一个工程实例来学习 Makefile
<p><em>March 3, 2015 8:19 PM</em></p><h1 id="makefile-文件的编写">Makefile 文件的编写</h1>
<h2 id="学习前的准备">学习前的准备</h2>
<p>需要准备的工程目录结构如下：</p>
<pre><code>.
├── add
│ ├── add_float.c
│ ├── add.h
│ └── add_int.c
├── main.c
└── sub
├── sub_float.c
├── sub.h
└── sub_int.c
</code></pre>
<p>文件编译为可执行文件cacu<br>
<strong>NOTE：</strong>需要的源代码:MakefileExample.tar</p>
<h2 id="makefile的介绍">Makefile的介绍</h2>
<p>使用 GCC 的命令行进行程序编译在单个文件下是比较方便的，当工程中的文件逐渐增多，甚至变得十分庞大的时候，使用 GCC 命令编译就会变得力不从心。Linux 中的 make 工具提供了一种管理工程的功能，可以方便的进行程序的编译，对更新的文件进行重编译。</p>
<p>Makefile的基本格式为：</p>
<pre><code class="language-makefile">TARGET... : DEPENDEDS...
COMMAND
...
...
</code></pre>
<ul>
<li>TARGET:规则所定义的目标，通常是最后生成的文件，也可以是一个“动作”，称之为“伪目标”。</li>
<li>DEPENDEDS：执行此规则所必须的依赖条件。</li>
<li>COMMAND：规则所执行的命令。命令可以是多个，每个命令占一行，以 Tab 开头。</li>
</ul>
<h2 id="动手编写多文件工程的makefile">动手编写多文件工程的Makefile</h2>
<h3 id="1命令行编译程序">1.命令行编译程序</h3>
<p>如果在命令行下手动编译该程序比较麻烦，需要先编译每个文件，生成目标文件，最后再将5个目标文件编译成可执行文件。</p>
<pre><code class="language-bash">#get add_int.o target
gcc -c add/add_int.c -o add/add_int.o -ggdb
#get add_float.o target
gcc -c add/add_float.c -o add/add_float.o -ggdb
#get sub_float.o target
gcc -c sub/sub_float.c -o sub/sub_float.o -ggdb
#get sub_int.o target
gcc -c sub/sub_int.c -o sub/sub_int.o -ggdb
#get main.o target
gcc -c main.c -o main.o -Iadd -Isub -ggdb
#get cacu bin file
gcc -o cacu add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o -ggdb
#get main.S target
gcc -S add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
</code></pre>
<h3 id="2多文件的makefile">2.多文件的Makefile</h3>
<p>使用make进行项目管理，需要编写Makefile。在编译时，make程序按照顺序从Makefile文件中读取指令，依次执行！</p>
<pre><code class="language-makefile">#get cacu bin file
cacu:add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
gcc -o cacu add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o -ggdb
#get add_int.o target
add_int.o:add/add_int.c add/add.h
gcc -c -o add/add_int.o add/add_int.c -ggdb
#get add_float.o target
add_float.o:add/add_float.c add/add.h
gcc -c -o add/add_float.o add/add_float.c -ggdb
#get sub_int.o target
sub_int.o:sub/sub_int.c sub/sub.h
gcc -c -o sub/sub_int.o sub/sub_int.c -ggdb
#get sub_float.o target
sub_float.o:sub/sub_float.c sub/sub.h
gcc -c -o sub/sub_float.o sub/sub_float.c -ggdb
#get main.o target
main.o:main.c add/add.h sub/sub.h
gcc -c -o main.o main.c -Iadd -Isub -ggdb
#clean project
clean:
rm -f cacu add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
</code></pre>
<p>当需要编译工程时，直接在工程目录中执行<code>make</code>即可。如果想清除编译过程中生成的目标文件和cacu，执行<code>make clean</code>即可。</p>
<h3 id="3使用用户自定义变量的makefile">3.使用用户自定义变量的Makefile</h3>
<p>在Makefile文件中，用户可以自定义变量，方便用户修改参数。<br>
使用变量后，原本冗长的文件可以化简为：</p>
<pre><code class="language-makefile">CC = gcc
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_float.o sub/sub_int.o main.o
TARGET = cacu
RM = rm -f
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
$(OBJS):%o:%c
$(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $@
clean:
$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
</code></pre>
<p><strong>NOTE：</strong><code>$(OBJS):%.o:%.c</code>中 %.o:%.c 是将 $(OBJS) 中以 .o 结尾的文件替换成以 .c 结尾的文件。</p>
<p>其中 $< 和 $@ 是自动化变量,下一节会介绍。</p>
<h3 id="4使用预定义变量的makefile">4.使用预定义变量的Makefile</h3>
<p>在Makefile中还有一些变量是系统预定义的，用户可以直接使用。</p>
<p><strong>Makefile中经常使用的变量及含义</strong></p>
<table>
<thead>
<tr>
<th style="text-align: left">变量名</th>
<th style="text-align: left">含 义</th>
<th style="text-align: left">默 认 值</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td style="text-align: left">AR</td>
<td style="text-align: left">生成静态库库文件的程序名称</td>
<td style="text-align: left">ar</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">AS</td>
<td style="text-align: left">汇编编译器的名称</td>
<td style="text-align: left">as</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CC</td>
<td style="text-align: left">C语言编译器的名称</td>
<td style="text-align: left">cc</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CPP</td>
<td style="text-align: left">C语言预编译器的名称</td>
<td style="text-align: left">$(CC) -E</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CXX</td>
<td style="text-align: left">C++语言编译器的名称</td>
<td style="text-align: left">g++</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">FC</td>
<td style="text-align: left">FORTRAN语言编译器的名称</td>
<td style="text-align: left">f77</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">RM</td>
<td style="text-align: left">删除文件程序的名称</td>
<td style="text-align: left">rm -f</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">ARFLAGS</td>
<td style="text-align: left">生成静态库库文件程序的选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">ASFLAGS</td>
<td style="text-align: left">汇编语言编译器的编译选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CFLAGS</td>
<td style="text-align: left">C语言编译器的编译选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CPPFLAGS</td>
<td style="text-align: left">C语言预编译器的编译选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">CXXFLAGS</td>
<td style="text-align: left">C++语言编译器的编译选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: left">FFLAGS</td>
<td style="text-align: left">FORTRAN语言编译器的编译选项</td>
<td style="text-align: left">无默认值</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>因此，前面的Makefile文件可以改写成：</p>
<pre><code class="language-makefile">CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
</code></pre>
<p>其中变量<code>$(CC) $(RM)</code>可以直接使用，默认值分别是<code>cc</code>和<code>rm -f</code>。另外<code>CFLAGS</code>等变量是调用编译器时的默认选项配置，在生成<code>main.o</code>时没有指定编译选项，make程序自动调用了文件中定义的<code>CFLAGS</code>选项来增加头文件的搜索路径。</p>
<h3 id="5使用自动变量的makefile">5.使用自动变量的Makefile</h3>
<p>还记得上面出现的 $< 和 $@ 吗？它们是Makefile中的自动变量，分别代表依赖项和目标项。下面是一些常见的自动变量及其含义：</p>
<p><strong>Makefile 中常见的自动变量和含义</strong></p>
<table>
<thead>
<tr>
<th style="text-align: center">变量</th>
<th style="text-align: left">含义</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td style="text-align: center">*</td>
<td style="text-align: left">表示目标文件的名称，不包含目标文件的扩展名</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: center">+</td>
<td style="text-align: left">表示所有的依赖文件，这些依赖文件之间以空格分开，按照出现的先后为顺序，其中可能包含重复的依赖文件</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: center"><</td>
<td style="text-align: left">表示依赖项中第一个依赖文件的名称</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: center">?</td>
<td style="text-align: left">依赖项中，所有目标文件时间戳晚的依赖文件，依赖文件之间以空格分开</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: center">@</td>
<td style="text-align: left">目标项中目标文件的名称</td>
</tr>
<tr>
<td style="text-align: center">^</td>
<td style="text-align: left">依赖项中，所有不重复的依赖文件，这些文件之间以空格分开</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>由此，对上面的Makefile文件进行重写，代码如下：</p>
<pre><code class="language-makefile">CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS)
$(OBJS):%o:%c
$(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
</code></pre>
<h3 id="6设置搜索路径">6.设置搜索路径</h3>
<p>在大的系统中，通常存在很多目录，手动添加目录的方法不仅十分笨拙而且容易造成错误。Make 的目录搜索功能提供了一个解决此问题的方法，指定需要搜索的目录， make 会自动找到指定文件的目录并添加到文件上， VPATH 变量可以实现此目的。VPATH 变量的使用方法如下：</p>
<pre><code>VPATH = path1:path2:...
</code></pre>
<p>VPATH 右边是冒号（:）分割路径名称，例如下面的指令：</p>
<pre><code class="language-makefile">VPATH = add:sub
add_int.o:%.o:%.c
$(CC) -c -o $@ $<
</code></pre>
<p>Make 的搜索路径包含 add 和 sub 目录。add_int.o 规则自动扩展成如下代码：</p>
<pre><code class="language-makefile">add_int.o:add/add_int.c
cc -c -o add_int.o add/add_int.c
</code></pre>
<p>用添加路径的方法改写上面的 Makefile 文件，代码如下：</p>
<pre><code class="language-makefile">CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJDIR = objs
VPATH = add:sub:.
OBJS = add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJSDIR) $(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJDIR)/*.o $(CFLAGS)
$(OBJDIR):
mkdir -p ./$@
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $(OBJDIR)/$@
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJDIR)/*.o -r
</code></pre>
<h3 id="7自动推导规则">7.自动推导规则</h3>
<p>使用命令 make 编译扩展名为 .c 的 C 语言文件的时候，源文件的编译规则不用明确地给出。这是因为 make 进行编译的时候会使用一个默认的编译规则，按照默认规则完成对 .c 文件的编译，生成对应的 .o 文件。它执行命令 <code>cc -c</code> 来编译 .c 源文件。在 Makefile 中只需要给出需要重建的目标文件（一个 .o 文件），make 会自动为这个 .o 文件寻找合适的依赖文件（对应的 .c 文件），并且使用默认的命令来构建这个目标文件。</p>
<p>对于上边的例子，默认规则是使用命令<code>cc -c main.c -o main.o</code>来创建文件 main.o 。对一个目标文件是“文件名.o“，依赖文件是”文件名.c“的规则，可以省略其编译规则的命令行，由 make 命令决定如何使用编译命令和选项。此默认规则称为 make 的隐含规则。</p>
<p>这样，在书写 Makefile 时，就可以省略掉描述 .c 文件和 .o 依赖关系的规则，而只需要给出那些特定的规则描述（.o 目标所需要的 .h 文件）。因此上面的例子可以使用更加简单的方式书写， Makefile 文件的内容如下：</p>
<pre><code class="language-makefile">CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
VPATH = add:sub
OBJS = add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJS)
</code></pre>
<h3 id="8递归-make">8.递归 make</h3>
<p>对于规模比较大的程序，需要多个人在多个目录下进行开发。如果只用一个 Makefile 来维护就会比较麻烦，因此可以在每个目录下建立自己的 Makefile ，然后在总控 Makefile 中调用子目录的 Makefile 文件。</p>
<p>目录结构如下：</p>
<pre><code>.
├── add
│ ├── add_float.c
│ ├── add.h
│ ├── add_int.c
│ └── Makefile
├── main.c
├── Makefile
└── sub
├── Makefile
├── sub_float.c
├── sub.h
└── sub_int.c
</code></pre>
<p><strong>1.递归调用的方式</strong></p>
<pre><code class="language-Makefile">add：
cd add && $(MAKE)
</code></pre>
<p>它等价于</p>
<pre><code class="language-makefile">add：
$(MAKE) -C add
</code></pre>
<p><strong>2.总控Makefile</strong></p>
<pre><code class="language-makefile">CC = gcc
CFLAGS = -O2
TARGET = cacu
export OBJSDIR = $(shell pwd)/objs
$(TARGET):$(OBJSDIR) main.o
$(MAKE) -C add
$(MAKE) -C sub
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJSDIR)/*.o
$(OBJSDIR):
mkdir -p $@
main.o:%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS) -Iadd -Isub
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJSDIR)/*.o
</code></pre>
<p>如果总控 Makefile 中的一些变量需要传递给下层的 Makefile，可以使用 export 命令。如：<code>export OBJSDIR = ./objs</code></p>
<p><strong>3.子目录Makefile的编写</strong></p>
<p>Add 目录下的 Makefile 如下：</p>
<pre><code class="language-makefile">OBJS = add_int.o add_float.o
all:$(OBJS)
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS)
clean:
$(RM) $(OBJS)
</code></pre>
<p>Sub 目录下的 Makefile 如下：</p>
<pre><code class="language-makefile">OBJS = sub_int.o sub_float.o
all:$(OBJS)
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS)
clean:
$(RM) $(OBJS)
</code></pre>
<h2 id="makefile-中的函数">Makefile 中的函数</h2>
<h3 id="1获取匹配模式的文件名wildcard">1.获取匹配模式的文件名wildcard</h3>
<p>这个函数的功能是查找当前目录下所有符合模式 PATTERN 的文件名，其返回值是以空格分割的、当前目录下的所有符合模式 PATTERN 的文件名列表。其原型如下：</p>
<p><code>$(wildcard PATTERN)</code></p>
<p>例如，如下模式返回当前目录下所有扩展名位 .c 的文件列表。</p>
<p><code>$(wildcard *.c)</code></p>
<h3 id="2模式替换函数patsubst">2.模式替换函数patsubst</h3>
<p>这个函数的功能是查找字符串 text 中按照空格分开的单词，将符合模式 pattern 的字符串替换成 replacement。 Pattern 中的模式可以使用通配符， % 代表 0 个到 n 个字符，当 pattern 和 replacement 中都有 % 时，符合条件的字符将被 replacement 中的替换。函数的返回值是替换后的新字符串。其原型如下：</p>
<p><code>$(patsubst pattern, replacement, text)</code></p>
<p>例如，需要将 C 文件替换为 .o 的目标文件可以使用如下模式：</p>
<p><code>$(patsubst %.c, %.o, add.c)</code></p>
<p>上面的模式将 add.c 字符串作为输入，当扩展名为 .c 时符合模式 %.c ,其中 % 在这里代表 add，替换为 add.o，并作为输出字符串。</p>
<p><code>$(patsubst %.c, %.o, $(wildcard *.c))</code></p>
<p>输出的字符串将当前扩展名为 .c 的文件替换成 .o 的文件列表。</p>
<h3 id="3循环函数foreach">3.循环函数foreach</h3>
<p>这个函数的原型为：</p>
<p><code>$(foreach VAR, LIST, TEXT)</code></p>
<p>函数的功能为 foreach 将 LIST 字符串中一个空格分割的单词，先传给临时变量 VAR ，然后执行 TEXT 表达式， TEXT 表达式处理结束后输出。其返回值是空格分割表达式 TEXT 的计算结果。</p>
<p>例如，对于存在 add 和 sub 的两个目录，设置 DIRS 为 "add sub ./" 包含目录 add、sub 和当前目录。表达式 <code>$(wildcard $(dir)/*.c)</code> ,可以取出目录 add 和 sub 及当前目录中的所有扩展名为 .c 的C语言源文件：</p>
<pre><code class="language-makefile">DIRS = sub add ./
FILES = $(foreach dir, $(DIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
</code></pre>
<p>利用上面几个函数对原有的 Makefile 文件进行重新编写，使新的 Makefile 可以自动更新各个目录下的C语言源文件：</p>
<pre><code class="language-makefile">CC = gcc
CFLAGS = -O2 -Iadd -Isub
TARGET = cacu
DIRS = sub add .
FILES = $(foreach dir, $(DIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(FILES))
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS)
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJS)
</code></pre>
<h2 id="总结">总结</h2>
<p>至此，已经可以阅读大部分软件的 Makefile 了～～～</p>
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