Make/Makefile完全指南

一、引言

在軟件開(kāi)發(fā)的世界里，構(gòu)建項(xiàng)目是一項(xiàng)重復(fù)且繁瑣的工作。

尤其是對(duì)于大型項(xiàng)目，編譯源文件、鏈接庫(kù)、生成可執(zhí)行文件等操作可能涉及成百上千個(gè)文件，手動(dòng)管理這些過(guò)程幾乎是不可能的。

這時(shí)，自動(dòng)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(gè)自動(dòng)化構(gòu)建工具，它根據(jù) Makefile 中定義的規(guī)則來(lái)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(gè)文本文件，包含了一系列規(guī)則，告訴 Make 如何構(gòu)建你的項(xiàng)目。

一個(gè)簡(jiǎn)單的 Makefile 可能包含源文件、目標(biāo)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(dòng)檢測(cè)文件變化，只重新編譯必要的文件。
• 簡(jiǎn)化流程：將復(fù)雜的構(gòu)建過(guò)程抽象為簡(jiǎn)單的命令。
• 便于維護(hù)：項(xiàng)目結(jié)構(gòu)和構(gòu)建規(guī)則清晰明了。

三、Makefile 基本語(yǔ)法

1. 規(guī)則的基本格式

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

target: dependencies
    command1
    command2
    ...

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

2. 簡(jiǎn)單示例

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Makefile 示例，用于編譯一個(gè) C 程序：

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

這個(gè) Makefile 定義了一個(gè)規(guī)則：目標(biāo)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(lái)簡(jiǎn)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(gè)變量：CC 表示編譯器，CFLAGS 表示編譯選項(xiàng)。使用 $(變量名) 來(lái)引用變量。

4. 自動(dòng)變量

Make 提供了一些自動(dòng)變量，用于簡(jiǎn)化規(guī)則的編寫(xiě)：

• $@：表示當(dāng)前目標(biāo)。
• $<：表示第一個(gè)依賴文件。
• $^：表示所有依賴文件。

使用自動(dòng)變量，上面的示例可以改寫(xiě)為：

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g

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

四、Makefile 高級(jí)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(gè)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(biāo)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(gè)規(guī)則表示如何從對(duì)應(yīng)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(biāo)

偽目標(biāo)所修飾的依賴關(guān)系，即使在執(zhí)行過(guò)一次后，仍然會(huì)被強(qiáng)制執(zhí)行。

偽目標(biāo)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(biāo)，這樣即使當(dāng)前目錄下存在名為 clean 的文件，Make 也會(huì)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的命令。

偽目標(biāo)詳細(xì)說(shuō)明

stat

在說(shuō)偽目標(biāo)之前，就要談到stat這個(gè)指令，stat 命令用于顯示文件或文件系統(tǒng)的詳細(xì)信息，包括文件類型、權(quán)限、時(shí)間戳、inode 信息等。

時(shí)間戳的區(qū)別：

stat 輸出中包含三種時(shí)間戳：

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

** 在我們使用make指令時(shí)，當(dāng)使用一次之后，有時(shí)會(huì)顯示不能夠再次使用，這是因?yàn)橹挥性谠次募罱男薷臅r(shí)間比可執(zhí)行文件要老時(shí)，才能夠執(zhí)行 **

只需要比較可執(zhí)行程序最近的修改時(shí)間和源文件最近的修改時(shí)間（使用時(shí)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(shuō)，為了不受修改時(shí)間對(duì)指令的影響，就引入了偽目標(biāo)這一概念。

偽目標(biāo)

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

當(dāng)你執(zhí)行 make 命令并帶上偽目標(biāo)名稱時(shí)，Make 會(huì)直接執(zhí)行該偽目標(biāo)所關(guān)聯(lián)的命令，而不會(huì)去檢查是否存在同名文件，也不會(huì)考慮文件的更新時(shí)間。

偽目標(biāo)的關(guān)鍵特性

1. 不對(duì)應(yīng)實(shí)際文件：偽目標(biāo)的名稱在文件系統(tǒng)中找不到對(duì)應(yīng)的文件。
2. 強(qiáng)制執(zhí)行命令：不管文件是否有更新，Make 都會(huì)執(zhí)行偽目標(biāo)的命令。
3. 避免命名沖突：要是目錄中存在和目標(biāo)同名的文件，使用偽目標(biāo)就能防止規(guī)則被錯(cuò)誤觸發(fā)。

為什么需要 .PHONY 聲明？

在 Makefile 中，使用 .PHONY 來(lái)聲明偽目標(biāo)是很有必要的。如果不這樣做，當(dāng)目錄中存在與目標(biāo)同名的文件時(shí)，Make 可能會(huì)認(rèn)為目標(biāo)已經(jīng)是最新的，從而不會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的命令。

例如，要是沒(méi)有 .PHONY 聲明：

makefile
clean:
    rm -f *.o

當(dāng)目錄中存在名為 clean 的文件時(shí)，執(zhí)行 make clean 命令不會(huì)刪除任何 .o 文件，因?yàn)?Make 覺(jué)得目標(biāo) clean 已經(jīng)是最新?tīng)顟B(tài)了。

而加上 .PHONY 聲明后：

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

無(wú)論是否存在 clean 文件，Make 都會(huì)執(zhí)行 rm -f *.o 命令。

五、Makefile 實(shí)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(shí)際執(zhí)行。
• 使用 make -d 顯示詳細(xì)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(huì)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(gè)目標(biāo)文件。在找尋的過(guò)程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，比如最后被依賴的文件找不到，那么make就會(huì)直接退出，并報(bào)錯(cuò)，而對(duì)于所定義的命令的錯(cuò)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(hào)后面的文件還是不在，就不會(huì)工作了。
• 單獨(dú)使用make指令時(shí)，會(huì)自動(dòng)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(gè)任務(wù)，加快構(gòu)建速度。例如：

make -j4  # 并行執(zhí)行 4 個(gè)任務(wù)

3. 條件編譯

可以在 Makefile 中使用條件語(yǔ)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(qiáng)大的自動(dòng)化構(gòu)建工具，通過(guò)合理使用 Makefile 的各種特性，可以高效地管理復(fù)雜項(xiàng)目的構(gòu)建過(guò)程。

本文介紹了 Make/Makefile 的基礎(chǔ)知識(shí)、語(yǔ)法、高級(jí)特性以及在大型項(xiàng)目中的組織方法和實(shí)戰(zhàn)技巧。掌握這些內(nèi)容后，你將能夠編寫(xiě)高效、靈活的 Makefile，提高軟件開(kāi)發(fā)效率。

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

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