說說Makefile那些事兒
|揚說|透過現象看本質
工作至今，一直對Makefile半知半解。突然某天幡然醒悟，覺得此舉極為不妥，只得洗心革面從頭學來，以前許多不明覺厲之處頓時茅塞頓開，想想好記性不如爛筆頭，便來說說Makefile那些事兒。
- Makefile到底是個啥玩意兒
Makefile就是一文本文件。
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$ file Makefile
Makefile: ASCII make commands text
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一般來說，我們平時所稱的Makefile是指make命令以及Makefile文件，Makefile文件中記錄着各種規則，make命令通過分析Makefile執行規則中的操作。
看看百度百科的定義：
make是一個命令工具，它解釋Makefile 中的指令（應該說是規則）。在Makefile文件中描述了整個工程所有文件的編譯順序、編譯規則。Makefile 有自己的書寫格式、關鍵字、函數。像C 語言有自己的格式、關鍵字和函數一樣。而且在Makefile 中可以使用系統shell所提供的任何命令來完成想要的工作。Makefile（在其它的系統上可能是另外的文件名）在絕大多數的IDE 開發環境中都在使用，已經成為一種工程的編譯方法。
再看看官方文檔的定義：
You need a file called a makefile to tell make what to do. Most often, the makefile tells makehow to compile and link a program.
- Makefile的由來
任何一種技能或知識都是源之於某種社會需求，那為什么要用Makefile呢？
當項目源文件很少的時候，我們也許還可以手動使用gcc命令來進行編譯，但是當項目發展到一個龐大的規模時，再手動敲gcc命令去編譯就變得不可能的事情。所以呢，在這樣的歷史背景下，就出現了某個大牛（斯圖亞特·費爾德曼），在某年（1977年）在某地（貝爾實驗室）制作了這樣一個軟件，它的名字就叫做make。
用一句話來說明為啥用Makefile：為了實現自動化（當然大多數場景都是用在自動化編譯中）。
另外在編譯過程中，為了節省時間，希望僅編譯修改過的文件，這也是Makefile在設計時一個重要的設計觀點。
- Makefile的組成部分
Makefile包含五個東西：顯示規則，隱式規則，變量定義，文件指示，注釋。具體含義還是直接引用網上的版本吧| | |
1、顯式規則。顯式規則說明了，如何生成一個或多的的目標文件。這是由Makefile的書寫者明顯指出，要生成的文件，文件的依賴文件，生成的命令。
2、隱式規則。由於我們的make有自動推導的功能，所以隱晦的規則可以讓我們比較粗糙地簡略地書寫Makefile，這是由make所支持的。
3、變量的定義。在Makefile中我們要定義一系列的變量，變量一般都是字符串，這個有點你C語言中的宏，當Makefile被執行時，其中的變量都會被擴展到相應的引用位置上。
4、文件指示。其包括了三個部分，一個是在一個Makefile中引用另一個Makefile，就像C語言中的include一樣；另一個是指根據某些情況指定Makefile中的有效部分，就像C語言中的預編譯#if一樣；還有就是定義一個多行的命令。有關這一部分的內容，我會在后續的部分中講述。
5、注釋。Makefile中只有行注釋，和UNIX的Shell腳本一樣，其注釋是用“#”字符，這個就像C/C++中的“//”一樣。如果你要在你的Makefile中使用“#”字符，可以用反斜框進行轉義，如：“/#”。
最后，還值得一提的是，在Makefile中的命令，必須要以[Tab]鍵開始。
這里說說規則(Rules)：
target ... : prerequisites ...
command
...
...
一條規則由三部分組成，目標（target）、先決條件（prerequisites）、命令（commands）。
target也就是一個目標文件，可以是Object File，也可以是執行文件。還可以是一個標簽（Label）。
prerequisites就是，要生成那個target所需要的文件或是目標。
command也就是make需要執行的命令。（任意的Shell命令）
這是一個文件的依賴關系，也就是說，target這一個或多個的目標文件依賴於prerequisites中的文件，其生成規則定義在command中。
說白一點就是說，prerequisites中如果有一個以上的文件比target文件要新的話，command所定義的命令就會被執行。
這就是Makefile的規則。也就是Makefile中最核心的內容。
- Makefile的核心思想
四個字，依賴關系
- Makefile之執行過程
1. 依次讀取變量“MAKEFILES”定義的makefile文件列表
2. 讀取工作目錄下的makefile文件（根據命名的查找順序“GNUmakefile”，“makefile”，“Makefile”，首先找到那個就讀取那個）
3. 依次讀取工作目錄makefile文件中使用指示符“include”包含的文件
4. 查找重建所有已讀取的makefile文件的規則（如果存在一個目標是當前讀取的某一個makefile文件，則執行此規則重建此makefile文件，完成以后從第一步開始重新執行）
5. 初始化變量值並展開那些需要立即展開的變量和函數並根據預設條件確定執行分支
6. 根據“終極目標”以及其他目標的依賴關系建立依賴關系鏈表
7. 執行除“終極目標”以外的所有的目標的規則（規則中如果依賴文件中任一個文件的時間戳比目標文件新，則使用規則所定義的命令重建目標文件）
8. 執行“終極目標”所在的規則
- Makefile之模式規則
模式規則其實也是普通規則，但它使用了如%這樣的通配符。如下面的例子：
%.o : %.c $(CC) -c $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $< -o $@
此規則描述了一個.o文件如何由對應的.c文件創建。規則的命令行中使用了自動化變量“$<”和“$@”，其中自動化變量“$<”代表規則的依賴，“$@”代表規則的目標。此規則在執行時，命令行中的自動化變量將根據實際的目標和依賴文件取對應值。
- Makefile之隱式規則
如果發現某變量在shell和makefile中未找不到其定義，那么恭喜你，你極大可能遇到隱式規則了。當然隱式規則中的變量只是隱式規則的一部分。
1. 隱式規則中的變量
隱式規則中使用的變量分成兩種：一種是命令相關的，如“CC”；一種是參數相關的，如“CFLAGS”。
1）與命令相關的變量
| 變量 |
含義 |
| AR |
函數庫打開包程序。默認命令是“ar” |
| AS |
匯編語言編譯程序。默認命令是“as” |
| CC |
C語言編譯程序。默認命令是“cc” |
| CXX |
C++語言編譯程序。默認命令是“g++” |
| CO |
從RCS文件中擴展文件程序。默認命令是“co” |
| CPP |
C程序的預處理器（輸出是標准輸出設備）。默認命令是“$(CC) -E” |
| FC |
Fortran和Ratfor的編譯器和預處理程序。默認命令是”f77” |
| GET |
從SCCS文件擴展文件的程序。默認命令是“get” |
| LEX |
Lex方法分析器程序（針對於C或Ratfor）。默認命令是”lex” |
| PC |
Pascal語言編譯程序。默認命令是”pc” |
| YACC |
Yacc文法分析器（針對C程序）。默認命令是“yacc” |
| YACCR |
Yacc文法分析器（針對Ratfor程序）。默認命令是“yacc -r” |
| MAKEINFO |
轉換Texinfo源文件(.texi)到info文件程序。默認命令是“makeinfo” |
| TEX |
從TeX源文件創建TeX DVI文件的程序。默認命令是“tex” |
| WEAVE |
轉化Web到TeX的程序。默認命令是“weave” |
| TEXI2DVI |
從Texinfo源文件創建TeX DVI文件的程序。默認命令是“texi2dvi” |
| CWEAVE |
轉化C Web到TeX的程序。默認命令是“cweave” |
| TANGLE |
轉換Web到Pascal語言的程序，默認命令是”tangle“ |
| CTANGLE |
轉換C Web到C。默認命令是”ctangle“ |
| RM |
刪除文件命令。默認命令是”rm -f“ |
2）與參數相關的變量
| 變量 |
含義 |
| ARFLAGS |
函數庫打包程序AR命令的參數。默認值是“rv” |
| ASFLAGS |
匯編語言編譯參數（當明顯地調用”.s”或”.S”文件時） |
| CFLAGS |
C語言編譯器參數 |
| CXXFLAGS |
C++語言編譯器參數 |
| COFLAGS |
RCS命令參數 |
| CPPFLAGS |
C預處理器參數（C和Fortran編譯器也會用到） |
| FFLAGS |
Fortran語言編譯器參數 |
| GFLAGS |
SCCS ”get“程序參數 |
| LDFLAGS |
連接器參數（如“ld”） |
| LFLAGS |
Lex文法分析器參數 |
| PFLAGS |
Pascal語法編譯器參數 |
| RFLAGS |
Ratfor程序的Fortran編譯器參數 |
| YFLAGS |
Yacc文法分析器參數 |
2. 使用模式規則
可以使用模式規則定義一個隱式規則。和一般規則類似，只是在模式規則中，目標的定義需要有“%”字符。“%”定義對文件名的匹配，表示任意長度的非空字符串。在依賴目標中同樣可以使用“%”，只是依賴目標中“%”的取值，取決於其目標。
| 模式規則中“%”的展開和變量與函數的展開是有區別的，“%”的展開發生在變量和函數的展開之后。變量和函數的展開發生在make載入Makefile時，而“%”的展開則發生在運行時。 |
1） 模式規則舉例
模式規則中，至少在規則的目標中要包含“%”符號。
%.o : %.c ; <command ......>
其含義是，字指出了從所有的.c文件生成相應的.o文件的規則。如果要生成的目標是”a.o b.o”，那么
%.c”就是”a.c b.c”。
%.o : %.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $< -o $@
表示把所有的.c文件都編譯成.o文件。
其中，“$@”表示所有目標的集合，”$<”表示所有依賴目標的集合（在模式定義規則的情形下）。
2） 自動化變量
自動化變量只應出現在規則的命令中。
| 變量 |
含義 |
| $@ |
表示規則中的所有目標文件的集合。在模式規則中如果有多個目標，“$@”就是匹配於目標中模式定義的集合 |
| $% |
僅當目標是函數庫文件時，表示規則中的目標成員名，如果目標不是函數庫文件（UNIX下是 .a，Windows是.lib），其值為空。 |
| $< |
依賴目標中的第一個目標名字，如果依賴目標是以模式（即”%“）定義的，則”$<”是符合模式的一系列的文件集 |
| $? |
所有比目標新的依賴目標的集合，以空格分隔 |
| $^ |
所有依賴目標的集合，以空格分隔。如如果在依賴目標中有多個重復的，則自動去除重復的依賴目標，只保留一份 |
| $+ |
同”$^”，也是所有依賴目標的集合，只是它不去除重復的依賴目標。 |
| $* |
目標模式中“%”及其之前的部分 |
| $(@D) |
“$@”的目錄部分（不以斜杠作為結尾），如果”$@”中沒有包含斜杠，其值為“.”（當前目錄） |
| $(@F) |
“$@”的文件部分，相當於函數”$(notdir $@)” |
| $(*D) |
同”$(@D)”，取文件的目錄部分 |
| $(*F) |
同”$(@F)”，取文件部分，但不取后綴名 |
| $(%D) |
函數包文件成員的目錄部分 |
| $(%F) |
函數包文件成員的文件名部分 |
| $(<D) |
依賴目標中的第一個目標的目錄部分 |
| $(<F) |
依賴目標中的第一個目標的文件名部分 |
| $(^D) |
所有依賴目標文件中目錄部分（無相同的） |
| $(^F) |
所有依賴目標文件中文件名部分（無相同的） |
| $(+D) |
所有依賴目標文件中的目錄部分（可以有相同的） |
| $(+F) |
所有依賴目標文件中的文件名部分（可以有相同的） |
| $(?D) |
所有被更新文件的目錄部分 |
| $(?F) |
所有被更新文件的文件名部分 |
- Makefile那些稀奇古怪的符號
這些稀奇古怪的符號是前面隱式規則中出現過，單獨拎出來是因為我們會經常用到它們。
這些符號也就是我們常說的自動變量：
$@ ：規則中的目標集
$^ ：規則中的所有先決條件
$< ：表示規則中的第一個先決條件
再來說說$VAR和$$VAR的區別：
makefile文件中的規則絕大部分都是使用shell命令來實現的，這里就涉及到了變量的使用，包括makefile中的變量和shell命令范疇內的變量。在makefile的規則命令行中使用$var就是在命令中引用makefile的變量，這里僅僅是讀取makefile的變量然后擴展開，將其值作為參數傳給了一個shell命令；而$$var是在訪問一個shell命令內定義的變量，而非makefile的變量。如果某規則有n個shell命令行構成，而相互之間沒有用';'和'\'連接起來的話，就是相互之間沒有關聯的shell命令，相互之間也不能變量共享。
- Makefile之偽目標
使用其原因一：避免和同名文件沖突
在現實中難免存在所定義的目標與所存在的目標是同名的，采用Makefile如何處理這種情況呢？Makefile中的假目標（phony target）可以解決這個問題。
假目標可以使用.PHONY關鍵字進行聲明，對於假目標，可以想象，因為不依賴於某文件，make該目標的時候，其所在規則的命令都會被執行。
如果編寫一個規則，並不產生目標文件，則其命令在每次make 該目標時都執行。
例如：
clean:
rm *.o temp
因為"rm"命令並不產生"clean"文件，則每次執行"make clean"的時候，該命令都會執行。如果目錄中出現了"clean"文件，則規則失效了：沒有依賴文件，文件"clean"始終是最新的，命令永遠不會執行；為避免這個問題，可使用".PHONY"指明該目標。如：
.PHONY : clean
這樣執行"make clean"會無視"clean"文件存在與否。
已知phony 目標並非是由其它文件生成的實際文件，make 會跳過隱含規則搜索。這就是聲明phony 目標會改善性能的原因，即使你並不擔心實際文件存在與否。
完整的例子如下：
.PHONY : clean
clean :
rm *.o temp
使用其原因二：提高執行make的效率
當一個目標被聲明為偽目標后，make在執行此規則時不會試圖去查找隱含規則來創建這個目標。這樣也提高了make的執行效率，同時我們也不用擔心由於目標和文件名重名而使我們的期望失敗。
- Makefile那些賦值的事兒
面試中經常被問到的問題： [=]和[：=]符號的區別。
=
可以先使用后定義，這就導致makefile在全部展開后才能決定變量的值。
有可能出現循環遞歸，無法暫開的問題。
：=
必須先定義然后再使用，在當前的位置就可以決定變量的值。
再補充兩種符號？= 、+=，如果熟悉C語言那對這兩種符號理解會很容易。
？=
相當於選擇疑問句，如果前面的變量沒被賦值，那就做賦值操作
+=
相當於遞加操作
看一個例子就明白了。新建一個Makefile，內容如下：
ifdef DEFINE_VRE VRE = “Hello World!” else endif ifeq ($(OPT),define) VRE ?= “Hello World! First!” endif ifeq ($(OPT),add) VRE += “Kelly!” endif ifeq ($(OPT),recover) VRE := “Hello World! Again!” endif all: @echo $(VRE)
敲入以下make命令：
make DEFINE_VRE=true OPT=define 輸出：Hello World!
make DEFINE_VRE=true OPT=add 輸出：Hello World! Kelly!
make DEFINE_VRE=true OPT=recover 輸出：Hello World! Again!
make DEFINE_VRE= OPT=define 輸出：Hello World! First!
make DEFINE_VRE= OPT=add 輸出：Kelly!
make DEFINE_VRE= OPT=recover 輸出：Hello World! Again!
- 雜談
以下，摘止采銅大大的《開放的智力》，獻給那些不甘平庸的人。
在今天這個時代，很多人瘋狂地追求着很多東西，卻沒有反思過自己為什么要追求這些。我們爭先恐后地買房，買車，我們笑談着「賣腎」買iPhone，我們為各種名牌神魂顛倒，我們在微博、微信這些社交媒體上八面玲瓏，我們在知乎上寫答案然后等着贊同票一點點刷上去。這些都構成了米蘭·昆德拉筆下的「媚俗」的生活。
在一個鍾鼓齊鳴的地方，你會失去駐足傾聽的能力；在一個霓虹閃爍的地方，你就無法發現事物本身的光澤；在一個人流如梭的鬧市，你會忘記原本行進的方向。以旁人的眼光作為自己人生的參考線，你會為追逐一個內心並不想要的東西，而氣喘吁吁地奔跑；更糟糕的是，你的人生會被割裂開來，變成很多碎片，每一塊碎片都用來討好特定的一群人。也許，以一個較小的幾率，你最終獲得了世俗意義上的成功，但這種成功也很可能是平庸的。如果你做不成自己，再大的成功又有何意義？
趨同的益處簡單而直接，你可以很容易的融入一個集體，與別人有更多共同的興趣，聊天時有更多的談資，獲得長輩更多的稱贊，甚至，你會成為一個小群體中的明星。而它的代價是緩慢而隱蔽的，它會讓你不去努力發現自己的天賦和才能，讓你失去變得與眾不同的所有可能性。曾經有一個日本小說家，從小學開始，成績就很不好，是老師同學眼中的大笨蛋，當然他自己也這么覺得。不過他很早就有一個愛好，就是喜歡看小說。到了高一時，他的成績在全年級四百多人中都排到了倒數幾名，可他對此卻是不急不躁，不僅不迎頭趕上，而是變本加厲，開始做一件同學老師家長玩玩沒想到的事：寫小說。每天晚上，他用小伙伴們做作業的時間伏案寫作，一上來就是長篇，一下就是幾十萬字，這樣寫了多年，遭遇了幾次挫折之后，終於成名，他是東野圭吾。
所以，內心堅定的人，從來不忌憚做一些不尋常之事。那些在別人看來瘋狂的舉動，對自己來說卻可能是最好最安寧的選擇。逃脫獻媚於他人的牢籠，才能真正獲得自由。