makefile详解(1)

makefile 详解

 

编译时，编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。对于后者，通常是你 需要告诉编译器头文件的所在位置（头文件中应该只是声明，而定义应该放在 C/C++ 文件中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说，每个 源文件都应该对应于一个中间目标文件（ O 文件或是 OBJ 文件）。

链接时，主要是链接函数和全局变量，所以，我们可以使用这些中间目标文件（ O 文 件或是 OBJ 文件）来链接我们的应用程序。链接器并不管函数所在的源文件，只管函 数的中间目标文件（ ObjectFile ），在大多数时候，由于源文件太多，编译生成的中间 目标文件太多，而在链接时需要明显地指出中间目标文件名，这对于编译很不方便， 所以，我们要给中间目标文件打个包，在 Windows 下这种包叫 “ 库文件 ” （ Library File) ，也就是 .lib 文件，在 UNIX 下，是 Archive File ，也就是 .a 文件。

总结一下，源文件首先会生成中间目标文件，再由中间目标文件生成执行文件。在编译
时，编译器只检测程序语法，和函数、变量是否被声明。如果函数未被声明，编译器会给出一个警告，但可以生成 ObjectFile 。而在链接程序时，链接器会在所有的 Object File 中找寻函数的实现，如果找不到，那到就会报链接错误码（ Linker Error ），在 VC 下，这种错误一般是： Link2001 错误，意思说是说，链接器未能找到函数的实现。你 需要指定函数的 ObjectFile. 好，言归正传， GNU 的 make 有许多的内容，闲言少叙，还是让我们开始吧。

Makefile 介绍

make 命令执行时，需要一个 Makefile 文件，以告诉 make 命令需要怎么样的去编译和 链接程序。

首先，我们用一个示例来说明 Makefile 的书写规则。以便给大家一个感兴认识。这个示 例来源于 GNU 的 make 使用手册，在这个示例中，我们的工程有 8 个 C 文件，和 3 个 头文件，我们要写一个 Makefile 来告诉 make 命令如何编译和链接这几个文件。我们的 规则是：

1 ）如果这个工程没有编译过，那么我们的所有 C 文件都要编译并被链接。

2 ）如果这个工程的某几个 C 文件被修改，那么我们只编译被修改的 C 文件，并链接目标程序。

3 ）如果这个工程的头文件被改变了，那么我们需要编译引用了这几个头文件的 C 文件，并链接目标程序。

只要我们的 Makefile 写得够好，所有的这一切，我们只用一个 make 命令就可以完成， make 命令会自动智能地根据当前的文件修改的情况来确定哪些文件需要重编译，从而自己编译所需要的文件和链接目标程序。
一、 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 ...
<tab键>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。：）
二、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 “makeclean” 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。
三、 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，
1 、 make 会在当前目录下找名字叫 “Makefile” 或 “makefile” 的文件。
2 、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。
3 、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。

4 、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）
5 、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
——“makeclean” ，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。
四、 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。
五、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。