深入了解Linux —— make和makefile自动化构建工具

什么是make/makefile

在之前写代码的过程中，我们都是对一个文件进行编译链接（gcc编译)，但是如果一个项目中，源代码文件非常的多，我们总不能一个一个的进行编译链接，这也太麻烦了；所以现在就来学习make/makefile实现自动化构建

make是一个命令工具，是一个解释makefile在指令的命令工具，大多数的IDE都存在这个命令。

makefile成为一种在工程方面的编译方法。

• makefile是一个文件，make是一个命令；二者搭配使用来完成项目的自动化构建
• makefile的好处就是自动化构建，写好makefile文件以后就只需make命令就可以完成项目工程的自动化构建，提点高了软件开发的效率

其实会不会写makefile文件，也侧面反映了其是否具备完成大型工程的能力

在一个工程中源代码文件，按照类型、功能、模块分别放到了若干个目录下，makefile定义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，甚至进行更加复杂的操作。

makefile基本使用

首先先来看一个makefile如何使用（以及如何编写）

现在有一个已经写好的makefile文件（这里简单使用一下）

我们在当前目录下编写一个code.c文件，并且写上一个简单的代码

现在就来使用make命令

我们看到，使用make命令就自动编译code.c文件形成code可执行程序了。

现在就来看一下makefile中内容有和含义呢?

code:code.c
	gcc code.c -o code
.PHONY:clean
clean:
	rm -f code

1. 依赖关系和依赖方法

对于上述makefile文件，在介绍之前我们先来想要个问题，就是依赖关系和依赖方法

• 依赖关系：所谓依赖关系就表明两个事物（这里指目标文件和依赖文件）之间关系（就像现实生活中两个人之间的关系一样）
• 依赖方法：有了依赖关系，那应该做什么呢？，依赖方法就表明（这里表示要如何生成目标文件）；（就像现实生活中，你需要向朋友寻求帮助，有了你们是朋友这一关系，接下来就要表明你要做什么了）

了解了依赖关系和依赖方法，接下来看目标文件和依赖文件

​ 目标文件和依赖文件，其实就是两个有着依赖关系的文件（依赖文件可以有多个），如上图就表示code依赖code.c文件

而依赖关系就表明了，如何由依赖文件列表生成目标文件。

这样我们就很好理解了，上述makefile文件中，code作为目标文件、code.c作为依赖文件、通过依赖关系gcc code.c -o code来生成目标文件。

2. 伪目标.PHONY

对于上述makefile，我们连续执行多次make就会发现，不能执行

但是我们如果连续指向多次make clean，它并没有出错

到这里一个可能想到是.PHONY的作用了；那这到底是什么呢？又为什么被称为伪目标呢？

伪目标：.PHONY修饰，伪目标它总是被执行的；像clean这种的目标文件，一般都设置成伪目标

对于这个，可以解释为：

伪目标clean不依赖于任何文件，执行make clean生成clean目标文件就会执行依赖方法rm -f code；但是依赖方法并没有生成clean文件，而是删除code文件，做清理工作。

这里虽然说clean是一个目标文件，但在依赖方法中并没有生成clean文件。（也许是因为没有生成clean目标文件，才称为伪目标）

3. ACM时间

对于上述的伪目标能够一直被执行，而其他就不能够连续执行；又是如何实现的呢？

先来了解什么是ACM时间

• Access ：文件最近访问的时间
• Modify ：文件内容最近修改的时间
• Change ：文件属性最近修改的时间

那我们如果想要看一个文件的ACM时间，就要用到新的指令stat了。

那又是根据哪个时间来判断是否执行呢？ 答案是Modify文件内容修改时间

我们可以看到上图中目标文件的Modify时间是晚于依赖文件的，所以就不能为执行。

仔细观察可以看出来，上图Change时间目标文件也晚于依赖文件啊，这样不能说明比较的是Modify时间啊

现在接着来看

我们可以看到，依赖文件code.c的Change时间晚于目标文件code的Change时间还是不能够执行；

那现在我们就能够得出结论，只有当依赖文件的Modify时间晚于目标文件的Modify时间时（在编译过后，依赖文件内容有所修改），才能够被执行。

这里.PHONY之所以能一直被执行，其原因就是它忽视了对比时间。

4. 推导过程

在上述过程中，我们写的依赖文件都是在当前目录中直接存在的；拿如果依赖文件并没有直接存在，而是依赖于其他依赖文件呢？

这里就根据编译过程，生成编译过程中所有的临时文件，来写makefile

code:code.o
	gcc code.o -o code
code.o:code.s
	gcc -c code.s -o code.o
code.s:code.i
	gcc -S code.i -o code.s
code.i:code.c
	gcc -E code.c -o code.i
.PHONY:clean
clean:
	rm -f *.i *.s *.o code

如上述，code依赖于code.o、code.o依赖于code.s、code.s依赖于code.i、code.i依赖于code.c。这些除了code.c以为的文件都没有直接存在于当前目录下。

这样依然可以运行，并且都生成了这些文件；这足以说明应该存在可以推导的过程。

扩展语法------更加通用的makefile

上面所描述的makefile它只能适用于应该文件，拿对于多个文件也是无济于事（还要重新写makefile）

这就一点太麻烦了，现在就来学习更多makefile语法，让makefile变得更加适用。

1. 创建变量

在makefile中也可以创建变量，和C语言中指针那样

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f

$(BIN):$(OBJ)
	gcc $(OBJ) -o $(BIN)
$(OBJ):$(SRC)
	gcc -c $(SRC) -o $(OBJ)
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

上述中例如BIN=code、SRC=code.c这样的就是创建了变量，（它们就像`C语言中的指针）；

在需要访问这些变量的值的时候需要用到$()（就比如$(BIN)访问BIN变量的值）

这里还有优化一下，使用$^和$@

$^：在依赖方法中使用，指依赖关系中的依赖文件

$@：在依赖方法中使用，指依赖关系在的目标文件

所有就可以这样来写：

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f

$(BIN):$(OBJ)
	gcc $^ -o $@
$(OBJ):$(SRC)
	gcc -c $^ -o $@
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

2. 编译当前目录下的多个文件

说了这么多，这还是只能编译一个文件，现在就来看如何编译当前目录下的多个文件

要想编译多个文件，那我们就不能给变量这样赋值了

SRC=code.c

这样就写死了，只能操作一个文件；现在我们需要的是，识别到当前目录下所以的.c文件

获取当前目录下所有的.c文件

方法有两种：

• $(shell ls *.c) ：在makefile中执行shell命令，获取当前目录所有的.c文件。
• $(wildcard *.c) ：使用wildcard函数，获取所有的.c文件。

将所有的.c修改成.o

这里，我们并不是直接生成code可执行程序的，而是生成对应的.o文件，再链接形成的可执行程序；所以我们就需要获取所有.c文件对于的.o文件名；（使用makefile语法即可）

OBJ=$(SRC:.c=.o)

这个语法就是将SRC（获取当前目录下所有.c文件）中的.c替换成.o；这样我们就获取到了所有.c文件对应的.o文件名。

通配符%和逐个执行$<

上面经常写到*.c，它就表示所有以.c结尾的文件；那在写makefile的使用，有时候也要用到通配符，但是我们没有使用*，而是使用%。

我们想要让它编译多个文件就不能像之前那样写了，（因为这里我们要生成所有.c文件对应的.o文件。

这样我们在写由.c生成.o文件时，就能直接使用通配符%，这样就可以自动匹配

在匹配结束之后，目标文件依赖多个文件；就不能使用$^直接取依赖文件列表了，而是使用%<将依赖文件列表中多个文件一个一个执行。

到这里，我们就能基本完成编译当前目录下所有.c文件的makefile了。

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f

$(BIN):$(OBJ)
	gcc $^ -o $@
$(OBJ):$(SRC)
	gcc -c $^ -o $@
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

3. 测试和优化makefile

对于上述的makefile，我们进行一些优化

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f
COM=-c
LINK=-o

$(BIN):$(OBJ)
	$(CC) $^ $(LINK) $@
%.o:%.c
	$(CC) $(COM) $<
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

这里优化，新增了COM编译选项、LINK链接选项；并且都使用变量，更将通用。

在进行测试之前，我们要先让当前目录有多个文件，这里介绍应该语法

touch code{1..20}.c

该指令作用是创建code1.c、code2.c、code3.c......code20.c（20个文件）。

现在该目录下新建了20个文件，运行一试

可以看到，它会显示出来编译的过程，如果不想要看到可以在语句前加上@。

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f
COM=-c
LINK=-o

$(BIN):$(OBJ)
	@$(CC) $^ $(LINK) $@
%.o:%.c
	@$(CC) $(COM) $<
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

这样我们不知道它编译的进度了，我们就可以手动回显一些内容（在依赖关系中直接添加输出到显示器文件的语句即可）

BIN=code
SRC=cpde.c
OBJ=code.o
CC=gcc
RM=rm -f
COM=-c
LINK=-o

$(BIN):$(OBJ)
	@$(CC) $^ $(LINK) $@
	@echo "link...$^"
%.o:%.c
	@$(CC) $(COM) $<
	@echo "compile...$^"
.PHONY:clean
clean:
	$(RM) $(OBJ) $(BIN)

注意：这里在echo语句前也要加@不让它回显，否则就会回显出来echo语句的内容。

执行结果展示

到这里makefile部分就结束了，后续有要深入了解的语法知识，在后续过程在继续学习。

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