【Linux/C++进阶篇(二) 】超详解自动化构建 —— 日常开发中的“脚本” ：Makefile/CMake

我们想执行一个.cpp文件的时候，是不是得经过四个步骤：预处理 --> 编译 --> 汇编 --> 链接****然后最后才能生成我们的可执行程序，那么我们把这四个步骤拆分成文件来看是不是对应着 .cpp -> .i -> .s -> .o这四种文件。那么我们就可以顺势理解为：可执行程序 ---依赖于---> .o文件 ---依赖于---> .s文件 ---依赖于---> .i文件 ---依赖于---> .cpp文件 这一串关系链，那么这就是我们所谓的依赖关系检查，可能看到这，其实我相信大部分人都会觉得这不是一种很常识的常识吗，但其实看我们第二个特性就知道我在强调什么了。

那么什么叫做增量编译呢？

我们以一个小案例来看看什么是增量编译：

第一次构建：编译所有文件
1> 修改add.cpp后构建：只编译add.cpp和重新链接
2> 只修改头文件后构建：编译所有包含该头文件的源文件
3> 什么都没修改后构建：什么都不做

那么其实，看到这我相信聪明的你一定能想明白了，也就是我们的依赖关系在此处是大有作为的，有了它，我们就不用傻傻的因为一个文件的改动，而动了所有的文件，我们只会根据我们的依赖项，去针对性的处理我们的中间操作，当然此处的文件时间戳检查实际是由我们的make指令来实现的，没事，我们马上就讲。

可不要小看了这简简单单的两个特性，这两个特性可能在小项目中的表现没有那么亮眼，但要在企业级的大项目中出现了下述问题麻烦可就不小了

该重新编译的没编译：当头文件被修改，但依赖它的源文件没有重新编译，导致使用了旧的声明。

不该重新编译的却编译了：没有依赖关系的文件被重新编译，浪费时间。

链接错误：依赖关系错误导致链接时找不到需要的符号，或者链接了错误的版本

可以发现，靠我们Makefile的这两个特性可以帮我们的程序节省很大一部分时间效率

下图就是我们makefile的执行逻辑：

二、什么是make

🎯 直接答案

make是一个执行Makefile的工具，是一个解释器用来对Makefile中的命令进行解析并执行一个shell指令 make 这个指令在 /usr/bin 中。

默认linux系统中都已经安装如果没有安装 make，安装指令如下 sudo apt install make（此处为ubuntu，centos将apt改为yum即可）

查看是否安装成功：make --version

简单来说：

make就像一个智能的施工队长，它看着一张施工图（Makefile），知道：

要建什么（目标）
需要什么材料（依赖）
怎么建（命令）
哪些部分已经建好了（时间戳比较）

然后它指挥工人们（执行命令）高效地完成建设任务。

这就是我们make与makefile的羁绊展示图。

三、Makefile的必要性

不用怀疑，它就是Linux/Uinx环境下开发的必备技能，系统架构师、项目经理的核心技能，研究开源项目、Linux内核原码的必需品，那其实光看完上述两个小节，我相信大家一定能意识到此技能在我们实际开发中有多么重要，那么我就再次带大家梳理一下。

🎯 直接答案

1. 自动化重复构建步骤，避免手动输入冗长命令

2.智能增量编译，只重新编译修改过的文件，极大提升开发效率

3.管理复杂依赖关系，确保构建的正确性和一致性

4.统一团队构建流程，保证开发环境一致性

我们不妨可以想象一下------我们现在有一个含有100多个文件的项目，如果没有makefile我们将要做什么：

每个文件都需要预处理 --> 编译 --> 汇编 --> 链接4个步骤
文件之间有复杂的依赖关系
需要链接多个库
需要特定的编译选项
头文件修改需要触发相关文件重编译

我去，你看到这你头不大，那我只能说你是这个👍

可以说这个文件量的项目手动管理可不可能？当然不可能！更何况这100个文件本身光编译一次就需要不少时间

再其次我们每个开发者在自己机器上的开发环境都不一样，诸如此类的问题根本说不完。

四、Makefile的简单入门

那么在对Makefile有一定认知的情况下，我们现在就正式进入到了我们的实战环节。

🎯 准备程序

我们先来准备一下我们的程序：

此时我们要想执行它我们就得在终端进行下述的四种操作：

那么我们Makefile的代码块就应该如下：

cpp 复制代码

# Makefile中的注释是以#开头
# 语法格式------目标：依赖
#     通过依赖生成目标的指令
# 注意：指令前面必须使用同一个tab键隔开，不能使用多个空格顶过来
hello:hello.o
    g++ hello.o -o hello
hello.o:hello.s
    g++ -c hello.s -o hello.o
hello.s:hello.i
    g++ -S hello.i -o hello.s
hello.i:hello.cpp
    g++ -E hello.cpp -o hello.i

而且我们此处能够再简化下我们的Makefile代码：

cpp 复制代码

# Makefile中的注释是以#开头
# 语法格式------目标：依赖
#     通过依赖生成目标的指令
# 注意：指令前面必须使用同一个tab键隔开，不能使用多个空格顶过来
hello:hello.o
    g++ hello.o -o hello
hello.o:hello.cpp
    g++ -c hello.cpp -o hello.o

🔍实际效果

可以看到我们makefile直接帮我们完成了编译步骤，我们只需要运行可执行文件即可

但这里可能会有人会问？为什么此处最先打印出来的信息是 g++ -c hello.cpp -o hello.o 这一条指令而 g++ hello.o -o hello 发而在后面，没错事实上就是这样。

因为make命令内部维护了一个栈结构，正是因为栈是先进后出的，所以就有了这种情况：文件还不存在------入栈，找到文件------出栈。

五、Makefile的语法规则

🎯 规则（Rules）

1.1、规则是Makefile的核心，用于定义如何生成目标文件。规则的基本格式如下：

目标（target）: 依赖（prerequisites）
命令（commands）

注意：

命令前面必须是一个制表符（tab），不能是空格。虽然有些make工具允许用空格，但为了可移植性，应该始终使用制表符。

一个规则中，可以无目标依赖，仅仅是实现某种操作

一个规则中可以没有命令，仅仅描述依赖关系

一个规则中，必须要有一个目标

cpp 复制代码

# 示例：
hello.o:hello.cpp
    g++ hello.cpp -o hello.o

1.2、目标详解

1）默认目标

一个Makefile里面可以有多个目标，一般会选择第一个当做默认目标也就是make默认执行的目标

2）多目标

一个规则中可以有多个目标，多个目标具有相同的生成命令和依赖文件
cpp 复制代码
clean distclean:
    rm hello.[^cpp] hello

3）多规则目标

多个规则可以是同一目标
cpp 复制代码
all:test1
all:test2
test1:
    echo "hello"
test2:
    echo "world"

4）伪目标

其含义： 并不是一个真正的文件名，可以看做是一个标签。无依赖，相比一般文件，不会重新生成、执行。可以无条件执行，相当于对应的指令
cpp 复制代码
.PHONY: clean #设置clean为伪目标
clean:
    rm hello.[^cpp] hello

我们此处的clean就是在清理我们的项目，他不会跟我们的目标文件直接产生关联，也就是说目标文件执行时，他是不会动的，如果要用我们需要直接进行make clean指定目标。

但如果有人试过你就会发现，不加这个.PHONY:直接写个clean也是能直接运行的，但为什么此处要加上这个东西呢？那是为了将这个clean与同名文件区分开来，什么意思呢，如果我们该目录下有个名为clean的文件，那么我们此时再运行clean目标对应的指令将会失效，如下图：

那么这个时候，我们就需要让这个clean变为伪目标，也就是让其变为一种"标签"，这样即使有同名文件，那么我们的make也不会将clean看作是一个生成文件了。

1.3、目标依赖

1）文件时间戳

make每次运行都会根据时间戳来判断目标依赖是否要进行更新：

1> 所有文件都更改过，则对所有文件进行编译，生成可执行程序

2> 在上次make之后修改过的cpp文件，会被重新编译

3> 在上次make只写修改过的头文件，依赖该头文件的目标依赖也会重新编译

2）模式匹配

% ---------> 通配符匹配

$@ ---------> 目标

$^ ---------> 依赖

$< ---------> 第一个依赖

* ---------> 普通通配符

注意：%是Makefile中的规则通配符，*是普通通配符

下面用一张图带大家练习练习：

可以看到我们右上角的Makefile文件，我敢肯定初学者看到这个图片时肯定会觉得看起来非常难受的，事实确实是这种写法的可读性很差，但我们的耦合性就大大增强了，也就是当我们想改上面的东西，那么我就只用对目标与目标依赖进行更改，而不用对命令进行更改，那有人可能会问：我真的懒得不行，那这不main.o swap.o两个目标依赖不我还得手改吗，那这俩能不能也做成个什么通用的标志，让我再轻松一下 ，有的兄弟有的，就是我们后面要讲的变量

1.4、命令

1）命令的组成

由shell命令组成，以tab键开头

2) 命令的执行

每条命令，make会开一个进程

每条命令执行完，make会检测这个命令的返回码

如果返回成功，则继续执行后面的命令

如果返回失败，则make会终止当前执行的规则并退出

3）并发执行命令

make -j4 ----->表示开辟4个线程执行

time make ----->执行make时，显示当前时间

🎯 变量（Variables）

2.1、变量基础

1）变量定义 ：变量名 = 变量值

2）变量的赋值：

追加赋值：+= --->在原有的基础上追加相关内容

条件赋值：?= --->如果之前没有值，则为变量赋值，如果之前有值，则不进行赋值

3）变量的使用： $(变量名)** 或者**$ {变量名} （通常前者我们用的多些）

2.2、变量的分类

1）立即展开变量

使用:=操作符进行赋值

在解析阶段直接赋值常量字符串

2）延迟展开变量

使用=操作符进行赋值

将最后一次赋值的结果给变量名使用

3）注意事项

一般在目标、目标依赖中使用立即展开赋值

在命令中一般使用延迟展开赋值变量

2.3、变量的外部传递

我们可以通过命令行给变量进行赋值操作

🎯 条件判断（Conditional Directives）

3.1、关键字

ifeq 、else 、endif

ifneq 、else 、endif

其实不难看出，上下两对刚好相反，上面意为是否相等，那么下面就意为是否不相等。

3.2、使用

cpp 复制代码

ifeq (要判断的量， 判断的值)
    Makefile语句
else
    Makefile语句
endif

注意：

条件语句从ifeq开始执行，括号与关键字自减使用空格隔开

括号里面挨着括号处，不允许加空格

ifeq后的空格也是一定要有的

CMake

一、什么是CMake

🎯 直接答案

CMake是一个跨平台的安装编译工具，可以使用简单的语句来描述所有平台的安装（编译过程）它可以使用几行或者几十行的代码来完成非常冗长的Makefile代码

简单来说：

CMake就像一个"翻译官"：

你用CMake的"语言"写一份菜谱（CMakeLists.txt）
CMake根据客人（Windows/Mac/Linux）的口味，翻译成具体食谱（Makefile/VS Project/Xcode Project）
客人按自己的食谱做菜（构建项目）

二、为什么要使用CMake？

🎯 直接答案

光使用Makefile在实际开发中会遇到很多问题，例如下：

当时开发者的痛苦：

项目要在Windows、Linux、macOS上都能构建

Windows开发者：我需要Visual Studio的.sln文件

Linux开发者：我需要Makefile

macOS开发者：我需要Xcode的.xcodeproj

那么我们现在有两种解决方案的提供：

解决方案1：维护三套构建配置 ❌

解决方案2：写一个工具，生成所有平台的构建文件 ✅

三、CMake的语法规则

1> 基本语法：指令（参数1 参数2 ...）

参数使用括号括起来

参数之间使用空格或分号隔开

2> 注意：指令是大小写无关的，但是参数和变量是大小写相关的

cpp 复制代码

# 定义一个变量名叫HELLO 变量的值为hello.cpp
set(HELLO hello.cpp)
# 通过main.cpp 和hello.cpp 编译生成 hello可执行程序
add_executable(hello main.cpp hello.cpp)
# 作用同上
ADD_EXECUTABLE(hello main.cpp ${HELLO})

3> 变量使用${}进行取值，但是在if控制语句中，是直接使用变量名的

cpp 复制代码

    if(HELLO) 是正确的
    if(${HELLO}) 是不正确的

4> 语句不以分号结束

四、重要的指令

1> cmake_minimum_required

指定CMake的最小版本支持，一般作为第一条cmake指令

cpp 复制代码

# CMake设置最小支持版本为 2.8
cmake_minimum_required(VERSION 2.8)

2> project

定义工程的名称，并可以指定工程支持的语言

cpp 复制代码

# 指定工程的名称为HELLOWORLD
project(HELLOWORLD CXX)   # 表示工程名为HELLOWORLD  使用的语言为C++

3> set

显式定义变量

cpp 复制代码

# 定义变量 SRC 其值为 sayhello.cpp hello.cpp
set(SRC sayhello.cpp hello.cpp)

4> add_executable

通过依赖生成可执行程

cpp 复制代码

# 编译main.cpp 生成main的可执行程序
add_executable(main main.cpp)

5> include_directories

向工程添加多个特定的头文件搜索路径吗，类似于g++编译指令中的 -I

cpp 复制代码

# 将/usr/lib/mylibfolder 和 ./include添加到工程路径中
include_directories(/usr/lib/mylibfolder ./include)

6> link_directories

向工程中添加多个特定的库文件搜索路径，类似于g++编译指令的 -L选项

cpp 复制代码

# 将将/usr/lib/mylibfolder 和 ./lib添加到库文件搜索路径中
link_directories(/usr/lib/mylibfolder ./lib)

7> add_library

生成库文件（包括动态库和静态库）

cpp 复制代码

# 通过SRC 变量中的文件，生成动态库
# 该语句生成的是动态库
add_library(hello SHARED ${SRC})
# 该语句生成的是静态库
add_library(hello STATIC ${SRC})

8> add_compile_options

添加编译参数

cpp 复制代码

# 添加编译参数： -Wall -std=c++11
add_compile_options(-Wall -std=c++11)

9> target_link_libraries

为target添加需要链接的共享库,类似于g++编译中的 -l 指令

cpp 复制代码

# 将hello 动态库文件链接到可执行程序main中
target_link_libraries(main hello)

五、CMake常用变量

1> CMAKE_C_FLAGS

gcc编译选项的值

2> CMAKE_CXX_FLAGS

g++编译选项的值

cpp 复制代码

# 在CMAKE_CXX_FLAGS编译选项后追加 -std=c++11
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11")

3> CMAKE_BUILD_TYPE

编译类型（Debug 、Release）

cpp 复制代码

# 设定编译类型为Debug，调试时需要选择该模式
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)

# 设定编译类型为Release，发布需要选择该模式
set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)

六、CMake编译工程与代码实战

🔍 目录结构

CMake目录结构：项目主目录中会放一个CMakeLists.txt的文本文档，后期使用cmake指令时，依赖的就是该文档

1> 包含源文件的子文件夹中包含CMakeLists.txt文件时，主目录的CMakeLists.txt要通过add_subdirector添加子目录

2> 包含源文件的子文件夹中不包含CMakeLists.txt文件时，子目录编译规则，体现在主目录中的CMakeLists.txt

🧠 两种构建方式

1> 内部构建

不推荐使用

内部构建会在主目录下，产生一大堆中间文件，这些中间文件并不是我们最终所需要的，和工程源文件放在一起时，会显得比较杂乱无章

cpp 复制代码

## 内部构建

# 1、在当前目录下，编译主目录中的CMakeLists.txt 文件生成Makefile文件
cmake .     # . 表示当前路径

# 2、执行make命令，生成目标文件
make

2> 外部构建

推荐使用

将编译输出的文件与源文件放到不同的目录下，进行编译，此时，编译生成的中间文件，不会跟工程源文件进行混淆

cpp 复制代码

## 外部构建步骤

# 1、在当前目录下，创建一个 build 文件，用于存储生成中间文件
mkdir build

# 2、进入build文件夹内
cd build

# 3、编译上一级目录中的CMakeLists.txt,生成Makefile文件以及其他文件
cmake ..   # ..表示上一级目录

# 4、执行make命令，生成可执行程序
make

🎯 代码实战

同一目录下的文件编译

不废话，直接上图，保证看的明明白白的。

分文件编译

依旧直接上图，此处用的代码与我们刚makefile演示的swap一样。但值得一提的是 ，多文件编译更依赖于我们的CMake/Makefile，因为在vscode多文件编译时，我们的头文件是无法直接被读取的，必须要在同一目录下才能读取到，但这样就与我们多文件编译冲突了。

结语

那么关于Makefile与CMake的讲解就到这里了。

我是YYYing，后面还有更精彩的内容，希望各位能多多关注支持一下主包。

**无限进步，**我们下次再见。

【Linux/C++进阶篇(二) 】超详解自动化构建 —— 日常开发中的“脚本” ：Makefile/CMake

前言：

Makefile

一、什么是Makefile

🎯 直接答案

🧠 从底层原理理解

🔍 计算机视角

Makefile的核心机制：依赖关系检查和增量编译。

二、什么是make

🎯 直接答案

三、Makefile的必要性

🎯 直接答案

四、Makefile的简单入门

🎯 准备程序

🔍实际效果

五、Makefile的语法规则

🎯 规则（Rules）

1.1、规则是Makefile的核心，用于定义如何生成目标文件。规则的基本格式如下：

1.2、目标详解

1.3、目标依赖

1.4、命令

🎯 变量（Variables）

2.1、变量基础

2.2、变量的分类

2.3、变量的外部传递

🎯 条件判断（Conditional Directives）

3.1、关键字

3.2、使用

CMake

一、什么是CMake

🎯 直接答案

二、为什么要使用CMake？

🎯 直接答案

项目要在Windows、Linux、macOS上都能构建

Windows开发者：我需要Visual Studio的.sln文件

Linux开发者：我需要Makefile

macOS开发者：我需要Xcode的.xcodeproj

解决方案1：维护三套构建配置 ❌

解决方案2：写一个工具，生成所有平台的构建文件 ✅

三、CMake的语法规则

四、重要的指令

1> cmake_minimum_required

2> project

3> set

4> add_executable

5> include_directories

6> link_directories

7> add_library

8> add_compile_options

9> target_link_libraries

五、CMake常用变量

1> CMAKE_C_FLAGS

2> CMAKE_CXX_FLAGS

3> CMAKE_BUILD_TYPE

六、CMake编译工程与代码实战

🔍 目录结构

🧠 两种构建方式

1> 内部构建

2> 外部构建

🎯 代码实战

同一目录下的文件编译

分文件编译

结语

---⭐️ 封面自取 ⭐️---