Linux makefile 教程（二）

七、静态模式

静态模式可以更加容易地定义多目标的规则，可以让我们的规则变得更加的有弹性和灵活。我们还是先来看一下语法：

<targets ...>: <target-pattern>: <prereq-patterns ...>
<commands>
...


targets定义了一系列的目标文件，可以有通配符。是目标的一个集合。

target-parrtern是指明了targets的模式，也就是的目标集模式。

prereq-parrterns是目标的依赖模式，它对target-parrtern形成的模式再进行一次依赖目标的定义。

这样描述这三个东西，可能还是没有说清楚，还是举个例子来说明一下吧。如果我们的<target-parrtern>定义成“%.o”，意思是我们的<target>集合中都是以“.o”结尾的，而如果我们的<prereq-parrterns>定义成“%.c”，意思是对<target-parrtern>所形成的目标集进行二次定义，其计算方法是，取<target-parrtern>模式中的“%”（也就是去掉了[.o]这个结尾），并为其加上[.c]这个结尾，形成的新集合。

所以，我们的“目标模式”或是“依赖模式”中都应该有“%”这个字符，如果你的文件名中有“%”那么你可以使用反斜杠“\”进行转义，来标明真实的“%”字符。

看一个例子：

objects = foo.o bar.o

all: $(objects)

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


上面的例子中，指明了我们的目标从$object中获取，“%.o”表明要所有以“.o”结尾的目标，也就是“foo.o bar.o”，也就是变量$object集合的模式，而依赖模式“%.c”则取模式“%.o”的“%”，也就是“foo bar”，并为其加下“.c”的后缀，于是，我们的依赖目标就是“foo.c bar.c”。而命令中的“$<”和“$@”则是自动化变量，“$<”表示所有的依赖目标集（也就是“foo.c bar.c”），“$@”表示目标集（也就是“foo.o bar.o”）。于是，上面的规则展开后等价于下面的规则：

foo.o : foo.c
$(CC) -c $(CFLAGS) foo.c -o foo.o
bar.o : bar.c
$(CC) -c $(CFLAGS) bar.c -o bar.o

试想，如果我们的“%.o”有几百个，那种我们只要用这种很简单的“静态模式规则”就可以写完一堆规则，实在是太有效率了。“静态模式规则”的用法很灵活，如果用得好，那会一个很强大的功能。再看一个例子：


files = foo.elc bar.o lose.o

$(filter %.o,$(files)): %.o: %.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $@
$(filter %.elc,$(files)): %.elc: %.el
emacs -f batch-byte-compile $<


$(filter %.o,$(files))表示调用Makefile的filter函数，过滤“$filter”集，只要其中模式为“%.o”的内容。其的它内容，我就不用多说了吧。这个例字展示了Makefile中更大的弹性。


八、自动生成依赖性

在Makefile中，我们的依赖关系可能会需要包含一系列的头文件，比如，如果我们的main.c中有一句“#include "defs.h"”，那么我们的依赖关系应该是：

main.o : main.c defs.h

但是，如果是一个比较大型的工程，你必需清楚哪些C文件包含了哪些头文件，并且，你在加入或删除头文件时，也需要小心地修改Makefile，这是一个很没有维护性的工作。为了避免这种繁重而又容易出错的事情，我们可以使用C/C++编译的一个功能。大多数的C/C++编译器都支持一个“-M”的选项，即自动找寻源文件中包含的头文件，并生成一个依赖关系。例如，如果我们执行下面的命令：

cc -M main.c

其输出是：

main.o : main.c defs.h

于是由编译器自动生成的依赖关系，这样一来，你就不必再手动书写若干文件的依赖关系，而由编译器自动生成了。需要提醒一句的是，如果你使用GNU的C/C++编译器，你得用“-MM”参数，不然，“-M”参数会把一些标准库的头文件也包含进来。

gcc -M main.c的输出是：

main.o: main.c defs.h /usr/include/stdio.h /usr/include/features.h \
/usr/include/sys/cdefs.h /usr/include/gnu/stubs.h \
/usr/lib/gcc-lib/i486-suse-linux/2.95.3/include/stddef.h \
/usr/include/bits/types.h /usr/include/bits/pthreadtypes.h \
/usr/include/bits/sched.h /usr/include/libio.h \
/usr/include/_G_config.h /usr/include/wchar.h \
/usr/include/bits/wchar.h /usr/include/gconv.h \
/usr/lib/gcc-lib/i486-suse-linux/2.95.3/include/stdarg.h \
/usr/include/bits/stdio_lim.h


gcc -MM main.c的输出则是：

main.o: main.c defs.h

那么，编译器的这个功能如何与我们的Makefile联系在一起呢。因为这样一来，我们的Makefile也要根据这些源文件重新生成，让Makefile自已依赖于源文件？这个功能并不现实，不过我们可以有其它手段来迂回地实现这一功能。GNU组织建议把编译器为每一个源文件的自动生成的依赖关系放到一个文件中，为每一个“name.c”的文件都生成一个“name.d”的Makefile文件，[.d]文件中就存放对应[.c]文件的依赖关系。

于是，我们可以写出[.c]文件和[.d]文件的依赖关系，并让make自动更新或自成[.d]文件，并把其包含在我们的主Makefile中，这样，我们就可以自动化地生成每个文件的依赖关系了。

这里，我们给出了一个模式规则来产生[.d]文件：

%.d: %.c
@set -e; rm -f $@; \
$(CC) -M $(CPPFLAGS) $< > $@.$$$$; \
sed 's,\($*\)\.o[ :]*,\1.o $@ : ,g' < $@.$$$$ > $@; \
rm -f $@.$$$$


这个规则的意思是，所有的[.d]文件依赖于[.c]文件，“rm -f $@”的意思是删除所有的目标，也就是[.d]文件，第二行的意思是，为每个依赖文件“$<”，也就是[.c]文件生成依赖文件，“$@”表示模式“%.d”文件，如果有一个C文件是name.c，那么“%”就是“name”，“$$$$”意为一个随机编号，第二行生成的文件有可能是“name.d.12345”，第三行使用sed命令做了一个替换，关于sed命令的用法请参看相关的使用文档。第四行就是删除临时文件。

总而言之，这个模式要做的事就是在编译器生成的依赖关系中加入[.d]文件的依赖，即把依赖关系：

main.o : main.c defs.h

转成：

main.o main.d : main.c defs.h

于是，我们的[.d]文件也会自动更新了，并会自动生成了，当然，你还可以在这个[.d]文件中加入的不只是依赖关系，包括生成的命令也可一并加入，让每个[.d]文件都包含一个完赖的规则。一旦我们完成这个工作，接下来，我们就要把这些自动生成的规则放进我们的主Makefile中。我们可以使用Makefile的“include”命令，来引入别的Makefile文件（前面讲过），例如：

sources = foo.c bar.c

include $(sources:.c=.d)

上述语句中的“$(sources:.c=.d)”中的“.c=.d”的意思是做一个替换，把变量$(sources)所有[.c]的字串都替换成[.d]，关于这个“替换”的内容，在后面我会有更为详细的讲述。当然，你得注意次序，因为include是按次来载入文件，最先载入的[.d]文件中的目标会成为默认目标。

书写命令
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每条规则中的命令和操作系统Shell的命令行是一致的。make会一按顺序一条一条的执行命令，每条命令的开头必须以[Tab]键开头，除非，命令是紧跟在依赖规则后面的分号后的。在命令行之间中的空格或是空行会被忽略，但是如果该空格或空行是以Tab键开头的，那么make会认为其是一个空命令。

我们在UNIX下可能会使用不同的Shell，但是make的命令默认是被“/bin/sh”——UNIX的标准Shell解释执行的。除非你特别指定一个其它的Shell。Makefile中，“#”是注释符，很像C/C++中的“//”，其后的本行字符都被注释。

一、显示命令

通常，make会把其要执行的命令行在命令执行前输出到屏幕上。当我们用“@”字符在命令行前，那么，这个命令将不被make显示出来，最具代表性的例子是，我们用这个功能来像屏幕显示一些信息。如：

@echo 正在编译XXX模块......

当make执行时，会输出“正在编译XXX模块......”字串，但不会输出命令，如果没有“@”，那么，make将输出：

echo 正在编译XXX模块......
正在编译XXX模块......

如果make执行时，带入make参数“-n”或“--just-print”，那么其只是显示命令，但不会执行命令，这个功能很有利于我们调试我们的Makefile，看看我们书写的命令是执行起来是什么样子的或是什么顺序的。

而make参数“-s”或“--slient”则是全面禁止命令的显示。



二、命令执行

当依赖目标新于目标时，也就是当规则的目标需要被更新时，make会一条一条的执行其后的命令。需要注意的是，如果你要让上一条命令的结果应用在下一条命令时，你应该使用分号分隔这两条命令。比如你的第一条命令是cd命令，你希望第二条命令得在cd之后的基础上运行，那么你就不能把这两条命令写在两行上，而应该把这两条命令写在一行上，用分号分隔。如：

示例一：
exec:
cd /home/hchen
pwd

示例二：
exec:
cd /home/hchen; pwd

当我们执行“make exec”时，第一个例子中的cd没有作用，pwd会打印出当前的Makefile目录，而第二个例子中，cd就起作用了，pwd会打印出“/home/hchen”。

make一般是使用环境变量SHELL中所定义的系统Shell来执行命令，默认情况下使用UNIX的标准Shell——/bin/sh来执行命令。但在MS-DOS下有点特殊，因为MS-DOS下没有SHELL环境变量，当然你也可以指定。如果你指定了UNIX风格的目录形式，首先，make会在SHELL所指定的路径中找寻命令解释器，如果找不到，其会在当前盘符中的当前目录中寻找，如果再找不到，其会在PATH环境变量中所定义的所有路径中寻找。MS-DOS中，如果你定义的命令解释器没有找到，其会给你的命令解释器加上诸如“.exe”、“.com”、“.bat”、“.sh”等后缀。



三、命令出错

每当命令运行完后，make会检测每个命令的返回码，如果命令返回成功，那么make会执行下一条命令，当规则中所有的命令成功返回后，这个规则就算是成功完成了。如果一个规则中的某个命令出错了（命令退出码非零），那么make就会终止执行当前规则，这将有可能终止所有规则的执行。

有些时候，命令的出错并不表示就是错误的。例如mkdir命令，我们一定需要建立一个目录，如果目录不存在，那么mkdir就成功执行，万事大吉，如果目录存在，那么就出错了。我们之所以使用mkdir的意思就是一定要有这样的一个目录，于是我们就不希望mkdir出错而终止规则的运行。

为了做到这一点，忽略命令的出错，我们可以在Makefile的命令行前加一个减号“-”（在Tab键之后），标记为不管命令出不出错都认为是成功的。如：

clean:
-rm -f *.o

还有一个全局的办法是，给make加上“-i”或是“--ignore-errors”参数，那么，Makefile中所有命令都会忽略错误。而如果一个规则是以“.IGNORE”作为目标的，那么这个规则中的所有命令将会忽略错误。这些是不同级别的防止命令出错的方法，你可以根据你的不同喜欢设置。

还有一个要提一下的make的参数的是“-k”或是“--keep-going”，这个参数的意思是，如果某规则中的命令出错了，那么就终目该规则的执行，但继续执行其它规则。



四、嵌套执行make

在一些大的工程中，我们会把我们不同模块或是不同功能的源文件放在不同的目录中，我们可以在每个目录中都书写一个该目录的Makefile，这有利于让我们的Makefile变得更加地简洁，而不至于把所有的东西全部写在一个Makefile中，这样会很难维护我们的Makefile，这个技术对于我们模块编译和分段编译有着非常大的好处。

例如，我们有一个子目录叫subdir，这个目录下有个Makefile文件，来指明了这个目录下文件的编译规则。那么我们总控的Makefile可以这样书写：

subsystem:
cd subdir && $(MAKE)

其等价于：

subsystem:
$(MAKE) -C subdir

定义$(MAKE)宏变量的意思是，也许我们的make需要一些参数，所以定义成一个变量比较利于维护。这两个例子的意思都是先进入“subdir”目录，然后执行make命令。

我们把这个Makefile叫做“总控Makefile”，总控Makefile的变量可以传递到下级的Makefile中（如果你显示的声明），但是不会覆盖下层的Makefile中所定义的变量，除非指定了“-e”参数。

如果你要传递变量到下级Makefile中，那么你可以使用这样的声明：

export <variable ...>

如果你不想让某些变量传递到下级Makefile中，那么你可以这样声明：

unexport <variable ...>

如：

示例一：

export variable = value

其等价于：

variable = value
export variable

其等价于：

export variable := value

其等价于：

variable := value
export variable

示例二：

export variable += value

其等价于：

variable += value
export variable

如果你要传递所有的变量，那么，只要一个export就行了。后面什么也不用跟，表示传递所有的变量。

需要注意的是，有两个变量，一个是SHELL，一个是MAKEFLAGS，这两个变量不管你是否export，其总是要传递到下层Makefile中，特别是MAKEFILES变量，其中包含了make的参数信息，如果我们执行“总控Makefile”时有make参数或是在上层Makefile中定义了这个变量，那么MAKEFILES变量将会是这些参数，并会传递到下层Makefile中，这是一个系统级的环境变量。

但是make命令中的有几个参数并不往下传递，它们是“-C”,“-f”,“-h”“-o”和“-W”（有关Makefile参数的细节将在后面说明），如果你不想往下层传递参数，那么，你可以这样来：

subsystem:
cd subdir && $(MAKE) MAKEFLAGS=

如果你定义了环境变量MAKEFLAGS，那么你得确信其中的选项是大家都会用到的，如果其中有“-t”,“-n”,和“-q”参数，那么将会有让你意想不到的结果，或许会让你异常地恐慌。

还有一个在“嵌套执行”中比较有用的参数，“-w”或是“--print-directory”会在make的过程中输出一些信息，让你看到目前的工作目录。比如，如果我们的下级make目录是“/home/hchen/gnu/make”，如果我们使用“make -w”来执行，那么当进入该目录时，我们会看到：

make: Entering directory `/home/hchen/gnu/make'.

而在完成下层make后离开目录时，我们会看到：

make: Leaving directory `/home/hchen/gnu/make'

当你使用“-C”参数来指定make下层Makefile时，“-w”会被自动打开的。如果参数中有“-s”（“--slient”）或是“--no-print-directory”，那么，“-w”总是失效的。



五、定义命令包

如果Makefile中出现一些相同命令序列，那么我们可以为这些相同的命令序列定义一个变量。定义这种命令序列的语法以“define”开始，以“endef”结束，如：

define run-yacc
yacc $(firstword $^)
mv y.tab.c $@
endef

这里，“run-yacc”是这个命令包的名字，其不要和Makefile中的变量重名。在“define”和“endef”中的两行就是命令序列。这个命令包中的第一个命令是运行Yacc程序，因为Yacc程序总是生成“y.tab.c”的文件，所以第二行的命令就是把这个文件改改名字。还是把这个命令包放到一个示例中来看看吧。

foo.c : foo.y
$(run-yacc)

我们可以看见，要使用这个命令包，我们就好像使用变量一样。在这个命令包的使用中，命令包“run-yacc”中的“$^”就是“foo.y”，“$@”就是“foo.c”（有关这种以“$”开头的特殊变量，我们会在后面介绍），make在执行命令包时，命令包中的每个命令会被依次独立执行。

使用变量
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在Makefile中的定义的变量，就像是C/C++语言中的宏一样，他代表了一个文本字串，在Makefile中执行的时候其会自动原模原样地展开在所使用的地方。其与C/C++所不同的是，你可以在Makefile中改变其值。在Makefile中，变量可以使用在“目标”，“依赖目标”，“命令”或是Makefile的其它部分中。

变量的命名字可以包含字符、数字，下划线（可以是数字开头），但不应该含有“:”、“#”、“=”或是空字符（空格、回车等）。变量是大小写敏感的，“foo”、“Foo”和“FOO”是三个不同的变量名。传统的Makefile的变量名是全大写的命名方式，但我推荐使用大小写搭配的变量名，如：MakeFlags。这样可以避免和系统的变量冲突，而发生意外的事情。

有一些变量是很奇怪字串，如“$<”、“$@”等，这些是自动化变量，我会在后面介绍。