换个角度说makefile

作为Linux下的C/C++开发者，没接触过makefile一定说不过去，通常构建大型的C/C++项目都离不开makefile，也许你使用的是cmake或者其他类似的工具，但它们的本质都是类似的。

作为一个轻度使用者，应读者要求，斗胆介绍一下makefile，不过与普通的makfile教程不同的是，本文准备从另外一个角度来介绍。如有不妥之处，欢迎指出。

makefie到底是什么

在Linux下，对于下面这个简单的程序

//来源：公众号【编程珠玑】
//main.c
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 4;
    int c = pow(a,b);
    printf("10^4 = %d",c);
    return 0;
}

我们通常使用gcc就可以编译得到想要的程序了：

$ gcc -o main main.c -lm

（如果不理解为什么要加-lm，请参考《一个奇怪的链接问题》）。

对于单个文件的简单程序，一条命令就可以直接搞定了（编译+连接），但是如果是一个复杂的工程，可能有成千上万个文件，然后需要链接大量的动态或静态库。试想一下，你还想一条一条命令执行吗？懒惰的基因是刻在程序员骨子里的。

因此你可能会想，那我写个脚本好了。嗯，听起来好多了。

文件多就多，你告诉我要编译哪里的文件，我遍历一下就好了，你再告诉我要链接哪些库，我一一帮你链接上就好了。

然而到这里又会想，既然编译链接都是这么类似的过程，能不能给它们写一些通用的规则，搞得这么复杂干嘛？然后按照规则去执行就好了。

而makefile就是这样的一个规则文件，make是规则的解释执行者。可以类比shell脚本和bash解释程序的关系。

所以，makefile并不仅仅用于编译链接，只不过它非常适合用于编译链接。

makefile什么样？

它最重要的规则语法如下：

<target> : <prerequisites> 
[tab]  <commands>

咋一看，就这么个玩意？但是什么意思？

target 要生成的目标文件名称
要依赖的文件
[tab] 对，就是tab键，初学者很容易忽略这个问题，请用tab
要执行的指令

关键内容就这些，但是要细讲会有很多内容，本文仅举个简单的例子。假设要将前面的main.c复制名为pow.c的文件。
那么我们可以得到：

target: pow.c 目标名称
prerequisites：main.c，即得到pow.c需要有main.c
commands：cp main.c pow.c

因此我们得到我们的makefile文件内容如下：

pow.c:main.c
    cp main.c pow.c
clean:
    rm pow.c

假设当前目录下没有main.c文件，然后在当前目录下执行：

$ make pow.c
make: *** No rule to make target `main.c', needed by `pow.c'.  Stop.

我们发现会报错，因为你要依赖的文件找不到，而且也没有其他规则能够生成它。

现在把main.c放在当前目录下后继续执行：

$ make 
cp main.c pow.c

看见没有，执行完make命令之后，我们的pow.c文件终于有了。

而执行下面的命令后：

$ make clean
rm pow.c

你就会发现pow.c被删除了。

如果当前目录有clean文件会发生什么？

$ make clean
make: `clean' is up to date.

至于原因，后面会讲到。

这里注意，如果你的makefile文件的文件名不是makefile，那么就需要指定具体名字，例如假设前面的文件名为test.txt：

$ make -f test.txt

以上例子介绍了makefile使用的基本流程，生成目标，清除目标。然而实际上这里面的门道还有很多，例如伪目标，自动推导，隐晦规则，变量定义。本文作为认识性的文章暂时不具体介绍。

总结来说就是，给规则，按照规则生成目标。

makefile做了什么？

网上有很多教程介绍如何编写makefile的，很多也非常不错。不过本文换个角度来说。

既然我们要学makefile，那么就需要知道构建C/C++项目的时候，它应该做什么？然后再去学习如何编写makefile。

实际上它主要做的事情也很清楚，那就是编译和链接。这个在《helo程序是如何编程可执行文件的》中已经有所介绍，还不了解的朋友可以简单了解一下。那么放到makefile中具体要做什么呢？

将源代码文件编译成可重定位目标文件.o（参考《静态库和动态库的区别》）
设置编译器选项，例如是否开启优化，传递宏，打开警告等
链接，将静态库或动态库与目标文件链接

所以问题就变成了，如何利用makefile的语法规则快速的将成千上万的.c编译成.o，并且正确链接到需要的库。

而如果用makefile应该怎么写才能得到我们的程序呢？为了帮助说明，我们把前面的编译命令拆分为两条：

$ gcc -g -Wall -c main.c -o main.o
$ gcc -o main main.o -lm

设置编译器

由于我们使用的是gcc编译器（套件），因此可以像下面这样写：

CC=gcc

为了扩展性考虑，常常将编译器定义为某个变量，后面使用的时候就会方便很多。

设置编译选项

比如我们要设置-g选项用来调试，设置-Wall选项来输出更多警告信息。

CFLAGS=-g -Wall

设置链接库

我们这里只用到了libm.so库

LIBS=-lm

编译

我们的目标文件是main.o依赖main.c，该规则应该是这样的：

OBJ=main.o
$(OBJ):main.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o $(OBJ)

这样就得到了我们的目标文件。

链接

接下来就需要将目标文件和库文件链接在一起了。

TARGET=main
$(target):main.o
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJ) $(LIBS)

而为了使用make clean，即通常用于清除这些中间文件，因此需要加一个伪目标clean：

.PHONY:clean
clean:
    rm $(OBJ) $(TARGET)

伪目标的意思是，它不是一个真正的要生成的目标文件，.PHONY:clean说明了clean是一个伪目标。在这种情况下，即使当前目录下有clean文件，它也仍然会执行后面的指令。

否则如果当前目录下有clean文件，将不会执行rm动作，而认为目标文件已经是最新的了。

完整内容

CC=gcc
CFLAGS=-g -Wall
LIBS=-lm
OBJ=main.o
$(OBJ):main.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o $(OBJ)
TARGET=main
$(TARGET):main.o
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJ) $(LIBS)
.PHONY:clean
clean:
    rm $(OBJ) $(TARGET)

可以看到，makefile文件中有三个目标，分别是main.o，main和clean，其中clean是一个伪目标。

注意，由于第一个目标是main.o，因此你单单执行make的时候，它只是会生成main.o而已，如果你再执行一次会发现它提示你说main.o已经是最新的了：

$ make
gcc -g -Wall -c main.c -o main.o
$ make
make: `main.o' is up to date.

为了得到main，我们执行：

$ make main
gcc -g -Wall -c main.c -o main.o
gcc -g -Wall -o main main.o -lm
$ ls 
main  main.c  main.o  makefile

当然你也可以调整目标顺序。这里的目标文件main依赖的是main.o，它开始会去找main.o，发现这个文件也没有，就会看是不是有规则会生成main.o，欸，你还别说，真有。main.o又依赖main.c，也有，最终按照规则就会先生成main.o，然后生成mian。

如果要清除这些目标文件，那么可以执行make clean：

$ make clean
rm main.o main
$ ls 
main.c  makefile

总结

本文主要介绍了两部分内容。

makefile是什么东西

它是一个规则文件，里面按照某种语法写好了，然后使用make来解释执行，就像shell脚本要用bash解释运行一样。通常会用makefile来构建C/C++项目。

构建C/C++项目的makefile做了什么

makefile主要做下面的事情（以C程序为例）

用变量保存各种设置项，例如编译选项，编译器，宏，包含的头文件等
把.c编译成.o
把.o与库进行链接
清除生成的文件
安装程序

其中最关键的事情就是编译链接，即想办法把.c变成.o（可重定位目标文件）;.o+.so（动态库）+.a（静态库）变成可执行文件。

对于文本提到的例子，看起来实在有些笨拙，一条指令搞定，却要写这么多行的makefile，但是它却指出了通常编写makefile的基本思路。

对于一个复杂的项目而言，makefile还有很多东西可介绍，例如如何设置变量，如何交叉编译，如何多个目录编译，如何自动推导，如何分支选择等等。这些都是后话了。

来源：公众号【编程珠玑】

作者：守望先生

ID：shouwangxiansheng

原文链接：https://www.yanbinghu.com/2019/12/29/53040.html