March 3, 2015 8:19 PM
Makefile 文件的編寫
學習前的准備
需要准備的工程目錄結構如下：
.
├── add
│ ├── add_float.c
│ ├── add.h
│ └── add_int.c
├── main.c
└── sub
├── sub_float.c
├── sub.h
└── sub_int.c
文件編譯為可執行文件cacu
NOTE：需要的源代碼:MakefileExample.tar
Makefile的介紹
使用 GCC 的命令行進行程序編譯在單個文件下是比較方便的，當工程中的文件逐漸增多，甚至變得十分龐大的時候，使用 GCC 命令編譯就會變得力不從心。Linux 中的 make 工具提供了一種管理工程的功能，可以方便的進行程序的編譯，對更新的文件進行重編譯。
Makefile的基本格式為：
TARGET... : DEPENDEDS...
COMMAND
...
...
- TARGET:規則所定義的目標，通常是最后生成的文件，也可以是一個“動作”，稱之為“偽目標”。
- DEPENDEDS：執行此規則所必須的依賴條件。
- COMMAND：規則所執行的命令。命令可以是多個，每個命令占一行，以 Tab 開頭。
動手編寫多文件工程的Makefile
1.命令行編譯程序
如果在命令行下手動編譯該程序比較麻煩，需要先編譯每個文件，生成目標文件，最后再將5個目標文件編譯成可執行文件。
#get add_int.o target
gcc -c add/add_int.c -o add/add_int.o -ggdb
#get add_float.o target
gcc -c add/add_float.c -o add/add_float.o -ggdb
#get sub_float.o target
gcc -c sub/sub_float.c -o sub/sub_float.o -ggdb
#get sub_int.o target
gcc -c sub/sub_int.c -o sub/sub_int.o -ggdb
#get main.o target
gcc -c main.c -o main.o -Iadd -Isub -ggdb
#get cacu bin file
gcc -o cacu add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o -ggdb
#get main.S target
gcc -S add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
2.多文件的Makefile
使用make進行項目管理，需要編寫Makefile。在編譯時，make程序按照順序從Makefile文件中讀取指令，依次執行！
#get cacu bin file
cacu:add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
gcc -o cacu add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o -ggdb
#get add_int.o target
add_int.o:add/add_int.c add/add.h
gcc -c -o add/add_int.o add/add_int.c -ggdb
#get add_float.o target
add_float.o:add/add_float.c add/add.h
gcc -c -o add/add_float.o add/add_float.c -ggdb
#get sub_int.o target
sub_int.o:sub/sub_int.c sub/sub.h
gcc -c -o sub/sub_int.o sub/sub_int.c -ggdb
#get sub_float.o target
sub_float.o:sub/sub_float.c sub/sub.h
gcc -c -o sub/sub_float.o sub/sub_float.c -ggdb
#get main.o target
main.o:main.c add/add.h sub/sub.h
gcc -c -o main.o main.c -Iadd -Isub -ggdb
#clean project
clean:
rm -f cacu add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
當需要編譯工程時，直接在工程目錄中執行make即可。如果想清除編譯過程中生成的目標文件和cacu，執行make clean即可。
3.使用用戶自定義變量的Makefile
在Makefile文件中，用戶可以自定義變量，方便用戶修改參數。
使用變量后，原本冗長的文件可以化簡為：
CC = gcc
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o sub/sub_float.o sub/sub_int.o main.o
TARGET = cacu
RM = rm -f
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
$(OBJS):%o:%c
$(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $@
clean:
$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
NOTE：$(OBJS):%.o:%.c中 %.o:%.c 是將 $(OBJS) 中以 .o 結尾的文件替換成以 .c 結尾的文件。
其中 $< 和 $@ 是自動化變量,下一節會介紹。
4.使用預定義變量的Makefile
在Makefile中還有一些變量是系統預定義的，用戶可以直接使用。
Makefile中經常使用的變量及含義
| 變量名 | 含 義 | 默 認 值 |
|---|---|---|
| AR | 生成靜態庫庫文件的程序名稱 | ar |
| AS | 匯編編譯器的名稱 | as |
| CC | C語言編譯器的名稱 | cc |
| CPP | C語言預編譯器的名稱 | $(CC) -E |
| CXX | C++語言編譯器的名稱 | g++ |
| FC | FORTRAN語言編譯器的名稱 | f77 |
| RM | 刪除文件程序的名稱 | rm -f |
| ARFLAGS | 生成靜態庫庫文件程序的選項 | 無默認值 |
| ASFLAGS | 匯編語言編譯器的編譯選項 | 無默認值 |
| CFLAGS | C語言編譯器的編譯選項 | 無默認值 |
| CPPFLAGS | C語言預編譯器的編譯選項 | 無默認值 |
| CXXFLAGS | C++語言編譯器的編譯選項 | 無默認值 |
| FFLAGS | FORTRAN語言編譯器的編譯選項 | 無默認值 |
因此，前面的Makefile文件可以改寫成：
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
其中變量$(CC) $(RM)可以直接使用，默認值分別是cc和rm -f。另外CFLAGS等變量是調用編譯器時的默認選項配置，在生成main.o時沒有指定編譯選項，make程序自動調用了文件中定義的CFLAGS選項來增加頭文件的搜索路徑。
5.使用自動變量的Makefile
還記得上面出現的 $< 和 $@ 嗎？它們是Makefile中的自動變量，分別代表依賴項和目標項。下面是一些常見的自動變量及其含義：
Makefile 中常見的自動變量和含義
| 變量 | 含義 |
|---|---|
| * | 表示目標文件的名稱，不包含目標文件的擴展名 |
| + | 表示所有的依賴文件，這些依賴文件之間以空格分開，按照出現的先后為順序，其中可能包含重復的依賴文件 |
| < | 表示依賴項中第一個依賴文件的名稱 |
| ? | 依賴項中，所有目標文件時間戳晚的依賴文件，依賴文件之間以空格分開 |
| @ | 目標項中目標文件的名稱 |
| ^ | 依賴項中，所有不重復的依賴文件，這些文件之間以空格分開 |
由此，對上面的Makefile文件進行重寫，代碼如下：
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJS = add/add_int.o add/add_float.o \
sub/sub_int.o sub/sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS)
$(OBJS):%o:%c
$(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET) $(OBJS)
6.設置搜索路徑
在大的系統中，通常存在很多目錄，手動添加目錄的方法不僅十分笨拙而且容易造成錯誤。Make 的目錄搜索功能提供了一個解決此問題的方法，指定需要搜索的目錄， make 會自動找到指定文件的目錄並添加到文件上， VPATH 變量可以實現此目的。VPATH 變量的使用方法如下：
VPATH = path1:path2:...
VPATH 右邊是冒號（:）分割路徑名稱，例如下面的指令：
VPATH = add:sub
add_int.o:%.o:%.c
$(CC) -c -o $@ $<
Make 的搜索路徑包含 add 和 sub 目錄。add_int.o 規則自動擴展成如下代碼：
add_int.o:add/add_int.c
cc -c -o add_int.o add/add_int.c
用添加路徑的方法改寫上面的 Makefile 文件，代碼如下：
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
OBJDIR = objs
VPATH = add:sub:.
OBJS = add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJSDIR) $(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJDIR)/*.o $(CFLAGS)
$(OBJDIR):
mkdir -p ./$@
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $(OBJDIR)/$@
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJDIR)/*.o -r
7.自動推導規則
使用命令 make 編譯擴展名為 .c 的 C 語言文件的時候，源文件的編譯規則不用明確地給出。這是因為 make 進行編譯的時候會使用一個默認的編譯規則，按照默認規則完成對 .c 文件的編譯，生成對應的 .o 文件。它執行命令 cc -c 來編譯 .c 源文件。在 Makefile 中只需要給出需要重建的目標文件（一個 .o 文件），make 會自動為這個 .o 文件尋找合適的依賴文件（對應的 .c 文件），並且使用默認的命令來構建這個目標文件。
對於上邊的例子，默認規則是使用命令cc -c main.c -o main.o來創建文件 main.o 。對一個目標文件是“文件名.o“，依賴文件是”文件名.c“的規則，可以省略其編譯規則的命令行，由 make 命令決定如何使用編譯命令和選項。此默認規則稱為 make 的隱含規則。
這樣，在書寫 Makefile 時，就可以省略掉描述 .c 文件和 .o 依賴關系的規則，而只需要給出那些特定的規則描述（.o 目標所需要的 .h 文件）。因此上面的例子可以使用更加簡單的方式書寫， Makefile 文件的內容如下：
CFLAGS = -Iadd -Isub -O2
VPATH = add:sub
OBJS = add_int.o add_float.o sub_int.o sub_float.o main.o
TARGET = cacu
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS) $(CFLAGS)
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJS)
8.遞歸 make
對於規模比較大的程序，需要多個人在多個目錄下進行開發。如果只用一個 Makefile 來維護就會比較麻煩，因此可以在每個目錄下建立自己的 Makefile ，然后在總控 Makefile 中調用子目錄的 Makefile 文件。
目錄結構如下：
.
├── add
│ ├── add_float.c
│ ├── add.h
│ ├── add_int.c
│ └── Makefile
├── main.c
├── Makefile
└── sub
├── Makefile
├── sub_float.c
├── sub.h
└── sub_int.c
1.遞歸調用的方式
add：
cd add && $(MAKE)
它等價於
add：
$(MAKE) -C add
2.總控Makefile
CC = gcc
CFLAGS = -O2
TARGET = cacu
export OBJSDIR = $(shell pwd)/objs
$(TARGET):$(OBJSDIR) main.o
$(MAKE) -C add
$(MAKE) -C sub
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJSDIR)/*.o
$(OBJSDIR):
mkdir -p $@
main.o:%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS) -Iadd -Isub
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJSDIR)/*.o
如果總控 Makefile 中的一些變量需要傳遞給下層的 Makefile，可以使用 export 命令。如：export OBJSDIR = ./objs
3.子目錄Makefile的編寫
Add 目錄下的 Makefile 如下：
OBJS = add_int.o add_float.o
all:$(OBJS)
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS)
clean:
$(RM) $(OBJS)
Sub 目錄下的 Makefile 如下：
OBJS = sub_int.o sub_float.o
all:$(OBJS)
$(OBJS):%.o:%.c
$(CC) -c $< -o $(OBJSDIR)/$@ $(CFLAGS)
clean:
$(RM) $(OBJS)
Makefile 中的函數
1.獲取匹配模式的文件名wildcard
這個函數的功能是查找當前目錄下所有符合模式 PATTERN 的文件名，其返回值是以空格分割的、當前目錄下的所有符合模式 PATTERN 的文件名列表。其原型如下：
$(wildcard PATTERN)
例如，如下模式返回當前目錄下所有擴展名位 .c 的文件列表。
$(wildcard *.c)
2.模式替換函數patsubst
這個函數的功能是查找字符串 text 中按照空格分開的單詞，將符合模式 pattern 的字符串替換成 replacement。 Pattern 中的模式可以使用通配符， % 代表 0 個到 n 個字符，當 pattern 和 replacement 中都有 % 時，符合條件的字符將被 replacement 中的替換。函數的返回值是替換后的新字符串。其原型如下：
$(patsubst pattern, replacement, text)
例如，需要將 C 文件替換為 .o 的目標文件可以使用如下模式：
$(patsubst %.c, %.o, add.c)
上面的模式將 add.c 字符串作為輸入，當擴展名為 .c 時符合模式 %.c ,其中 % 在這里代表 add，替換為 add.o，並作為輸出字符串。
$(patsubst %.c, %.o, $(wildcard *.c))
輸出的字符串將當前擴展名為 .c 的文件替換成 .o 的文件列表。
3.循環函數foreach
這個函數的原型為：
$(foreach VAR, LIST, TEXT)
函數的功能為 foreach 將 LIST 字符串中一個空格分割的單詞，先傳給臨時變量 VAR ，然后執行 TEXT 表達式， TEXT 表達式處理結束后輸出。其返回值是空格分割表達式 TEXT 的計算結果。
例如，對於存在 add 和 sub 的兩個目錄，設置 DIRS 為 "add sub ./" 包含目錄 add、sub 和當前目錄。表達式 $(wildcard $(dir)/*.c) ,可以取出目錄 add 和 sub 及當前目錄中的所有擴展名為 .c 的C語言源文件：
DIRS = sub add ./
FILES = $(foreach dir, $(DIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
利用上面幾個函數對原有的 Makefile 文件進行重新編寫，使新的 Makefile 可以自動更新各個目錄下的C語言源文件：
CC = gcc
CFLAGS = -O2 -Iadd -Isub
TARGET = cacu
DIRS = sub add .
FILES = $(foreach dir, $(DIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(FILES))
$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $(TARGET) $(OBJS)
clean:
-$(RM) $(TARGET)
-$(RM) $(OBJS)
總結
至此，已經可以閱讀大部分軟件的 Makefile 了～～～