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Makefile 书写规则

1.1 Makefile的规则 
在讲述这个Makefile之前,还是让我们先来粗略地看一看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),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) 

这是一个文件的依赖关系,也就是说,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。 

说到底,Makefile的东西就是这样一点,好像我的这篇文档也该结束了。呵呵。还不尽然,这是Makefile的主线和核心,但要写好一个Makefile还不够,我会以后面一点一点地结合我的工作经验给你慢慢到来。内容还多着呢。:) 

1.2 一个示例 
正如前面所说的,如果一个工程有3个头文件,和8个C文件,我们为了完成前面所述的那三个规则,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 
反斜杠(/)是换行符的意思。这样比较便于Makefile的易读。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。

 

1.3 make是如何工作的 
在默认的方式下,也就是我们只输入make命令。那么, 

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

1.4 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)。当然,我们的makefile并不复杂,所以在两个地方加也不累,但如果makefile变得复杂,那么我们就有可能会忘掉一个需要加入的地方,而导致编译失败。所以,为了makefile的易维护,在makefile中我们可以使用变量。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,反正不管什么啦,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,于是我们的改良版makefile就变成下面这个样子: 
    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。 

关于变量更多的话题,我会在后续给你一一道来。 

1.5 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,我们的makefile再也不用写得这么复杂。我们的是新的makefile又出炉了。 

    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。 
关于更为详细的“隐晦规则”和“伪目标文件”,我会在后续给你一一道来。 

1.6 另类风格的makefile 
即然我们的make可以自动推导命令,那么我看到那堆[.o]和[.h]的依赖就有点不爽,那么多的重复的[.h],能不能把其收拢起来,好吧,没有问题,这个对于make来说很容易,谁叫它提供了自动推导命令和文件的功能呢?来看看最新风格的makefile吧。 
    objects = main.o kbd.o command.o display.o / 
              insert.o search.o files.o utils.o 

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

    $(objects) : defs.h 
    kbd.o command.o files.o : command.h 
    display.o insert.o search.o files.o : buffer.h 

    .PHONY : clean 
    clean : 
            rm edit $(objects) 
这种风格,让我们的makefile变得很简单,但我们的文件依赖关系就显得有点凌乱了。鱼和熊掌不可兼得。还看你的喜好了。我是不喜欢这种风格的,一是文件的依赖关系看不清楚,二是如果文件一多,要加入几个新的.o文件,那就理不清楚了。 
1.7 清空目标文件的规则 
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。这是一个“修养”(呵呵,还记得我的《编程修养》吗)。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,下面还有很多makefile的相关细节,准备好了吗?准备好了就来。

 


2 Makefile 总述 
2.1 Makefile里有什么? 
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。 

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。 
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粗糙地简略地书写Makefile,这是由make所支持的。 
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。 
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。 
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。 

2.2Makefile的文件名 
默认的情况下,make命令会在当前目录下按顺序找寻文件名为“GNUmakefile”、“makefile”、“Makefile”的文件,找到了解释这个文件。在这三个文件名中,最好使用“Makefile”这个文件名,因为,这个文件名第一个字符为大写,这样有一种显目的感觉。最好不要用“GNUmakefile”,这个文件是GNU的make识别的。有另外一些make只对全小写的“makefile”文件名敏感,但是基本上来说,大多数的make都支持“makefile”和“Makefile”这两种默认文件名。 
当然,你可以使用别的文件名来书写Makefile,比如:“Make.Linux”,“Make.Solaris”,“Make.AIX”等,如果要指定特定的Makefile,你可以使用make的“-f”和“--file”参数,如:make -f Make.Linux或make --file Make.AIX。 

2.3 引用其它的Makefile 
在Makefile使用include关键字可以把别的Makefile包含进来,这很像C语言的#include,被包含的文件会原模原样的放在当前文件的包含位置。include的语法是: 
include <filename>filename可以是当前操作系统Shell的文件模式(可以保含路径和通配符) 
在include前面可以有一些空字符,但是绝不能是[Tab]键开始。include和可以用一个或多个空格隔开。举个例子,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,那么,下面的语句: 

    include foo.make *.mk $(bar) 
等价于: 
    include foo.make a.mk b.mk c.mk e.mk f.mk 
make命令开始时,会把找寻include所指出的其它Makefile,并把其内容安置在当前的位置。就好像C/C++的#include指令一样。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: 

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。 
如果目录/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“-”。如: 

-include <filename>其表示,无论include过程中出现什么错误,都不要报错继续执行。和其它版本make兼容的相关命令是sinclude,其作用和这一个是一样的。 
2.4 环境变量 MAKEFILES 
如果你的当前环境中定义了环境变量MAKEFILES,那么,make会把这个变量中的值做一个类似于include的动作。这个变量中的值是其它的Makefile,用空格分隔。只是,它和include不同的是,从这个环境变中引入的Makefile的“目标”不会起作用,如果环境变量中定义的文件发现错误,make也会不理。 
但是在这里我还是建议不要使用这个环境变量,因为只要这个变量一被定义,那么当你使用make时,所有的Makefile都会受到它的影响,这绝不是你想看到的。在这里提这个事,只是为了告诉大家,也许有时候你的Makefile出现了怪事,那么你可以看看当前环境中有没有定义这个变量。 

2.5 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) 

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

当然,这个工作方式你不一定要清楚,但是知道这个方式你也会对make更为熟悉。有了这个基础,后续部分也就容易看懂了

Makefile 书写规则