Make/Makefile完全指南

一、引言

在軟件開發(fā)的世界里，構(gòu)建項目是一項重復且繁瑣的工作。

尤其是對于大型項目，編譯源文件、鏈接庫、生成可執(zhí)行文件等操作可能涉及成百上千個文件，手動管理這些過程幾乎是不可能的。

這時，自動化構(gòu)建工具就顯得尤為重要。

二、Make/Makefile 基礎(chǔ)概念

1. 什么是 Make？

Make 是一個自動化構(gòu)建工具，它根據(jù) Makefile 中定義的規(guī)則來編譯和鏈接程序。

Make 的核心思想是：只重新構(gòu)建那些發(fā)生了變化的文件，從而大大提高構(gòu)建效率。

2. 什么是 Makefile？

Makefile 是一個文本文件，包含了一系列規(guī)則，告訴 Make 如何構(gòu)建你的項目。

一個簡單的 Makefile 可能包含源文件、目標文件、依賴關(guān)系以及構(gòu)建命令等信息。

3. 為什么需要 Make/Makefile？

• 提高效率：自動檢測文件變化，只重新編譯必要的文件。
• 簡化流程：將復雜的構(gòu)建過程抽象為簡單的命令。
• 便于維護：項目結(jié)構(gòu)和構(gòu)建規(guī)則清晰明了。

三、Makefile 基本語法

1. 規(guī)則的基本格式

Makefile 由一系列規(guī)則組成，每個規(guī)則的基本格式如下：

target: dependencies
    command1
    command2
    ...

• target：目標文件或操作名稱。
• dependencies：目標文件所依賴的文件或目標。
• command：構(gòu)建目標所需執(zhí)行的命令（必須以 Tab 鍵開頭）。

2. 簡單示例

下面是一個簡單的 Makefile 示例，用于編譯一個 C 程序：

hello: hello.c
    gcc -o hello hello.c

這個 Makefile 定義了一個規(guī)則：目標是生成可執(zhí)行文件 hello，它依賴于 hello.c 文件，構(gòu)建命令是使用 gcc 編譯 hello.c。

3. 變量的使用

在 Makefile 中，可以使用變量來簡化代碼。例如：

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g

hello: hello.c
    $(CC) $(CFLAGS) -o hello hello.c

這里定義了兩個變量：CC 表示編譯器，CFLAGS 表示編譯選項。使用 $(變量名) 來引用變量。

4. 自動變量

Make 提供了一些自動變量，用于簡化規(guī)則的編寫：

• $@：表示當前目標。
• $<：表示第一個依賴文件。
• $^：表示所有依賴文件。

使用自動變量，上面的示例可以改寫為：

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g

hello: hello.c
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $<

四、Makefile 高級特性

1. 模式規(guī)則

模式規(guī)則允許定義通用的編譯規(guī)則，適用于一類文件。例如：

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g

%.o: %.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

這個規(guī)則表示如何從 .c 文件生成 .o 文件，適用于所有的 C 源文件。

2. 靜態(tài)模式規(guī)則

靜態(tài)模式規(guī)則用于為一組目標定義相同的構(gòu)建規(guī)則。例如：

objects = foo.o bar.o baz.o

$(objects): %.o: %.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

這個規(guī)則表示如何從對應的 .c 文件生成 foo.o、bar.o 和 baz.o。

3. 函數(shù)的使用

Makefile 提供了一些內(nèi)置函數(shù)，用于處理文件列表、字符串等。例如：

SRCS = $(wildcard *.c)
OBJS = $(patsubst %.c,%.o,$(SRCS))

all: $(OBJS)

• wildcard 函數(shù)用于獲取所有匹配的文件列表。
• patsubst 函數(shù)用于模式替換。

4. 偽目標

偽目標所修飾的依賴關(guān)系，即使在執(zhí)行過一次后，仍然會被強制執(zhí)行。

偽目標不是真正的文件名，而是一種執(zhí)行命令的方式。例如：

.PHONY: clean

clean:
    rm -f *.o hello

.PHONY 聲明 clean 為偽目標，這樣即使當前目錄下存在名為 clean 的文件，Make 也會執(zhí)行對應的命令。

偽目標詳細說明

stat

在說偽目標之前，就要談到stat這個指令，stat 命令用于顯示文件或文件系統(tǒng)的詳細信息，包括文件類型、權(quán)限、時間戳、inode 信息等。

時間戳的區(qū)別：

stat 輸出中包含三種時間戳：

• Access (atime)：文件最后被訪問的時間（如 cat、less 命令讀取文件）。一般來說，為了提高效率，會在執(zhí)行幾次modify 和 change 后 access 才會改變。
• Modify (mtime)：文件內(nèi)容最后被修改的時間（如 vim 編輯文件后保存）。修改文件內(nèi)容時間
• Change (ctime)：文件元數(shù)據(jù)（如權(quán)限、所有者）最后被更改的時間。修改文件屬性時間

** 在我們使用make指令時，當使用一次之后，有時會顯示不能夠再次使用，這是因為只有在源文件最近的修改時間比可執(zhí)行文件要老時，才能夠執(zhí)行 **

只需要比較可執(zhí)行程序最近的修改時間和源文件最近的修改時間（使用時間戳比較） .exe 新于 .c 源文件，不需要重新編譯 .exe 老于 .c 源文件，需要重新編譯

所以說，為了不受修改時間對指令的影響，就引入了偽目標這一概念。

偽目標

在 Makefile 里，偽目標（phony target）并非代表實際的文件，它的作用是把多個命令組織起來，達成特定的構(gòu)建目的。

當你執(zhí)行 make 命令并帶上偽目標名稱時，Make 會直接執(zhí)行該偽目標所關(guān)聯(lián)的命令，而不會去檢查是否存在同名文件，也不會考慮文件的更新時間。

偽目標的關(guān)鍵特性

1. 不對應實際文件：偽目標的名稱在文件系統(tǒng)中找不到對應的文件。
2. 強制執(zhí)行命令：不管文件是否有更新，Make 都會執(zhí)行偽目標的命令。
3. 避免命名沖突：要是目錄中存在和目標同名的文件，使用偽目標就能防止規(guī)則被錯誤觸發(fā)。

為什么需要 .PHONY 聲明？

在 Makefile 中，使用 .PHONY 來聲明偽目標是很有必要的。如果不這樣做，當目錄中存在與目標同名的文件時，Make 可能會認為目標已經(jīng)是最新的，從而不會執(zhí)行相應的命令。

例如，要是沒有 .PHONY 聲明：

makefile
clean:
    rm -f *.o

當目錄中存在名為 clean 的文件時，執(zhí)行 make clean 命令不會刪除任何 .o 文件，因為 Make 覺得目標 clean 已經(jīng)是最新狀態(tài)了。

而加上 .PHONY 聲明后：

makefile
.PHONY: clean
clean:
    rm -f *.o

無論是否存在 clean 文件，Make 都會執(zhí)行 rm -f *.o 命令。

五、Makefile 實戰(zhàn)技巧

1. 調(diào)試技巧

• 使用 make -n 查看將要執(zhí)行的命令，但不實際執(zhí)行。
• 使用 make -d 顯示詳細的調(diào)試信息。
• 在命令前加 @ 可以不顯示該命令本身，只顯示結(jié)果。
• make會一層又一層地去找文件的依賴關(guān)系，直到最終編譯出第一個目標文件。在找尋的過程中，如果出現(xiàn)錯誤，比如最后被依賴的文件找不到，那么make就會直接退出，并報錯，而對于所定義的命令的錯誤，或是編譯不成功，make根本不理。make只管文件的依賴性，即，如果在我找了依賴關(guān)系之后，冒號后面的文件還是不在，就不會工作了。
• 單獨使用make指令時，會自動執(zhí)行makefile文件的第一條依賴關(guān)系。

2. 并行構(gòu)建

使用 make -jN 可以并行執(zhí)行 N 個任務(wù)，加快構(gòu)建速度。例如：

make -j4  # 并行執(zhí)行 4 個任務(wù)

3. 條件編譯

可以在 Makefile 中使用條件語句，根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同的命令。例如：

ifeq ($(DEBUG), 1)
CFLAGS += -DDEBUG -g
endif

總結(jié)

Make/Makefile 是 Linux 系統(tǒng)中強大的自動化構(gòu)建工具，通過合理使用 Makefile 的各種特性，可以高效地管理復雜項目的構(gòu)建過程。

本文介紹了 Make/Makefile 的基礎(chǔ)知識、語法、高級特性以及在大型項目中的組織方法和實戰(zhàn)技巧。掌握這些內(nèi)容后，你將能夠編寫高效、靈活的 Makefile，提高軟件開發(fā)效率。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。