Makefile的使用

Makefile 使用

一、实验说明

  • 课程说明

在先前的课程中，我们已经学习了 gcc 和 gdb 的使用。本节课程中，我们将介绍 Makefile 的使用。Makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一但写好，只需要一个 make 命令，整个工程便可以完全编译，极大的提高了软件的开发效率（特别是对于那些项目较大、文件较多的工程）。

二、Makefile 简介

  • 读者经常看到一个C程序的项目常常由很多的文件组成，那么，多文件的好处到底在哪里呢？一个最简单也最直接有力的理由就是，这样可以将一个大项目分成多个小的部分，独立开来，利于结构化管理。
  • 在修改和维护的时候，优势就更明显了。例如，需要对代码做一点小的改动，如果这个项目所有的代码都在一个文件中，那么就要重新编译所有这些代码，这是很耗时的，不仅效率低，而且维护难度更大。但是，如果是多个不同的文件，那么只需要重新编译这些修改过的文件就行了，而且其他源文件的目标文件都已经存在，没有必要重复编译，这样就会快捷很多。
  • 因此，通过合理有效的划分，将一个项目分解为多个易于处理的文件，是非常明智的做法。多文件的管理方式非常正确的选择。
    一个工程中的源文件不计其数，按其类型、功能、模块分别放在若干个目录中。makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至进行更复杂的功能操作(因为makefile就像一个shell脚本一样，可以执行操作系统的命令)。
  • makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一但写好，只需要一个make命令，整个工程完全编译，极大的提高了软件的开发效率。make是一个命令工具，是一个及时makefile中命令的工具程序。
  • make工具最主要也是最基本的功能就是根据makefile文件中描述的源程序至今的相互关系来完成自动编译、维护多个源文件工程。而makefile文件需要按某种语法进行编写，文件中需要说明如何编译各个源文件并链接生成可执行文件，要求定义源文件之间的依赖关系。

二、Makefile 基本规则

下面从一个简单实例入手，介绍如何编写Makefile。假设现在有一个简单的项目由几个文件组成：prog.c、 code.c、 code.h。这些文件的内容如下：

prog.c

#include <stdio.h>
#include "code.h"
    int main(void){
	    int i = 1;      
	    printf ("myfun(i) = %d
", myfun(i));
    }

code.c

#include "code.h"
    int myfun(int in)
    {
	return in + 1;
    }

code.h

extern int myfun(int);

这些程序都比较短，结构也很清晰，因此使用下面的命令进行编译：

  • $ gcc -c code.c -o code.o
  • $ gcc -c prog.c -o prog.o
  • $ gcc prog.o code.o -o test

如上所示，这样就能生成可执行文件test，由于程序比较简单，而且数量也比较少，因此看不出来有多麻烦。但是，试想如果不只上面的3个文件，而是几十个或者是成百上千个甚至更多，那将是非常复杂的问题。

那么如何是好呢？这里就是makefile的绝佳舞台，下面是一个简单的makefile的例子。

首先 $ vim Makefile

  • test: prog.o code.o

      gcc prog.o code.o -o test

  • prog.o: prog.c code.h

      gcc -c prog.c -o prog.o

  • code.o: code.c code.h

      gcc -c code.c -o code.o

  • clean:

      rm -f *.o test

有了这个Makefile，不论什么时候修改源文件，只要执行一下make命令，所有必要的重新编译将自动执行。make程序利用Makefile中的数据，生成并遍历以test为根节点的树；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“make clean”就可以了。

现在我们以上面的实例，来学习一下Makefile的一般写法：

`target ... : prerequisites ...
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。
  • 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。
  • 一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含以下内容：
  • 一个目标，即make最终需要创建的文件，如可执行文件和目标文件；目标也可以是要执行的动作，如‘clean’；一个或多个依赖文件的列表，通常是编译目标文件所需要的其他文件。之后的一系列命令，是make执行的动作，通常是把指定的相关文件编译成目标文件的编译命令，每个命令占一行，并以tab开头

（初学者务必注意：是tab，而不是空格）

执行以上Makefile后就会自动化编译：

  • $ make
  • gcc -c prog.c -o prog.o
  • gcc -c code.c -o code.o
  • gcc prog.o code.o -o test

最后就会多产生： porg.o code.o test这三个文件，执行./test查看结果

还记得Makefile中的clean吗？ make clean就会去执行rm -f *.o test这条命令，完成 clean 操作。

三、使用带宏的 Makefile

Makefile还可以定义和使用宏(也称做变量)，从而使其更加自动化，更加灵活，在Makefile中定义宏的格式为：
macroname = macrotext
使用宏的格式为：
$(macroname)

四、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“test”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。
3、如果test文件不存在，或是test所依赖的后面的 .o 文件的文件修改时间要比test这个文件新，那么，他就会执行后面所定义的命令来生成test这个文件。
4、如果test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。

五 、作业思考

用 “宏” 的方式，来改写上面的 Makefile 例子。

参考答案：

OBJS = prog.o code.o
CC = gcc
test: $(BOJS)
    	$(CC) $(OBJS) -o test
prog.o: prog.c code.h
   		$(CC) -c prog.c -o prog.o
code.o: code.c code.h
    	$(CC) -c code.c -o code.o
clean:
    	rm -f *.o test
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