Linux/Uinx Makefile介绍以及使用方法和代码演示

Linux/Uinx Makefile介绍以及使用方法和代码演示

在写完我们的C语言程序之后，我们通常可以使用shell脚本来编译和链接C语言程序的源文件，但是这种方式有一个缺点：当我们更改了几个源文件的名称之后，shell脚本就会编译失败，为了解决这种问题，我们可以使用Makefile，自动有选择的执行编译链接。

makefile 格式


一个make文件由一系列目标项、依赖项、规则组成。

下面是makefile的格式：

目标项依赖项列表
target:file1 file2 … fileN
规则
<tab>command1
<tab>command2
<tab>other command

目标项通常是需要创建或者更新的文件，但他也可能是make程序要引用的指令和标签。

依赖项是目标项的提前执行项，也就是说如果一个依赖项比目标项新（也就是说，依赖项的修改时间在目标项之后），或者目标项不存在，那么make就会执行对应的命令来生成或者更新目标项。这种机制可以确保当你修改了一部分源代码后，只有依赖于这部分源代码的目标会被重新编译，而其他不受影响的目标则不会被重新编译。这样可以大大提高编译的效率。

依赖项列表执行示例

假定有三个文件：type.h mysum.c t.c

我们通过以下的方式使用makefile去编译链接这些文件：

myt: type.h t.c mysum.c				#依赖项列表，目标项名称为myt，依赖项为type.h, t.c, mysum.cgcc -o myt t.c mysum.c 		#链接规则

生成的可执行文件名（在例子中是myt）通常与目标项名称匹配。这样可以使得make通过目标项时间戳与依赖项时间戳之间的比较，来决定稍后是否再次构建目标项。

使用mk1作为makefile文件，并且使用make指令去运行该文件：

make -f mk1

make将会构建目标文件(.o文件)，并且将命令执行显示为：

gcc -o myt t.c mysum.c

如果此时再次运行make，将会看到信息：

 make: 'myt' is up to date

这将会意味着make程序不会执行，因为根据makefile文件中目标项和依赖项的时间戳的比较，目标项myt是时间戳中最后一个更改的，因此说明myt已经是根据其他依赖项编译成功的了，无需重新编译。

如果我们从依赖项列表中删除一些文件名称，即使这些文件有更改，make也不会执行rule命令。

原因仍然是时间戳的关系，因为依赖项中的文件少了=当这些文件的时间戳不能被检测

makefile中的宏

在makefile中，宏定义的符号——$被替换为他们的值。

CC = gcc										#将CC替换为GCCCFLAGS = -Wall									#将CFLAGS替换为-WallOBJS = t.o mysum.o								#将OBJS替换为t.o mysum.oINCLUDE = -Ipath								#将将INCLUDE替换为-Ipath，这里其实是告诉编译器在path路径下查找头文件的路径myt: type.h $(OBJS)								#创建了一个目标文件type.h，依赖项包括t.o mysum.o$(CC) $(CFLAGS) -o t $(OBJS) $(INCLUDE)		#gcc -Wall -o t t.o mysum.o path

执行之后出现下面的效果：

gcc -Wall   -c -o solve.o solve.c
gcc -Wall   -c -o myt.o myt.c
gcc -Wall -o t solve.o myt.o -Ipath

对于依赖项列表中的每个.o文件，make首先会将相应的.c文件编译成.o文件（这里你可能会有疑问，这个问题放到本段最后去讨论），但是！这只会适用于.c文件，因为所有的.c文件都依赖于.h文件，所以必须在依赖项列表中显式地包含type.h（当然，其他.h文件也是这样的），不过也有其他解决办法，如下所示

t.o: t.c type.hgcc -c t.c
mysum.o: mysum.c type.hgcc -c mysum.c

如果我们将上述目标项添加到makefile文件中，.c文件或者type.h中的任何更改都将触发make重新编译.c文件。

但是这种方法在工程量巨大的时候会非常繁琐，因此还有其他办法。

你可能会有的疑问

在上面的文章的示例中，我们写了这样的代码：

CC = gcc										#将CC替换为GCCCFLAGS = -Wall									#将CFLAGS替换为-WallOBJS = t.o mysum.o								#将OBJS替换为t.o mysum.oINCLUDE = -Ipath								#将将INCLUDE替换为-Ipath，这里其实是告诉编译器在path路径下查找头文件的路径myt: type.h $(OBJS)								#创建了一个目标文件type.h，依赖项包括t.o mysum.o$(CC) $(CFLAGS) -o t $(OBJS) $(INCLUDE)		#gcc -Wall -o t t.o mysum.o path

但是你可能会有一个问题：我的目录中没有.o文件，我也没有去写对应的规则，为什么它会知道自己去编译同名的.c文件呢？

这是因为Makefile中的规则和隐含规则。在Makefile中，指定了myt依赖于mysum.o和t.o。当你运行make myt时，make会检查mysum.o和t.o是否存在，如果不存在，它会查找能够生成这些文件的规则。

在我们的Makefile中并没有明确的规则来生成solve.o和myt.o，但是make有一套默认的隐含规则。其中一个隐含规则是，如果一个.o文件不存在，make会查找同名的.c文件，然后使用C编译器（在你的Makefile中定义为gcc）来编译这个.c文件，生成对应的.o文件。

所以，即使你的Makefile中并没有明确指定如何从.c文件生成.o文件，make也能通过它的隐含规则自动完成这个过程。

按名称编译目标

什么是按名称编译目标呢？这里的名称并不是指的.c文件或者.o文件的名称，而是指的目标项的名称，以如下程序举例：

假设有下面三个文件：

solve.c:

#include <stdio.h>int solve(int a, int b) {return (a - b) * b;
}

myso.h:

#ifndef _MYSO_H
#define _MYSO_H#include <stdio.h>int solve(int a, int b);#endif

myt:包含main函数的文件

#include <stdio.h>
#include "myso.h"int main() {int a, b;scanf("%d %d", &a, &b);printf("%d", solve(a, b));return 0;
}

那么关于上面三个文件的makefile如下所示：

#makefile
CC = gcc
CFLAGS = -Wall
OBJSC = solve.o myt.o
INCLUDE = -Ipathall: myt installmyt: myso.h $(OBJSC)$(CC) $(CFLAGS) -o myt $(OBJSC) $(INCLUDE)solve.o: solve.c myso.hgcc -c solve.cmyt.o: myt.c myso.hgcc -c myt.cinstall: mytecho install myt to /usr/local/binsudo mv myt /usr/local/bin/run: installecho run executable image mytmyt || /bin/trueclean:rm -f *.o 2> /dev/nullsudo rm -f ./usr/local/bin/myt

接下来对上面的程序中的目标项做出分析：

  • all：这个目标项包括两个依赖项myt和install，当运行这个目标项时
    （指令为make all makefile），会直接执行myt和install两个目标项
  • myt：正常编译链接指令，生成的文件名称为myt，这里不再解释
  • solve.o和myt.o：可有可无，对myt中的依赖项的补充，其实可以由make程序自带的隐式规则自动执行
  • install：将生成的myt文件转移至/usr/local/bin/目录，这个目录中通常放置着用户安装的可执行文件，在系统变量PATH中，该目录地址被包含，因此放在这个目录中的可执行文件可以在terminal中直接执行
  • run：只有install执行之后才会执行，执行myt指令，如果执行成功则结束，如果执行失败就执行/bin/true确保命令的返回值为0，这样可以防止myt运行失败导致整个makefile运行失败
  • clean：删除掉所有.o文件还有可执行文件，包括系统目录中（/usr/local/bin/）对应名称的可执行文件

执行上面的程序时有以下几种方式：

  • make all -f makefile
  • make myt -f makefile
  • make install -f makefile
  • make run -f makefile
  • make clean -f makefile

其功能详细读者已经能够心领神会，这里不再多做解释

makefile 变量 和 后缀规则

makefile支持变量，在makefile中，%是一个与sh中的*类似的通配符变量。

makefile还包含自动变量，这些变量在匹配规则后由make设置，自动变量规定了对目标和依赖项列表中元素的访问（也就是说可以通过自动变量在规则中来表示依赖项名称），下面是makefile的一些自动变量：

  • $@:当前目标名
  • $<:第一个依赖项名
  • $^:所有依赖项名
  • $*:不包含扩展名的当前依赖项名
  • $?:比当前目标更新的依赖项列表

make也支持后缀规则，后缀规则并非目标，而是make程序的指令，我们通过一个例子来了解make变量和后缀规则：

DEPS = type.h
%.o: %.c $(DEPS)$(CC) -c -o $@

在上面的程序中，%.o代表所有.o文件，$@表示设置为当前目标名称，这样可以避免为单个.o文件定义单独的目标。

接下来再举一个后缀规则的例子：

CC = gcc			#编译器
CFLAGS = -I.		#表示搜索路径包含当前目录
OBJS = myt.o solve.o
AS = as				#汇编器
DEPS = type.h.s.o:$(AS) -o $< -o $@	#.s->.o的规则
.c.o:$(CC) -c $< -o $@	#.c->.o的规则
%.o: %.c $(DEPS)$(CC) -c -o $@ $<
myt: $(OBJS)$(CC) $(CFLAGS)	-o $@ $^

其中需要解释的有以下几点：

  • AS = as ：设置变量AS的值为as，表示使用as作为汇编器
  • DEPS = type.h设置变量DEPS的值为type.h，表示依赖的头文件

然后定义了几个规则：

  • .s.o：这是一个后缀规则，表示如何从.s文件生成.o文件。规则的内容是$(AS) -o $< -o $@，表示使用汇编器as将源文件（<）编译为目标文件（@）。
  • .c.o：这是另一个后缀规则，表示如何从.c文件生成.o文件。规则的内容是$(CC) -c $< -o $@，表示使用C编译器gcc将源文件（<）编译为目标文件（@）。
  • %.o: %.c $(DEPS)：这是一个模式规则，表示如何从.c文件和依赖的头文件生成.o文件。规则的内容是$(CC) -c -o $@ $<，表示使用C编译器gcc将源文件（<）编译为目标文件（@）。

这些规则指定：对于每一个.o文件，如果他们的时间戳不同，即.s或者.o文件已经修改，则应当立即创建一个与之对应的.s或者.o文件。

最后定义了一个目标：

  • myt: $(OBJS)：这是一个目标，表示如何从目标文件生成可执行文件myt。规则的内容是$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^，表示使用C编译器gcc和编译选项-I.将所有的目标文件链接为可执行文件myt（@）。

嵌套makefile

大型的C语言变成项目通常由数十到数百个源文件组成。为了便于维护，源文件通常被放到不同级别的目录中，每个目录都有自己的makefile。make很容易进入子目录以通过命令执行该目录中的本地makefile：

(cd DIR; $(MAKE)) OR cd DIR && $(MAKE)

关于这个指令，具有如下值得在意的解释：

  • (cd DIR; $(MAKE))：这个命令会在一个子shell中执行。首先，它会切换到DIR目录，然后在该目录中执行Makefile文件。执行完毕后，它会返回到原来的目录。这个命令的优点是不会改变当前shell的工作目录，但是如果cd DIR命令失败，它仍然会尝试执行$(MAKE)命令。

  • cd DIR && $(MAKE)：这个命令会在当前的shell中执行。它首先会切换到DIR目录，如果成功，然后在该目录中执行Makefile文件。如果cd DIR命令失败，它不会执行$(MAKE)命令。这个命令的优点是如果cd DIR命令失败，它不会尝试执行$(MAKE)命令，从而避免可能的错误。但是，它会改变当前shell的工作目录。

废话不多说，上例子：
假设你有一个项目，它的目录结构如下：

/myprojectMakefile/srcMakefilemain.c/libMakefilemylib.c

在这个项目中，src目录和lib目录都有自己的Makefile文件。你可以在顶级目录的Makefile文件中使用make命令来调用子目录中的Makefile文件，如下所示：

# /myproject/Makefile
all:make -C srcmake -C lib

在这个Makefile文件中，make -C src命令会切换到src目录，并调用该目录中的Makefile文件。同样，make -C lib命令会切换到lib目录，并调用该目录中的Makefile文件。

当然还有其他的两种写法：

# /myproject/Makefile
all:(cd src; $(MAKE))(cd lib; $(MAKE))

或者

# /myproject/Makefile
all:cd src && $(MAKE)cd lib && $(MAKE)

如果子文件中的makefile文件是其他名称怎么办呢？可以这样写：

  1. make -C DIR -f MyMakefile
  2. (cd DIR; $(MAKE) -f MyMakefile)
  3. cd DIR && $(MAKE) -f MyMakefile

这三种方法都可以用来在子目录中执行具有特定名称的Makefile文件。

然后，在src目录和lib目录中的Makefile文件中，你可以定义如何编译该目录中的源文件，例如：

# /myproject/src/Makefile
CC = gcc
CFLAGS = -I../lib
OBJS = main.o%.o: %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@main: $(OBJS)$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^

# /myproject/lib/Makefile
CC = gcc
CFLAGS = -I.
OBJS = mylib.o%.o: %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@mylib: $(OBJS)$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^

在这两个Makefile文件中，我们定义了如何从.c文件生成.o文件，以及如何从.o文件生成可执行文件或库文件。

在顶级目录中运行make命令时，make工具会自动编译和链接所有的源文件，无论它们在哪个子目录中。

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