Linux学习二：Makefile基础

文首感谢http://www.chinaunix.net 作者:gunguymadman的分享

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。

1.程序的编译和链接一般来说，无论是C、C++、还是pas（pascal语言），首先要把源文件编译成中间代码文件，在Windows下也就是 .obj 文件，UNIX下是 .o 文件，即 Object File，这个动作叫做编译（compile）。然后再把大量的Object File合成执行文件，这个动作叫作链接（link）。

编译时，编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。

函数与变量的声明，通常是你需要告诉编译器头文件的所在位置（头文件中应该只是声明，而定义应该放在C/C++文件中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说，每个源文件都应该对应于一个中间目标文件（O文件或是OBJ文件）。

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。

链接器并不管函数所在的源文件，只管函数的中间目标文件（Object File），在大多数时候，由于源文件太多，编译生成的中间目标文件太多，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。

总结一下，源文件首先会生成中间目标文件，再由中间目标文件生成执行文件。在编译时，编译器只检测程序语法，和函数、变量是否被声明。如果函数未被声明，编译器会给出一个警告，但可以生成Object File。而在链接程序时，链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现，如果找不到，那到就会报链接错误码（Linker Error）。

2.MakeFile的规则

target ... : prerequisites ...

command

...

...

target也就是一个目标文件，可以是Object File，也可以是执行文件。还可以是一个标签（Label），标签具有“伪目标”特性。

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）。

target这一个或多个的目标文件依赖于prerequisites中的文件，其生成规则定义在command中。说白一点就是说，prerequisites中如果有一个以上的文件比target文件要新的话，command所定义的命令就会被执行。这就是Makefile的规则，也就是Makefile中最核心的内容。

3.理解makefile过程

我们的工程有8个C文件，和3个头文件，我们要写一个Makefile来告诉make命令如何编译和链接这几个文件。

我们的规则是：

1）如果这个工程没有编译过，那么我们的所有C文件都要编译并被链接。

2）如果这个工程的某几个C文件被修改，那么我们只编译被修改的C文件，并链接目标程序。

3）如果这个工程的头文件被改变了，那么我们需要编译引用了这几个头文件的C文件，并链接目标程序。

我们为了完成前面所述的那三个规则，我们的Makefile应该是这个样子的：

edit : main.o kbd.o command.o display.o \ （这是一个换行符）

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

我们可以把这个内容保存在文件为“Makefile”或“makefile”的文件中，然后在该目录下直接输入命令“make”就可以生成执行文件edit。如果要删除执行文件和所有的中间目标文件，那么，只要简单地执行一下“make clean”就可以了。

在这个makefile中，目标文件（target）包含：执行文件edit和中间目标文件（*.o），依赖文件（prerequisites）就是冒号后面的那些 .c 文件和 .h文件。每一个 .o 文件都有一组依赖文件，而这些 .o 文件又是执行文件 edit 的依赖文件。依赖关系的实质上就是说明了目标文件是由哪些文件生成的，换言之，目标文件是哪些文件更新的。

在定义好依赖关系后，后续的那一行定义了如何生成目标文件的操作系统命令，一定要以一个Tab键作为开头。记住，make并不管命令是怎么工作的，他只管执行所定义的命令。make会比较targets文件和prerequisites文件的修改日期，如果prerequisites文件的日期要比targets文件的日期要新，或者target不存在的话，那么，make就会执行后续定义的命令。

这里要说明一点的是，clean不是一个文件，它只不过是一个动作名字，有点像C语言中的lable一样，其冒号后什么也没有，那么，make就不会自动去找文件的依赖性，也就不会自动执行其后所定义的命令。要执行其后的命令，就要在make命令后明显得指出这个lable的名字。这样的方法非常有用，我们可以在一个makefile中定义不用的编译或是和编译无关的命令，比如程序的打包，程序的备份等等。

在默认的方式下，也就是我们只输入make命令。那么，

1、make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件。

2、如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“edit”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。

3、如果edit文件不存在，或是edit所依赖的后面的 .o 文件的文件修改时间要比edit这个文件新，那么，他就会执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。

4、如果edit所依赖的.o文件也存在，那么make会在当前文件中找目标为.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）

5、当然，你的C文件和H文件是存在的啦，于是make会生成 .o 文件，然后再用 .o 文件生命make的终极任务，也就是执行文件edit了。

这就是整个make的依赖性，make会一层又一层地去找文件的依赖关系，直到最终编译出第一个目标文件。在找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错，而对于所定义的命令的错误，或是编译不成功，make根本不理。make只管文件的依赖性，即，如果在我找了依赖关系之后，冒号后面的文件还是不在，那么对不起，我就不工作啦。

通过上述分析，我们知道，像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行，不过，我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”，以此来清除所有的目标文件，以便重编译。

于是在我们编程中，如果这个工程已被编译过了，当我们修改了其中一个源文件，比如file.c，那么根据我们的依赖性，我们的目标file.o会被重编译（也就是在这个依性关系后面所定义的命令），于是file.o的文件也是最新的啦，于是file.o的文件修改时间要比edit要新，所以edit也会被重新链接了（详见edit目标文件后定义的命令）。

而如果我们改变了“command.h”，那么，kdb.o、command.o和files.o都会被重编译，并且，edit会被重链接。

4.一步步简化makefile

1>makefile中使用变量 ：

在上面的例子中，先让我们看看edit的规则：

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

我们可以看到[.o]文件的字符串被重复了两次，如果我们的工程需要加入一个新的[.o]文件，那么我们需要在两个地方加（应该是三个地方，还有一个地方在clean中）。为了易于维护，我们可以在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。比如，我们声明一个变量，叫objects, OBJECTS, objs, OBJS, obj, 或是 OBJ，反正不管什么，只要能够表示obj文件就行了。我们在makefile一开始就这样定义：

objects = main.o kbd.o command.o display.o \

insert.o search.o files.o utils.o

于是我们就可以很方便地在我们的makefile中以“$(objects)”的方式来使用这个变量了。

于是就可以这样子写：

objects = main.o kbd.o command.o display.o \

insert.o search.o files.o utils.o

edit : $(objects)

cc -o edit $(objects)

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 $(objects)

于是，如果有新的 .o 文件加入，我们只需简单地修改一下 objects 变量就可以了。

2>让make自动推导

GNU的make很强大，它可以自动推导文件以及文件依赖关系后面的命令，于是我们就没必要去在每一个[.o]文件后都写上类似的命令，因为，我们的make会自动识别，并自己推导命令。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，如果make找到一个whatever.o，那么whatever.c，就会是whatever.o的依赖文件。并且 cc -c whatever.c 也会被推导出来。

于是又就有了：

objects = main.o kbd.o command.o display.o \

insert.o search.o files.o utils.o

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)

这种方法，也就是make的“隐晦规则”。上面文件内容中，“.PHONY”表示，clean是个伪目标文件。

每个Makefile中都应该写一个清空目标文件（.o和执行文件）的规则，这不仅便于重编译，也很利于保持文件的清洁。一般的风格都是：

clean:

rm edit $(objects)

更为稳健的做法是：

.PHONY : clean

clean :

-rm edit $(objects)

前面说过，.PHONY意思表示clean是一个“伪目标”。而在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”。

上面就是一个makefile的概貌，也是makefile的基础了。