C/C++ 通用 Makefile

C/C++ 通用 Makefile
Generic Makefile for C/C++ Program

本文提供了一个用于对 C/C++ 程序进行编译和连接以产生可执行程序的通用 Makefile。

在 使用 Makefile 之前，只需对它进行一些简单的设置即可；而且一经设置，即使以后对源程序文件有所增减一般也不再需要改动 Makefile。因此，即便是一个没有学习过 Makefile 书写规则的人，也可以为自己的 C/C++ 程序快速建立一个可工作的 Makefile。
这个 Makefile 可以在 GNU Make 和 GCC 编译器下正常工作。但是不能保证对于其它版本的 Make 和编译器也能正常工作。

如果你发现了本文中的错误，或者对本文有什么感想或建议，可通过 whyglinux AT hotmail DOT com 邮箱和作者联系。

此 Makefile 的使用方法如下：

   1. 程序目录的组织
      尽 量将自己的源程序集中在一个目录中，并且把 Makefile 和源程序放在一起，这样用起来比较方便。当然，也可以将源程序分类存放在不同的目录中。

      在程序目录中创建一个名为 Makefile 的文本文件，将后面列出的 Makefile 的内容复制到这个文件中。（注意：在复制的过程中，Makfile 中各命令前面的 Tab 字符有可能被转换成若干个空格。这种情况下需要把 Makefile 命令前面的这些空格替换为一个 Tab。）

      将当前工作目录切换到 Makefile 所在的目录。目前，这个 Makefile 只支持在当前目录中的调用，不支持当前目录和 Makefile 所在的路径不是同一目录的情况。
   2. 指定可执行文件
      程 序编译和连接成功后产生的可执行文件在 Makefile 中的 PROGRAM 变量中设定。这一项不能为空。为自己程序的可执行文件起一个有意义的名子吧。
   3. 指定源程序
      要编译的源程序由其所在的路径和文件的扩展名两项来确定。由于头文件是通过包含来使用的，所以在这里说的源程序不应包含头文件。

      程 序所在的路径在 SRCDIRS 中设定。如果源程序分布在不同的目录中，那么需要在 SRCDIRS 中一一指定，并且路径名之间用空格分隔。

      在 SRCEXTS 中指定程序中使用的文件类型。C/C++ 程序的扩展名一般有比较固定的几种形式：.c、.C、.cc、.cpp、.CPP、.c++、.cp、或者.cxx（参见 man gcc）。扩展名决定了程序是 C 还是 C++ 程序：.c 是 C 程序，其它扩展名表示 C++ 程序。一般固定使用其中的一种扩展名即可。但是也有可能需要使用多种扩展名，这可以在 SOURCE_EXT 中一一指定，各个扩展名之间用空格分隔。

      虽然并不常用，但是 C 程序也可以被作为 C++ 程序编译。这可以通过在 Makefile 中设置 CC = $(CXX) 和 CFLAGS = $(CXXFLAGS) 两项即可实现。

      这个 Makefile 支持 C、C++ 以及 C/C++ 混合三种编译方式：
          * 如果只指定 .c 扩展名，那么这是一个 C 程序，用 $(CC) 表示的编译命令进行编译和连接。
          * 如果指定的是除 .c 之外的其它扩展名（如 .cc、.cpp、.cxx 等），那么这是一个 C++ 程序，用 $(CXX) 进行编译和连接。
          * 如 果既指定了 .c，又指定了其它 C++ 扩展名，那么这是 C/C++ 混合程序，将用 $(CC) 编译其中的 C 程序，用 $(CXX) 编译其中的 C++ 程序，最后再用 $(CXX) 连接程序。

      这些工作都是 make 根据在 Makefile 中提供的程序文件类型（扩展名）自动判断进行的，不需要用户干预。
   4. 指定编译选项
      编 译选项由三部分组成：预处理选项、编译选项以及连接选项，分别由 CPPFLAGS、CFLAGS与CXXFLAGS、LDFLAGS 指定。

      CPPFLAGS 选项可参考 C 预处理命令 cpp 的说明，但是注意不能包含 -M 以及和 -M 有关的选项。如果是 C/C++ 混合编程，也可以在这里设置 C/C++ 的一些共同的编译选项。

      CFLAGS 和 CXXFLAGS 两个变量通常用来指定编译选项。前者仅仅用于指定 C 程序的编译选项，后者仅仅用于指定 C++ 程序的编译选项。其实也可以在两个变量中指定一些预处理选项（即一些本来应该放在 CPPFLAGS 中的选项），和 CPPFLAGS 并没有明确的界限。

      连接选项在 LDFLAGS 中指定。如果只使用 C/C++ 标准库，一般没有必要设置。如果使用了非标准库，应该在这里指定连接需要的选项，如库所在的路径、库名以及其它联接选项。

      现在的库一 般都提供了一个相应的 .pc 文件来记录使用库所需要的预编译选项、编译选项和连接选项等信息，通过 pkg-config 可以动态提取这些选项。与由用户显式指定各个选项相比，使用 pkg-config 来访问库提供的选项更方便、更具通用性。在后面可以看到一个 GTK+ 程序的例子，其编译和连接选项的指定就是用 pkg-config 实现的。
   5. 编译和连接
      上面的各项设置好之后保存 Makefile 文件。执行 make 命令，程序就开始编译了。

      命 令 make 会根据 Makefile 中设置好的路径和文件类型搜索源程序文件，然后根据文件的类型调用相应的编译命令、使用相应的编译选项对程序进行编译。

      编译成功之后程序的连接会自动进行。如果没有错误的话最终会产生程序的可执行文件。

      注 意：在对程序编译之后，会产生和源程序文件一一对应的 .d 文件。这是表示依赖关系的文件，通过它们 make 决定在源程序文件变动之后要进行哪些更新。为每一个源程序文件建立相应的 .d 文件这也是 GNU Make 推荐的方式。
   6. Makefile 目标（Targets）
      下面是关于这个 Makefile 提供的目标以及它所完成的功能：
          * make
            编译和连接程序。相当于 make all。
          * make objs
            仅仅编译程序产生 .o 目标文件，不进行连接（一般很少单独使用）。
          * make clean
            删除编译产生的目标文件和依赖文件。
          * make cleanall
            删除目标文件、依赖文件以及可执行文件。
          * make rebuild
            重新编译和连接程序。相当于 make clean && make all。


关于这个 Makefile 的实现原理不准备详细解释了。如果有兴趣的话，可参考文末列出的“参考资料”。

Makefile 的内容如下：
代码:
###############################################################################
#
# Generic Makefile for C/C++ Program
#
# Author: whyglinux (whyglinux AT hotmail DOT com)
# Date: 2006/03/04

# Description:
# The makefile searches in <SRCDIRS> directories for the source files
# with extensions specified in <SOURCE_EXT>, then compiles the sources
# and finally produces the <PROGRAM>, the executable file, by linking
# the objectives.

# Usage:
# $ make compile and link the program.
# $ make objs compile only (no linking. Rarely used).
# $ make clean clean the objectives and dependencies.
# $ make cleanall clean the objectives, dependencies and executable.
# $ make rebuild rebuild the program. The same as make clean && make all.
#==============================================================================

## Customizing Section: adjust the following if necessary.
##=============================================================================

# The executable file name.
# It must be specified.
# PROGRAM := a.out # the executable name
PROGRAM :=

# The directories in which source files reside.
# At least one path should be specified.
# SRCDIRS := . # current directory
SRCDIRS :=

# The source file types (headers excluded).
# At least one type should be specified.
# The valid suffixes are among of .c, .C, .cc, .cpp, .CPP, .c++, .cp, or .cxx.
# SRCEXTS := .c # C program
# SRCEXTS := .cpp # C++ program
# SRCEXTS := .c .cpp # C/C++ program
SRCEXTS :=

# The flags used by the cpp (man cpp for more).
# CPPFLAGS := -Wall -Werror # show all warnings and take them as errors
CPPFLAGS :=

# The compiling flags used only for C.
# If it is a C++ program, no need to set these flags.
# If it is a C and C++ merging program, set these flags for the C parts.
CFLAGS :=
CFLAGS +=

# The compiling flags used only for C++.
# If it is a C program, no need to set these flags.
# If it is a C and C++ merging program, set these flags for the C++ parts.
CXXFLAGS :=
CXXFLAGS +=

# The library and the link options ( C and C++ common).
LDFLAGS :=
LDFLAGS +=

## Implict Section: change the following only when necessary.
##=============================================================================
# The C program compiler. Uncomment it to specify yours explicitly.
#CC = gcc

# The C++ program compiler. Uncomment it to specify yours explicitly.
#CXX = g++

# Uncomment the 2 lines to compile C programs as C++ ones.
#CC = $(CXX)
#CFLAGS = $(CXXFLAGS)

# The command used to delete file.
#RM = rm -f

## Stable Section: usually no need to be changed. But you can add more.
##=============================================================================
SHELL = /bin/sh
SOURCES = $(foreach d,$(SRCDIRS),$(wildcard $(addprefix $(d)/*,$(SRCEXTS))))
OBJS = $(foreach x,$(SRCEXTS), \
$(patsubst %$(x),%.o,$(filter %$(x),$(SOURCES))))
DEPS = $(patsubst %.o,%.d,$(OBJS))

.PHONY : all objs clean cleanall rebuild

all : $(PROGRAM)

# Rules for creating the dependency files (.d).
#---------------------------------------------------
%.d : %.c
@$(CC) -MM -MD $(CFLAGS) $<

%.d : %.C
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.cc
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.cpp
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.CPP
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.c++
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.cp
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

%.d : %.cxx
@$(CC) -MM -MD $(CXXFLAGS) $<

# Rules for producing the objects.
#---------------------------------------------------
objs : $(OBJS)

%.o : %.c
$(CC) -c $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) $<

%.o : %.C
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.cc
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.cpp
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.CPP
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.c++
$(CXX -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.cp
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

%.o : %.cxx
$(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS) $<

# Rules for producing the executable.
#----------------------------------------------
$(PROGRAM) : $(OBJS)
ifeq ($(strip $(SRCEXTS)), .c) # C file
$(CC) -o $(PROGRAM) $(OBJS) $(LDFLAGS)
else # C++ file
$(CXX) -o $(PROGRAM) $(OBJS) $(LDFLAGS)
endif

-include $(DEPS)

rebuild: clean all

clean :
@$(RM) *.o *.d

cleanall: clean
@$(RM) $(PROGRAM) $(PROGRAM).exe

### End of the Makefile ## Suggestions are welcome ## All rights reserved ###
###############################################################################

下面提供两个例子来具体说明上面 Makefile 的用法。

例一　Hello World 程序

这 个程序的功能是输出 Hello, world! 这样一行文字。由 hello.h、hello.c、main.cxx 三个文件组成。前两个文件是 C 程序，后一个是 C++ 程序，因此这是一个 C 和 C++ 混编程序。
代码:
/* File name: hello.h
* C header file
*/

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void print_hello();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

代码:
/* File name: hello.c
* C source file.
*/
#include "hello.h"
#include <stdio.h>

void print_hello()
{
puts( "Hello, world!" );
}

代码:
/* File name: main.cxx
* C++ source file.
*/
#include "hello.h"

int main()
{
print_hello();

return 0;
}

建 立一个新的目录，然后把这三个文件拷贝到目录中，也把 Makefile 文件拷贝到目录中。之后，对 Makefile 的相关项目进行如下设置：
代码:
PROGRAM := hello # 设置运行程序名
SRCDIRS := . # 源程序位于当前目录下
SRCEXTS := .c .cxx # 源程序文件有 .c 和 .cxx 两种类型
CFLAGS := -g # 为 C 目标程序包含 GDB 可用的调试信息
CXXFLAGS := -g # 为 C++ 目标程序包含 GDB 可用的调试信息

由 于这个简单的程序只使用了 C 标准库的函数（puts），所以对于 CFLAGS 和 CXXFLAGS 没有过多的要求，LDFLAGS 和 CPPFLAGS 选项也无需设置。

经过上面的设置之后，执行 make 命令就可以编译程序了。如果没有错误出现的话，./hello 就可以运行程序了。

如果修改了源程序的话，可以看到只有和修改有关的源文件被编译。也可以再为程序添加新的源文件，只要它们的扩展名是已经在 Makefile 中设置过的，那么就没有必要修改　Makefile。

例二　GTK+ 版 Hello World 程序

这 个 GTK+ 2.0 版的 Hello World 程序可以从下面的网址上得到：http://www.gtk.org/tutorial/c58.html#SEC-HELLOWORLD。当然，要编译 GTK+ 程序，还需要你的系统上已经安装好了 GTK+。

跟第一个例子一样，单独创建一个新的目录，把上面网页中提供的程序保存为 main.c 文件。对 Makefile 做如下设置：
代码:
PROGRAM := hello # 设置运行程序名
SRCDIRS := . # 源程序位于当前目录下
SRCEXTS := .c # 源程序文件只有 .c 一种类型
CFLAGS := `pkg-config --cflags gtk+-2.0` # CFLAGS
LDFLAGS := `pkg-config --libs gtk+-2.0` # LDFLAGS

这是一个 C 程序，所以 CXXFLAGS 没有必要设置——即使被设置了也不会被使用。

编译和连接 GTK+ 库所需要的 CFLAGS 和 LDFLAGS 由 pkg-config 程序自动产生。

现在就可以运行 make 命令编译、./hello 执行这个 GTK+ 程序了。

参考资料：

   1. Multi-file projects and the GNU Make utility
      Author: George Foot
      http://www.elitecoders.de/mags/cscene/CS2/CS2-10.html
   2. GNU Make Manual
      http://www.gnu.org/software/make/manual/