Linux/Unix環境下的make和makefile詳解

不管是在Linux仍是在Unix環境中，make都是一個很是重要的編譯命令。不論是本身進行項目開發仍是安裝應用軟件，咱們都常常要用到make或make install。利用make工具，咱們能夠將大型的開發項目分解成爲多個更易於管理的模塊，對於一個包括幾百個源文件的應用程序，使用make和makefile工具就能夠簡潔明快地理順各個源文件之間紛繁複雜的相互關係。並且如此多的源文件，若是每次都要鍵入gcc命令進行編譯的話，那對程序員來講簡直就是一場災難。而make工具則可自動完成編譯工做，而且能夠只對程序員在上次編譯後修改過的部分進行編譯。所以，有效的利用make和makefile工具能夠大大提升項目開發的效率。同時掌握make和makefile以後，您也不會再面對着Linux下的應用軟件手足無措了。

　　但使人遺憾的是，在許多講述Linux應用的書籍上都沒有詳細介紹這個功能強大但又很是複雜的編譯工具。在這裏我就向你們詳細介紹一下make及其描述文件makefile。

　　Makefile文件

　　Make工具最主要也是最基本的功能就是經過makefile文件來描述源程序之間的相互關係並自動維護編譯工做。而makefile 文件須要按照某種語法進行編寫，文件中須要說明如何編譯各個源文件並鏈接生成可執行文件，並要求定義源文件之間的依賴關係。makefile 文件是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護編譯信息的經常使用方法，只是在集成開發環境中，用戶經過友好的界面修改 makefile 文件而已。

　　在 UNIX 系統中，習慣使用 Makefile 做爲 makfile 文件。若是要使用其餘文件做爲 makefile，則可利用相似下面的 make 命令選項指定 makefile 文件：

　　$ make -f Makefile.debug

　　例如，一個名爲prog的程序由三個C源文件filea.c、fileb.c和filec.c以及庫文件LS編譯生成，這三個文件還分別包含本身的頭文件a.h 、b.h和c.h。一般狀況下，C編譯器將會輸出三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o。假設filea.c和fileb.c都要聲明用到一個名爲defs的文件，但filec.c不用。即在filea.c和fileb.c裏都有這樣的聲明：

　　#include "defs"

　　那麼下面的文檔就描述了這些文件之間的相互聯繫:

　　---------------------------------------------------------

　　#It is a example for describing makefile

　　prog : filea.o fileb.o filec.o

　　cc filea.o fileb.o filec.o -LS -o prog

　　filea.o : filea.c a.h defs

　　cc -c filea.c

　　fileb.o : fileb.c b.h defs

　　cc -c fileb.c

　　filec.o : filec.c c.h

　　cc -c filec.c

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　　這個描述文檔就是一個簡單的makefile文件。

　　從上面的例子注意到，第一個字符爲 # 的行爲註釋行。第一個非註釋行指定prog由三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o連接生成。第三行描述瞭如何從prog所依賴的文件創建可執行文件。接下來的四、六、8行分別指定三個目標文件，以及它們所依賴的.c和.h文件以及defs文件。而五、七、9行則指定了如何從目標所依賴的文件創建目標。

　　當filea.c或a.h文件在編譯以後又被修改，則 make 工具可自動從新編譯filea.o，若是在先後兩次編譯之間，filea.C 和a.h 均沒有被修改，並且 test.o 還存在的話，就沒有必要從新編譯。這種依賴關係在多源文件的程序編譯中尤爲重要。經過這種依賴關係的定義，make 工具可避免許多沒必要要的編譯工做。固然，利用 Shell 腳本也能夠達到自動編譯的效果，可是，Shell 腳本將所有編譯任何源文件，包括哪些沒必要要從新編譯的源文件，而 make 工具則可根據目標上一次編譯的時間和目標所依賴的源文件的更新時間而自動判斷應當編譯哪一個源文件。

　　Makefile文件做爲一種描述文檔通常須要包含如下內容:

　　◆ 宏定義

　　◆ 源文件之間的相互依賴關係

　　◆ 可執行的命令

　　Makefile中容許使用簡單的宏指代源文件及其相關編譯信息，在Linux中也稱宏爲變量。在引用宏時只需在變量前加$符號，但值得注意的是，若是變量名的長度超過一個字符，在引用時就必須加圓括號（）。

　　下面都是有效的宏引用：

　　$(CFLAGS)

　　$2

　　$Z

　　$(Z)

　　其中最後兩個引用是徹底一致的。

　　須要注意的是一些宏的預約義變量，在Unix系統中，$*、$@、$?和$<四個特殊宏的值在執行命令的過程當中會發生相應的變化，而在GNU make中則定義了更多的預約義變量。關於預約義變量的詳細內容，

　　宏定義的使用可使咱們脫離那些冗長乏味的編譯選項，爲編寫makefile文件帶來很大的方便。

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　　# Define a macro for the object files

　　OBJECTS= filea.o fileb.o filec.o

　　# Define a macro for the library file

　　LIBES= -LS

　　# use macros rewrite makefile

　　prog: $(OBJECTS)

　　cc $(OBJECTS) $(LIBES) -o prog

　　……

　　---------------------------------------------------------

　　此時若是執行不帶參數的make命令，將鏈接三個目標文件和庫文件LS；可是若是在make命令後帶有新的宏定義：

　　make "LIBES= -LL -LS"

　　則命令行後面的宏定義將覆蓋makefile文件中的宏定義。若LL也是庫文件，此時make命令將鏈接三個目標文件以及兩個庫文件LS和LL。

　　在Unix系統中沒有對常量NULL做出明?返畝ㄒ澹虼宋頤且ㄒ錘ULL字符串時要使用下述宏定義：

　　STRINGNAME=

　　Make命令

　　在make命令後不只能夠出現宏定義，還能夠跟其餘命令行參數，這些參數指定了須要編譯的目標文件。其標準形式爲：

　　target1 [target2 …]:[:][dependent1 …][;commands][#…]

　　[(tab) commands][#…]

　　方括號中間的部分表示可選項。Targets和dependents當中能夠包含字符、數字、句點和"/"符號。除了引用，commands中不能含有"#",也不容許換行。

　　在一般的狀況下命令行參數中只含有一個":"，此時command序列一般和makefile文件中某些定義文件間依賴關係的描述行有關。若是與目標相關連的那些描述行指定了相關的command序列，那麼就執行這些相關的command命令，即便在分號和(tab)後面的aommand字段甚至有多是NULL。若是那些與目標相關連的行沒有指定command，那麼將調用系統默認的目標文件生成規則。

　　若是命令行參數中含有兩個冒號"::"，則此時的command序列也許會和makefile中全部描述文件依賴關係的行有關。此時將執行那些與目標相關連的描述行所指向的相關命令。同時還將執行build-in規則。

　　若是在執行command命令時返回了一個非"0"的出錯信號，例如makefile文件中出現了錯誤的目標文件名或者出現了以連字符打頭的命令字符串，make操做通常會就此終止，但若是make後帶有"-i"參數，則make將忽略此類出錯信號。

　　Make命自己可帶有四種參數：標誌、宏定義、描述文件名和目標文件名。其標準形式爲：

　　Make [flags] [macro definitions] [targets]

　　Unix系統下標誌位flags選項及其含義爲：

　　-f file

　　指定file文件爲描述文件，若是file參數爲"-"符，那麼描述文件指向標準輸入。若是沒有"-f"參數，則系統將默認當前目錄下名爲makefile或者名爲Makefile的文件爲描述文件。在Linux中， GNU make 工具在當前工做目錄中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的順序搜索 makefile文件。

　　-i

　　忽略命令執行返回的出錯信息。

　　-s

　　沉默模式，在執行以前不輸出相應的命令行信息。

　　-r

　　禁止使用build-in規則。

　　-n

　　非執行模式，輸出全部執行命令，但並不執行。

　　-t

　　更新目標文件。

　　-q

　　make操做將根據目標文件是否已經更新返回"0"或非"0"的狀態信息。

　　-p

　　輸出全部宏定義和目標文件描述。

　　-d

　　Debug模式，輸出有關文件和檢測時間的詳細信息。

　　Linux下make標誌位的經常使用選項與Unix系統中稍有不一樣，下面咱們只列出了不一樣部分：

　　-c dir

　　在讀取 makefile 以前改變到指定的目錄dir。

　　-I dir

　　當包含其餘 makefile文件時，利用該選項指定搜索目錄。

　　-h

　　help文擋，顯示全部的make選項。

　　-w

　　在處理 makefile 以前和以後，都顯示工做目錄。

　　經過命令行參數中的target ，可指定make要編譯的目標，而且容許同時定義編譯多個目標，操做時按照從左向右的順序依次編譯target選項中指定的目標文件。若是命令行中沒有指定目標，則系統默認target指向描述文件中第一個目標文件。

　　一般，makefile 中還定義有 clean 目標，可用來清除編譯過程當中的中間文件，例如：

　　clean:

　　rm -f *.o

　　運行 make clean 時，將執行 rm -f *.o 命令，最終刪除全部編譯過程當中產生的全部中間文件。

　　隱含規則

　　在make 工具中包含有一些內置的或隱含的規則，這些規則定義瞭如何從不一樣的依賴文件創建特定類型的目標。Unix系統一般支持一種基於文件擴展名即文件名後綴的隱含規則。這種後綴規則定義瞭如何將一個具備特定文件名後綴的文件（例如.c文件），轉換成爲具備另外一種文件名後綴的文件（例如.o文件）：

　　.c:.o

　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<

　　系統中默認的經常使用文件擴展名及其含義爲：

　　.o

　　目標文件

　　.c

　　C源文件

　　.f

　　FORTRAN源文件

　　.s

　　彙編源文件

　　.y

　　Yacc-C源語法

　　.l

　　Lex源語法

　　在早期的Unix系統系統中還支持Yacc-C源語法和Lex源語法。在編譯過程當中，系統會首先在makefile文件中尋找與目標文件相關的.C文件，若是還有與之相依賴的.y和.l文件，則首先將其轉換爲.c文件後再編譯生成相應的.o文件；如?揮杏肽勘晗喙氐?.c文件而只有相關的.y文件，則系統將直接編譯.y文件。

　　而GNU make 除了支持後綴規則外還支持另外一種類型的隱含規則--模式規則。這種規則更加通用，由於能夠利用模式規則定義更加複雜的依賴性規則。模式規則看起來很是相似於正則規則，但在目標名稱的前面多了一個 % 號，同時可用來定義目標和依賴文件之間的關係，例以下面的模式規則定義瞭如何將任意一個 file.c 文件轉換爲 file.o 文件：

　　%.c:%.o

　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<

　　#EXAMPLE#

　　下面將給出一個較爲全面的示例來對makefile文件和make命令的執行進行進一步的說明，其中make命令不只涉及到了C源文件還包括了Yacc語法。本例選自"Unix Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284

　　下面是描述文件的具體內容：

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　　#Description file for the Make command

　　#Send to print

　　P=und -3 | opr -r2

　　#The source files that are needed by object files

　　FILES= Makefile version.c defs main.c donamc.c misc.c file.c \

　　dosys.c gram.y lex.c gcos.c

　　#The definitions of object files

　　OBJECTS= vesion.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o

　　LIBES= -LS

　　LINT= lnit -p

　　CFLAGS= -O

　　make: $(OBJECTS)

　　cc $(CFLAGS) $(OBJECTS) $(LIBES) -o make

　　size make

　　$(OBJECTS): defs

　　gram.o: lex.c

　　cleanup:

　　-rm *.o gram.c

　　install:

　　@size make /usr/bin/make

　　cp make /usr/bin/make ; rm make

　　#print recently changed files

　　print: $(FILES)

　　pr $? | $P

　　touch print

　　test:

　　make -dp | grep -v TIME>;1zap

　　/usr/bin/make -dp | grep -v TIME>;2zap

　　diff 1zap 2zap

　　rm 1zap 2zap

　　lint: dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c gram.c

　　$(LINT) dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c \

　　gram.c

　　rm gram.c

　　arch:

　　ar uv /sys/source/s2/make.a $(FILES)

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　　一般在描述文件中應象上面同樣定義要求輸出將要執行的命令。在執行了make命令以後，輸出結果爲：

　　$ make

　　cc -c version.c

　　cc -c main.c

　　cc -c donamc.c

　　cc -c misc.c

　　cc -c file.c

　　cc -c dosys.c

　　yacc gram.y

　　mv y.tab.c gram.c

　　cc -c gram.c

　　cc version.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o \

　　-LS -o make

　　13188+3348+3044=19580b=046174b

　　最後的數字信息是執行"@size make"命令的輸出結果。之因此只有輸出結果而沒有相應的命令行，是由於"@size make"命令以"@"起始，這個符號禁止打印輸出它所在的命令行。

　　描述文件中的最後幾條命令行在維護編譯信息方面很是有用。其中"print"命令行的做用是打印輸出在執行過上次"make print"命令後全部改動過的文件名稱。系統使用一個名爲print的0字節文件來肯定執行print命令的具體時間，而宏$?則指向那些在print文件改動過以後進行修改的文件的文件名。若是想要指定執行print命令後，將輸出結果送入某個指定的文件，那麼就可修改P的宏定義：

　　make print "= cat>;zap"　　在Linux中大多數軟件提供的是源代碼，而不是現成的可執行文件，這就要求用戶根據本身系統的實際狀況和自身的須要來配置、編譯源程序後，軟件才能使用。只有掌握了make工具，才能讓咱們真正享受到到Linux這個自由軟件世界的帶給咱們無窮樂趣。