, const int b);  #endif

最后我们给出 douya.c 内容：

#include <stdio.h>   
#include "max.h"   
int main(){    printf("Hello, Douya!\n");   int result = max(4, 6);  printf("the max value is %d: \n", result);  return 0;    
}

1.好了，这里我们给出了一个简单例子，主要是为了说明多文件的编译、链接、执行。

然后我们输入

$ gcc -Wall douya.c max.c -o douya

该命令自动将两个文件编译、链接并生成执行文件，运行 ./douya

$ ./douya  
Hello, Douya!  
the max value is 6:

我们就实现了。

2.当然我们也可以单文件先各自生成目标文件，最后链接成可执行文件。

如下：

$ gcc -c douya.c -o douya.o

这里的 -c 就表示只执行到汇编这一步而不链接，生成目标文件 douya.o；max.c 文件同理生成 max.o，最后我们将两个目标文件链接起来生成可执行文件。大家关于程序编译的四个步骤，你可没忘吧？

$ gcc -c douya.c -o douya.o
$ gcc -c max.c -o max.o
$ gcc max.o douya.o -o douya
$ ./douya  
Hello, Douya!  
the max value is 6:

肯定有家人会说了，一个工程项目往往几十个源文件，难道还要一一编译再链接？那也太麻烦了吧！

确实很麻烦，所以我们引入今天的正题。


2. Makefile

2.1. 什么是 Makefile

我们要引出一个重要内容——Makefile。Makefile 是一种常用于编译的脚本语言。它可以更好更方便的管理你的项目的代码编译，节约编译时间（没改动的文件不编译）。

2.2. 为什么使用 Makefile

makefile 关系到了整个工程的编译规则。一个工程中的源文件不计数，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，甚至于进行更复杂的功能操作，因为 makefile 就像一个 Shell 脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。

makefile 带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个 make 命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。make 是一个命令工具，是一个解释 makefile 中指令的命令工具，一般来说，大多数的 IDE 都有这个命令，比如：Delphi 的 make，Visual C++的 nmake，Linux 下 GNU 的 make。可见，makefile 都成为了一种在工程方面的编译方法。


3. Makefile 入门

3.1. Makefile 语法

我们下面介绍它的常用语法。

目标...: 依赖...  命令1  命令2  ...

1.目标：目标即要生成的文件。如果目标文件的更新时间晚于依赖文件的更新时间，则说明依赖文件没有改动，目标文件不需要重新编译。否则重新编译并更新目标。

2.依赖：即目标文件由哪些文件生成。如果依赖条件中存在不存在的依赖条件，则会寻找其它规则是否可以产生依赖条件。

例如：规则一是生成目标 hello.out 需要使用到依赖条件 hello.o，但是 hello.o 不存在。则 Makefile 会寻找到一个生成 hello.o 的规则二并执行。

3.命令：即通过执行该命令，由依赖文件生成目标文件。

注意每条命令前必须有且仅有一个 tab 保持缩进，这是语法要求。

4.ALL：Makefile 文件默认只生成第一个目标文件即完成编译，但是我们可以通过 “ALL” 指定需要生成的目标文件。

5.示例：我们前面讲了两个文件链接的实例，直接使用 Makefile 的方式编译：写一个 Makefile

ALL:douya  douya:max.o douya.o  gcc max.o douya.o -o douya  
max.o:max.c  gcc -c max.c -o max.o  
douya.o:douya.c  gcc -c douya.c -o douya.o

编译并执行：

$ make  
gcc -c max.c -o max.o  
gcc -c douya.c -o douya.o  
gcc max.o douya.o -o douya     
$ ./douya  
Hello, Douya!  
the max value is 6:

怎么样，每次我们编译，只需要 make 一下，不用再重复输入指令，是不是很方便？

3.2. 两个函数

1.wildcard。wildcard 用来明确表示通配符。

示例：

SRC = $(wildcard ./*.c)

表示匹配目录下所有的 .c 文件，并将其赋值给 SRC 变量。

2.patsubst。pat 是 pattern 的缩写，subst 是 substring 的缩写。Patsubst 是模式字符串替换函数。

示例：

OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))

这个函数有三个参数，意思是取出 SRC 中所有的值，然后将 “.c” 替换为 “.o”，最后赋值给 OBJ 变量。

这两个函数很有用，我们来举个例子。通过上面两个函数，加入我们目录下有很多个 “.c” 后缀的源文件，就不需要写很多条规则语句了，而是可以像下面这样写：

SRC = $(wildcard ./*.c) 
OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))  ALL: douya  douya: $(OBJ)  gcc $(OBJ) -o douya  $(OBJ): $(SRC)  gcc -c $(SRC) -o $(OBJ)

这里需要先将所有的 “.c” 文件编译为 “.o” 文件，这样后面更改某个 “.c” 文件时，其它的 “.c” 文件将不再编译，而只是编译有更改的 “.c” 文件，可以大大节约大项目中的编译速度。

3.3. 通配符

Makefile 是可以使用 shell 命令的，所以 shell 支持的通配符在 Makefile 中也是同样适用的。 shell 中使用的通配符有："*"，"?"，"[...]"。具体看一下这些通配符的表示含义和具体的使用方法。

*： 匹配 0 个或者是任意个字符
？： 匹配任意一个字符
[]： 我们可以指定匹配的字符放在 "[]" 中

下面实例可以说明通配符可以使用在规则的命令当中，表示的是任意的以 .o 结尾的文件。

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

下面实例可以说明我们的通配符不仅可以使用在规则的命令中，还可以使用在规则中。用来表示生所有的以 .c 结尾的文件。

test:*.cgcc -o $@ $^

还有一个和通配符 "*" 相类似的字符，这个字符是 "%"，也是匹配任意个字符，使用在我们的的规则当中。

test:test.o test1.ogcc -o $@ $^
%.o:%.cgcc -o $@ $^

3.4. 变量

Makefile 中也有一些已经定义好的常用变量，这里介绍其中常用的3个。

（1）$@：表示规则中的目标，例如 douya.o

（2）$<：表示规则中的第一个依赖条件，例如 douya.c

（3）^ ：表示规则中的所有依赖条件，由于我们示例中都只有一个依赖条件，这种情况下 ^ 和 $< 区别不大。

（4）示例：使用这些变量替换上面写的 Makefile，即是：

ALL: douya  douya: douya.o max.ogcc -g $^ -o $@%.o: %.cgcc -c $^ -o $@

3.5. 其它常用功能

1.代码清理 clean。我们可以编译一条属于自己的 clean 语句，来清理 make 命令所产生的所有文件。例如：

ALL: douya  douya: douya.o max.ogcc -g $^ -o $@%.o: %.cgcc -c $^ -o $@clean:  -rm -rf *.o douya

这样我们就可以使用 clean 命令来清理生成的文件了：

$ make clean

2.伪目标 .PHONY。上面我们写了一个 clean 语句，使得我们执行 “make clean” 命令的时候，可以清理我们生成的文件。

但是假如还存在一个文件名就是 clean 文件，那么我们再执行 “make clean” 命令的时候就只是显示：make: clean is up to date.

解决方法就是我们使用伪目标，这样就可以避免出现上面的问题了，例如：

ALL: douya  douya: douya.o max.ogcc -g $^ -o $@%.o: %.cgcc -c $^ -o $@clean:  -rm -rf *.o douya   .PHONY: clean ALL

我们只是讲了入门知识，以上知识已经足以帮助我们看懂别人写好的 Makefile，或者自己写简单的 Makefile。

关于 Makefile，深入学习请参考《跟我一起写 makefile pdf 陈皓》


面试题

1. Makefile 了解吗？⭐⭐⭐

Makefile 是一种常用于编译的脚本语言。它可以更好更方便的管理你的项目的代码编译，节约编译时间（没改动的文件不编译）。

makefile 带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个 make 命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。

2. make 命令的作用是什么？⭐⭐⭐

make 命令根据 Makefile 中的规则和依赖关系，自动构建和编译项目的源代码，以生成可执行文件或其他目标。

3. Makefile 中的目标和依赖关系是什么意思？⭐⭐⭐

目标是要构建的文件或任务，依赖关系是构建目标所需的文件或任务列表。Makefile 规则定义了如何从依赖关系生成目标。

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