make命令与makefile文件

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一、多个源文件带来的问题

在编写c/c++测试程序时，我们习惯每次修改一处代码，然后就马上编译运行来查看运行的结果。这种编译方式对于小程序来说是没有多大问题的，可对于大型程序来说，由于包含了大量的源文件，如果每次改动一个地方都需要编译所有的源文件，这个简单的直接编译所有源文件方式对程序员来说简直是噩耗。
我们看一个例子：

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// main.c
#include "a.h"

// 2.c
#include "a.h"
#include "b.h"

// 3.c
#include "b.h"
#include "c.h"

如果程序员只修改了头文件c.h，则源文件main.c和2.c都无需编译，因为它们不依赖这个头文件。而对3.c来说，由于它包含了c.h,所以在头文件c.h改动后，就必须得新编译。
而如果改动了b.h可是忘记编译了2.c，那么最终的程序就可能无法正常工作。
make 工具就是为了解决上述问题而出现的，它会在必要时重新编译所有受改动影响的源文件。

二、make 命令

make命令本身支持许多选项，最常用的是-f选项。如果我们直接运行

make

那么make命令会首先在当前目录查找名为makefile的文件，如果找不到，就会查找名为Makefile的文件。
为了指示make命令将哪个文件作为makefile文件，可以使用 -f 选项：

make -f Makefile1

三、makefile 文件

上面提到makefile文件，那么什么是makefile文件呢？
make命令功能虽然十分强大，但是光凭其自身无法了解如何构建应用程序的。这时，makefile就出来了，它告诉make应用程序如何构建的。make命令和makefile文件的结合提供了一个在管理项目的十分强大的工具，它们不仅用于控制源文件的编译，而且还提供了将应用程序安装到目标目录等其他功能。

3.1 依赖关系

依赖关系定义了应用程序里面每个文件与其他源文件之间的关系。例如在上面的例子中，我们可以定义最终应用程序依赖于目标文件main.o，2.o和3.o。同样，main.o依赖于main.c和a.h，2.o依赖于2.c，a.h和b.h，3.o依赖于3.c，b.h和c.h。
在makefile文件中，依赖关系的写法是：先写目标的名称，然后紧跟一个冒号，接着是空格或者制表符tab，最后是用空格或者制表符tab隔开的文件列表。上面的例子的依赖关系如下：

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myapp: main.o 2.o 3.o
main.o: main.c a.h
2.o: 2.c a.h b.h
3.o: 3.c b.h c.h

这组依赖关系形成一个层次结构，展示了源文件之间的关系。例如，如果源文件b.h发生改变，就需要重新编译2.o和3.o，接下来还需要重新编译myapp。

3.2 规则

makefiel文件中的规则定义了目标的创建方式。在上面的例子中，我们使用gcc -c 2.c创建2.o。这个gcc命令即是目标2.o的创建方式，也即是规则。
在makefile文件中，规则都必须以tab开头。
在源文件所在的目录下创建Makefile1文件，其内容如下。

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myapp: main.o 2.o 3.o
	gcc -o myapp main.o 2.o 3.o
main.o: main.c a.h
	gcc -c main.c
2.o: 2.c a.h b.h
	gcc -c 2.c
3.o: 3.c b.h c.h
	gcc -c 3.c

三个头文件a.h，b.h，c.h内容都为空，源文件的内容如下：

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/* main.c */
#include <stdlib.h>
#include "a.h"

extern void function_two();
extern void function_three();

int main()
{
    function_two();
    function_three();
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
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/* 2.c */
#include <stdio.h>
#include "a.h"
#include "b.h"

void function_two() {
    printf("function two\n");
}
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/* 3.c */
#include <stdio.h>
#include "b.h"
#include "c.h"

void function_three() {
    printf("function three\n");
}

执行make命令，：

$ make -f Makefile1
gcc -c main.c
gcc -c 2.c
gcc -c 3.c
gcc -o myapp main.o 2.o 3.o

运行应用程序：

$ ./myapp
function two
function three

从输出可以说明应用程序已被正确构建。

如果改变b.h头文件，makefile能够正确处理这一变化，只有2.c和3.c发生重新编译：

$ touch b.h

$ make -f Makefile1
gcc -c 2.c
gcc -c 3.c
gcc -o myapp main.o 2.o 3.o

3.3 注释

makefile文件使用#来表示注释，一直延续到这一行的结束。

3.4 宏

不同的平台下可能使用不同的编译器，不同的环境（例如开发与线上环境）也可能使用不同的编译器选项，为了便于修改makefile这些可变的参数，我们可以使用宏来实现makefile。
makefile引用宏定义的方法为$(MACRONAME)。我们来看如何使用宏来改写上面的makefile文件。

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all: myapp

# 编译器
CC = gcc

# include的搜索路径
INCLUDE = .

# 编译器参数
CFLAGS = -g -Wall -ansi

myapp: main.o 2.o 3.o
	$(CC) -o myapp main.o 2.o 3.o
main.o: main.c a.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c main.c

2.o: 2.c a.h b.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c 2.c

3.o: 3.c b.h c.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c 3.c

我们习惯在makefile文件中将第一个目标定义为all，然后再列出其他从属的目标，上面的makefile也遵循这个约定。

运行make命令：

$ make -f Makefile2
gcc -I. -g -Wall -ansi -c main.c
gcc -I. -g -Wall -ansi -c 2.c
gcc -I. -g -Wall -ansi -c 3.c
gcc -o myapp main.o 2.o 3.o

同样也正确构建了应用程序myapp。

3.5 多个目标

makefile文件除了定义编译的目标外，还可以定义其他的目标。例如，增加一个clean选项来删除不需要的目标文件，增加一个install选项来将编译成功的应用程序安装到另一个目录下，等等。

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all: myapp

CC = gcc

INSTDIR = /usr/local/bin

INCLUDE = .

CFLAGS = -g -Wall -ansi

myapp: main.o 2.o 3.o
	$(CC) -o myapp main.o 2.o 3.o
main.o: main.c a.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c main.c
2.o: 2.c a.h b.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c 2.c
3.o: 3.c b.h c.h
	$(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c 3.c

clean:
	-rm main.o 2.o 3.o

install: myapp
	@if [ -d $(INSTDIR) ]; \
		then \
		cp myapp $(INSTDIR);\
		chmod a+x $(INSTDIR)/myapp;\
		chmod og-w $(INSTDIR)/myapp;\
		echo "Install in $(INSTDIR)";\
	else \
		echo "sorry, $(INSTDIR) does not exist";\
	fi

上面的makefile文件有几点需要注意的。
（1）特殊目标all只指定了myapp这个目标，因此，在执行make命令时未指定目标，它的默认行为就是创建目标myapp。
（2）目标clean用来测试编译过程中产生的中间文件。
（3）目标install用于将应用程序安装到指定目录，它依赖于myapp，即执行install前须先创建myapp。install目标由shell脚本组成，由于make命令在执行规则时会调用一个shell，并且会针对每个规则使用一个新的shell，所以必须在上面每行代码的结尾加上一个\，让所有的shell脚本都处于同一行。
脚本以@开头，说明make在执行这些规则之前不会在标准输出显示命令本身。

创建myapp：

$ make -f Makefile3
gcc -I. -g -Wall -ansi -c main.c
gcc -I. -g -Wall -ansi -c 2.c
gcc -I. -g -Wall -ansi -c 3.c
gcc -o myapp main.o 2.o 3.o

将myapp安装到指到目录：

$ make -f Makefile3 install
Install in /usr/local/bin

然后可以直接执行myapp:

$ myapp
function two
function three

删除中间文件：

$ make -f Makefile3 clean
rm main.o 2.o 3.o

四、参考资料

  1. Linux程序设计（第4版），Neil Matthew等著，人民邮电出版社，2010年
  2. http://mrbook.org/blog/tutorials/make/
  3. http://www.cs.colby.edu/maxwell/courses/tutorials/maketutor/