C语言Makefile文件制作

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  本文摘抄自“跟我一起写Makefile ”，只是原文中我自己感觉比较精要的一部分，并且只针对C语言，使用GCC编译器。 原文请看这里：http://wiki.ubuntu.org.cn/%E8%B7%9F%E6%88%91%E4%B8%80%E8%B5%B7%E5%86%99Makefile

        写完之后才发现基本上都是一些比较枯燥的规则，看看一、二、八三个部分就可以了。当作参考工具吧，什么时候用到了再来看看。

一、概述

        我所使用的make 版本是 GNU Make 3.81，使用的系统是 Ubuntu 10.10，GCC版本为 4.4.5。与原文作者使用的Make 版本很相似。

1.1  关于程序的编译和链接

        对于C语言的编译，首先要把源文件编译成中间代码文件，即.o文件（在Windows下是.obj文件）。这个动作叫做编译（compile）。然后再把大量Object File合成执行文件，这个动作叫做链接（link）。更加详细的内容可以参考这里：使用gcc编译C程序的详细过程

        编译时，编译器主要检查语法、函数与变量的声明是否正确。函数的声明通常放在头文件中（头文件中应该只放声明，对于函数的具体实现则应该放到单独的 .c 源文件中），你告诉编译器头文件所在的位置，编译器就会到相应的地方去找函数声明。只要语法正确，编译器就会生成中间文件。一般来说一个源文件（.c）对应一个目标文件（.o）。

        链接时，主要是链接函数和全局变量，所以，我们可以使用这些中间目标文件（O文件或是OBJ文件）来链接我们的应用程序，并不需要源文件的存在。在很多时候，由于中间目标文件太多，而在链接时需要明显地指出中间目标文件名，这对于编译很不方便，所以，我们要给中间目标文件打个包，在Windows下这种包叫“库文件”（Library File)，也就是 .lib 文件，在UNIX下，是Archive File，也就是 .a 文件。

二、Makefile 介绍

2.1   Makefile的规则

target ... : prerequisites ...
	command
	...
	...

        target可以是一个object file(目标文件)，也可以是一个执行文件，还可以是一个标签（label）。对于标签这种特性，在后续的“伪目标”章节中会有叙述。

        prerequisites就是，要生成那个target所需要的文件或是目标。

        command也就是make需要执行的命令。（任意的shell命令）。注意command之前是TAB键，并非空格键。

2.2   一个试例

        一个工程有3个头文件，和8个c文件，关系如下图：

        我们的makefile应该是下面的这个样子的:

edit : main.o kbd.o command.o display.o 		insert.o search.o files.o utils.o
	cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o 		insert.o search.o files.o utils.o

main.o : main.c defs.h
	cc -c main.c
kbd.o : kbd.c defs.h command.h
	cc -c kbd.c
command.o : command.c defs.h command.h
	cc -c command.c
display.o : display.c defs.h buffer.h
	cc -c display.c
insert.o : insert.c defs.h buffer.h
	cc -c insert.c
search.o : search.c defs.h buffer.h
	cc -c search.c
files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
	cc -c files.c
utils.o : utils.c defs.h
	cc -c utils.c
clean :
	rm edit main.o kbd.o command.o display.o 		insert.o search.o files.o utils.o

        make命令会找到Makefile文件中第一个target，并且把它当做最终的目标文件。Makefile所指示出来的关系就是我们在上面的图中所展示的关系。

2.3   Makefile中使用变量

        makefile的变量也就是一个字符串，理解成C语言中的宏可能会更好。

objects = main.o kbd.o command.o display.o 		insert.o search.o files.o utils.o

edit : $(objects)
	cc -o edit $(objects)

2.4  让make自动推导

        只要make看到一个[.o]文件，它就会自动的把[.c]文件加在依赖关系中。

objects = main.o kbd.o command.o display.o 		insert.o search.o files.o utils.o
 cc = gcc

edit : $(objects)
	cc -o edit $(objects)

main.o : defs.h
kbd.o : defs.h command.h
command.o : defs.h command.h
display.o : defs.h buffer.h
insert.o : defs.h buffer.h
search.o : defs.h buffer.h
files.o : defs.h buffer.h command.h
utils.o : defs.h

.PHONY : clean
clean :
	rm edit $(objects)

“.PHONY”表示，clean是个伪目标文件。

2.5   清空目标文件的规则

.PHONY : clean
clean :
	-rm edit $(objects)

在rm命令前面加了一个小减号的意思就是，也许某些文件出现问题，但不要管，继续做后面的事。当然，clean的规则不要放在文件的开头，不然，这就会变成make的默认目标，相信谁也不愿意这样。不成文的规矩是——“clean从来都是放在文件的最后”。

2.6   Makefile中有什么？

Makefile里主要包含了五个东西：显式规则、隐晦规则、变量定义、文件指示和注释。

1. 显式规则。显式规则说明了，如何生成一个或多的的目标文件。这是由Makefile的书写者明显指出，要生成的文件，文件的依赖文件，生成的命令。
2. 隐晦规则。由于我们的make有自动推导的功能，所以隐晦的规则可以让我们比较简略地书写Makefile，这是由make所支持的。
3. 变量的定义。在Makefile中我们要定义一系列的变量，变量一般都是字符串，这个有点像你C语言中的宏，当Makefile被执行时，其中的变量都会被扩展到相应的引用位置上。
4. 文件指示。其包括了三个部分，一个是在一个Makefile中引用另一个Makefile，就像C语言中的include一样；另一个是指根据某些情况指定Makefile中的有效部分，就像C语言中的预编译#if一样；还有就是定义一个多行的命令。有关这一部分的内容，我会在后续的部分中讲述。
5. 注释。Makefile中只有行注释，和UNIX的Shell脚本一样，其注释是用“#”字符，这个就像C/C++中的“//”一样。如果你要在你的Makefile中使用“#”字符，可以用反斜框进行转义，如：“\#”。

最后，还值得一提的是，在Makefile中的命令，必须要以[Tab]键开始。

2.7   引用其他Makefile

        在include前面可以有一些空字符，但是绝不能是[Tab]键开始。你有这样几个Makefile：a.mk、b.mk、c.mk，还有一个文件叫foo.make，以及一个变量$(bar)，其包含了 e.mk和f.mk。

include foo.make *.mk $(bar)

如果文件都没有指定绝对路径或是相对路径的话，make会在当前目录下首先寻找，如果当前目录下没有找到，那么，make还会在下面的几个目录下找：

1. 如果make执行时，有“-I”或“--include-dir”参数，那么make就会在这个参数所指定的目录下去寻找。
2. 如果目录<prefix>;/include（一般是：/usr/local/bin或/usr/include）存在的话，make也会去找。

如果有文件没有找到的话，make会生成一条警告信息，但不会马上出现致命错误。它会继续载入其它的文件，一旦完成makefile的读取， make会再重试这些没有找到，或是不能读取的文件，如果还是不行，make才会出现一条致命信息。如果你想让make不理那些无法读取的文件，而继续执行，你可以在include前加一个减号“-”，其表示，无论include过程中出现什么错误，都不要报错继续执行。

2.8   make的工作方式

GNU的make工作时的执行步骤入下：（想来其它的make也是类似）

1. 读入所有的Makefile。
2. 读入被include的其它Makefile。
3. 初始化文件中的变量。
4. 推导隐晦规则，并分析所有规则。
5. 为所有的目标文件创建依赖关系链。
6. 根据依赖关系，决定哪些目标要重新生成。
7. 执行生成命令。

1-5步为第一个阶段，6-7为第二个阶段。第一个阶段中，如果定义的变量被使用了，那么，make会把其展开在使用的位置。但make并不会完全马上展开，make使用的是拖延战术，如果变量出现在依赖关系的规则中，那么仅当这条依赖被决定要使用了，变量才会在其内部展开。

        看完这些再看 第八部分：隐含规则，就可以了，中间的都不用看了。我怎么写了这么多。

三、书写规则

3.1   文件搜索

        使用特殊变量VPATH 来搜索，如果不指定，make只会在当前的目录中去找寻依赖文件和目标文件。指定了这个变量，在当前目录搜索完而找不到之后会搜索相应目录。

VPATH = src:../headers

        目录之间用冒号隔开。

        还可以使用vpath关键字，它的使用方法有三种：这里只说一种，详情看原文。

1、vpath <pattern> <directories>

为符合模式<pattern>的文件指定搜索目录<directories>。

        vapth使用方法中的<pattern>需要包含“%”字符。“%”的意思是匹配零或若干字符，（需引用“%”，使用“\%"）例如，“%.h”表示所有以 “.h”结尾的文件。<pattern>指定了要搜索的文件集，而<directories>则指定了< pattern>的文件集的搜索的目录。

vpath %.h ../headers

3.2   伪目标         比如刚开始我们指定的

.PHONY : clean
clean :
	rm *.o temp

        也可以为伪目标指定依赖文件，常见于all，并且把它放在最前，指定为Makefile的终极目标。由于all是伪目标，所以不会生成all文件。

all : prog1 prog2 prog3
.PHONY : all

3.3   静态模式         静态模式可以更加容易地定义多目标的规则，语法：

<targets ...>: <target-pattern>: <prereq-patterns ...>
	<commands>
	...

        如下面的例子：

objects = foo.o bar.o

all: $(objects)

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

        等价于：

foo.o : foo.c
	$(CC) -c $(CFLAGS) foo.c -o foo.o
bar.o : bar.c
	$(CC) -c $(CFLAGS) bar.c -o bar.o

        $(objects): %.o: %.c，这里先把$(object) 在这里展开，表示把所有objects之中的.o文件都用.c文件与之对应起来。

        $< 表示依赖文件，这里即.c文件， $@ 表示target文件，这里即.o文件。

3.4   自动生成依赖性

        在GCC中，我们用gcc –MM main.c 这条命令就可以查看所有main.o 的依赖关系。于是，可以利用这一特性来让Makefile自动生成依赖关系，不用我们自己写了。

        具体看这里。

四、书写命令

        每条规则中的命令和操作系统Shell的命令行是一致的。make会按顺序一条一条的执行命令，每条命令的开头必须以[Tab]键开头，除非，命令是紧跟在依赖规则后面的分号后的。

4.1   显示命令

        用“@”字符在命令行前，那么，这个命令将不被make显示出来。

        make执行时，带入make参数“-n”或“--just-print”，那么其只是显示命令，但不会执行命令。利于调试Makefile。

        make参数“-s”或“--slient”则是全面禁止命令的显示。

4.2   命令执行

        如果上一条命令执行的结果需要在下一条指令中使用，那么这两个指令应该放在一行，中间用分号隔开。

exec:
	cd /home/hchen; pwd

4.3   命令出错

        如果想要忽略命令的错误，在它之前加 ‘-’即可。

4.4   嵌套执行make

        在一些大的工程中，我们会把我们不同模块或是不同功能的源文件放在不同的目录中，我们可以在每个目录中都书写一个该目录的Makefile，这有利于让我们的Makefile变得更加地简洁，而不至于把所有的东西全部写在一个Makefile中，这样会很难维护我们的Makefile，这个技术对于我们模块编译和分段编译有着非常大的好处。

        例如，我们有一个子目录叫subdir，这个目录下有个Makefile文件，来指明了这个目录下文件的编译规则。那么我们总控的Makefile可以这样书写：

subsystem:
        cd subdir && $(MAKE)

        等价于：

subsystem:
        $(MAKE) -C subdir

        具体看这里。

五、使用变量

        在Makefile中的定义的变量，代表了一个文本字串，在Makefile中执行的时候其会自动原模原样地展开在所使用的地方。变量是大小写敏感的。“$<”、“$@”等，这些是自动化变量。

5.1   变量的基础

        变量在定义时要赋初值。使用时在其前加$ 符号，并且用() 或者 {} 把变量名括起来。"$$” 表示真实的 $。

5.2   变量中的变量

        这里说变量怎样定义，怎样赋值。

        变量赋值有三种方式，一种是 = ，一种是 := ，一种是 ?= 。前一种可以使用延后定义的变量，中间只能按照从上到下的顺序定义变量。最后一种表示如果这个变量已经赋值，就不再对他进行赋值了，如果没有赋值，就对他赋值。详情参看这里。

        += 是追加赋值。

        比如定义一个空格,下面的变量space就表示一个空格，其他方法还不好定义空格：

nullstring :=# there is nothing
space := $(nullstring) # end of the line

5.3   变量高级用法

      · 变量值的替换：         我们可以替换变量中的共有的部分，其格式是“$(var:a=b)”或是“${var:a=b}”，其意思是，把变量“var”中所有以“a”字串“结尾”的“a”替换成“b”字串。这里的“结尾”意思是“空格”或是“结束符”。例如：

foo := a.o b.o c.o
bar := $(foo:.o=.c)

        这个示例中，我们先定义了一个“$(foo)”变量，而第二行的意思是把“$(foo)”中所有以“.o”字串“结尾”全部替换成“.c”，所以我们的“$(bar)”的值就是“a.c b.c c.c”。

对于静态模式，我们要这样写：   bar := $(foo:%.o=%.c)

      · 把变量的值再当成变量

        即使用变量时，每个变量都展开成一个字符串使用：

x = y
y = z
a := $($(x))

        在这个例子中，$(x)的值是“y”，所以$($(x))就是$(y)，于是$(a)的值就是“z”。（注意，是“x=y”，而不是“x=$(y)”）

        更加详细的描述见这里。

5.4   目标变量

        为某个target指定只会在这条规则以及它所连带的规则中使用的变量：

prog : CFLAGS = -g
prog : prog.o foo.o bar.o
        $(CC) $(CFLAGS) prog.o foo.o bar.o

prog.o : prog.c
        $(CC) $(CFLAGS) prog.c

foo.o : foo.c
        $(CC) $(CFLAGS) foo.c

bar.o : bar.c
        $(CC) $(CFLAGS) bar.c

        在这个示例中，不管全局的$(CFLAGS)的值是什么，在prog目标，以及其所引发的所有规则中（prog.o foo.o bar.o的规则），$(CFLAGS)的值都是“-g”

六、使用函数

        在Makefile中可以使用函数来处理变量，从而让我们的命令或是规则更为的灵活和具有智能。make所支持的函数也不算很多，不过已经足够我们的操作了。函数调用后，函数的返回值可以当做变量来使用。

6.1   函数调用的语法

        函数调用，很像变量的使用，也是以“$”来标识的，其語法如下：

$(<function> <arguments>)
或者
${<function> <arguments>}

        <arguments>为函数的参数，参数间以逗号“,”分隔，而函数名和参数之间以“空格”分隔。下面是一个具体的例子：

comma:= ,
empty:=
space:= $(empty) $(empty)
foo:= a b c
bar:= $(subst $(space),$(comma),$(foo))

        在这个示例中，$(comma)的值是一个逗号。$(space)使用了$(empty)定义了一个空格，$(foo)的值是“a b c”，$ (bar)的定义用，调用了函数“subst”，$(bar)的值是“a,b,c”。

6.2   字符串处理函数

$(subst <from>,<to>,<text>) 

• 名称：字符串替换函数——subst。
• 功能：把字串<text>中的<from>字符串替换成<to>。
• 返回：函数返回被替换过后的字符串。

$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>) 

• 名称：模式字符串替换函数——patsubst。
• 功能：查找<text>中的单词（单词以“空格”、“Tab”或“回车”“换行”分隔）是否符合模式< pattern>，如果匹配的话，则以<replacement>替换。这里，<pattern>可以包括通配符 “%”，表示任意长度的字串。如果<replacement>中也包含“%”，那么，<replacement>中的这个 “%”将是<pattern>中的那个“%”所代表的字串。（可以用“\”来转义，以“\%”来表示真实含义的“%”字符）
• 返回：函数返回被替换过后的字符串。

        这和我们前面“变量章节”说过的相关知识有点相似。如：

        “$(var:<pattern>=<replacement>;)” 相当于 “$(patsubst <pattern>,<replacement>,$(var))”，

        而“$(var: <suffix>=<replacement>)” 则相当于 “$(patsubst %<suffix>,%<replacement>,$(var))”。

        例如有：objects = foo.o bar.o baz.o， 那么，“$(objects:.o=.c)”和“$(patsubst %.o,%.c,$(objects))”是一样的。

$(filter <pattern...>,<text>)

• 名称：过滤函数——filter。
• 功能：以<pattern>模式过滤<text>字符串中的单词，保留符合模式<pattern>的单词。可以有多个模式。
• 返回：返回符合模式<pattern>;的字串。

        其他更多的函数和示例参看这里。

6.3   文件名操作函数

        这里列出很多对文件名的操作函数。

        还有foreach, if, call这三个比较特殊的函数。

七、make的运行

7.1   指定Makefile

        指定某个不叫Makefile的文件运行make命令，加-f选项：

make –f hchen.mk

7.2   指定目标

      “all”这个伪目标是所有目标的目标，其功能一般是编译所有的目标。“clean”这个伪目标功能是删除所有被make创建的文件。“install”这个伪目标功能是安装已编译好的程序，其实就是把目标执行文件拷贝到指定的目标中去。“print”这个伪目标的功能是例出改变过的源文件。“tar”这个伪目标功能是把源程序打包备份。也就是一个tar文件。“dist”这个伪目标功能是创建一个压缩文件，一般是把tar文件压成Z文件。或是gz文件。“TAGS”这个伪目标功能是更新所有的目标，以备完整地重编译使用。“check”和“test”这两个伪目标一般用来测试makefile的流程。

7.3   检查规则

        “-n” “--just-print” “--dry-run” “--recon” 不执行参数，这些参数只是打印命令，不管目标是否更新，把规则和连带规则下的命令打印出来，但不执行，这些参数对于我们调试makefile很有用处。

7.4   make的参数

        点击小标题。

八、隐含规则

8.1   C语言编译的隐含规则

        “<n>;.o”的目标的依赖目标会自动推导为“<n>;.c”，并且其生成命令是“$(CC) –c $(CPPFLAGS) $(CFLAGS)”。

        其他语言的隐含规则看这里。

8.2   隐含规则使用的变量

        1、关于命令的变量

             CCC语言编译程序。默认命令是“cc”。

        2、关于命令参数的变量

             CFLAGSC语言编译器参数。

        更多变量看这里。

8.3   模式规则

        模式规则中都是用%，它表示匹配0个（还是1个？）或多个字符。

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

8.4   自动化变量

        所谓自动化变量，就是这种变量会把模式中所定义的一系列的文件自动地挨个取出，直至所有的符合模式的文件都取完了。这种自动化变量只应出现在模式规则的命令中。

        在  a: a.o b.o c.o 这个依赖规则中，a 叫做target，即目标； a.o b.o c.o 都叫做 依赖目标。

$@

表示规则中的目标文件集（target,比如上面例子中的%.o）。在模式规则中，如果有多个目标，那么，"$@"就是匹配于目标中模式定义的集合。

$%

仅当目标是函数库文件中，表示规则中的目标成员名。例如，如果一个目标是"foo.a(bar.o)"，那么，"$%"就是 "bar.o"，"$@"就是"foo.a"。如果目标不是函数库文件（Unix下是[.a]，Windows下是[.lib]），那么，其值为空。

$< 

依赖目标（比如上例种的%.c）中的第一个目标名字。如果依赖目标是以模式（即"%"）定义的，那么"$<"将是符合模式的一系列的文件集。注意，其是一个一个取出来的。

$?

所有比目标新的 依赖目标 的集合。以空格分隔。

$^

所有的 依赖目标 的集合。以空格分隔。如果在依赖目标中有多个重复的，那个这个变量会去除重复的依赖目标，只保留一份。

$+

这个变量很像"$^"，也是所有依赖目标的集合。只是它不去除重复的依赖目标。

$*

这个变量表示目标模式中"%"及其之前的部分。如果目标是"dir/a.foo.b"，并且目标的模式是"a.%.b"，那么，"$*"的值就是"dir/a.foo"。

多么希望有个实例可以做一下呀，有好多文件，看看怎么把这些文件用Makefile组织起来，并且优化Makefile的文件。只看这些干巴巴的规则，一会儿就累了………………………………

C语言Makefile文件制作

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