1 Makefile概述
Makefile是一种用于自动化构建和管理程序的工具,以文本文件的形式存在。它主要记录了程序的编译规则、依赖关系和操作指令,使得在开发过程中能够轻松地进行代码的编译、链接和部署。
Makefile文件中的命令有一定规范,一旦该文件编写好以后在Linux命令行中执行一条make命令即可自动编译整个工程。不同厂家的make可能会稍有不同,并且语法上也有区别,不过基本思想都差不多,主要还是落在目标依赖上,最广泛使用的是GNUmake。
Makefile的主要作用包括:
-
自动化编译和链接:通过定义编译器、编译选项、源文件、目标文件等信息,Makefile可以自动完成代码的编译和链接过程,从而提高开发效率。
-
管理依赖关系:Makefile中可以指定各个源文件之间的依赖关系,确保在修改某个文件后,只需要重新编译该文件及其相关的依赖文件。
-
跳过不必要的编译:Makefile通过检查源文件和目标文件的时间戳,可以避免重新编译未发生变化的文件,从而加快构建速度。
2 make概述
make是一个命令行工具和构建自动化工具,主要用于管理和构建软件项目。它通过Makefile文件来定义构建任务和依赖关系,并根据这些规则自动执行任务以生成最终的目标文件。
Makefile中包含了目标、依赖关系和相应的构建命令。make工具会根据目标和依赖关系来确定构建顺序,并执行构建命令以生成新的目标文件。这使得make能够根据代码的依赖关系自动构建并更新目标文件,从而提高编译效率。
make具有依赖管理功能,可以确保任务的正确构建顺序。它支持任务并行执行,并可以在多种操作系统上运行。make是一个稳定且广泛使用的工具,已经存在多年,适用于多种编程语言和项目类型的构建任务。
3 为什么需要make和Makefile?
之所以需要make和Makefile,主要原因主要可以归结为以下几点:
-
自动化编译:在软件开发过程中,尤其是大型项目,源文件众多,编译过程复杂。手动编译不仅效率低下,而且容易出错。make和Makefile可以自动化地处理编译过程,根据源文件的依赖关系自动确定编译顺序,并执行相应的编译命令,大大提高了编译效率。
-
管理依赖关系:在软件项目中,源文件之间往往存在复杂的依赖关系。当一个源文件发生变化时,可能需要重新编译与其相关的其他源文件。make和Makefile可以方便地管理这些依赖关系,确保在需要时只重新编译必要的文件,避免了不必要的重复编译。
-
抽象构建逻辑:Makefile将构建逻辑抽象化,使得开发者能够专注于代码编写,而不必关心繁琐的构建过程。Makefile中定义了目标、依赖和命令,使得构建过程更加清晰、易于理解和维护。
-
跨平台兼容性:make工具在不同的操作系统上都可以使用,只需要根据不同的操作系统和编译器编写相应的Makefile即可。这使得软件项目可以在不同的平台上进行构建,提高了项目的可移植性。
-
可定制性:Makefile具有很高的可定制性,可以根据项目的具体需求进行灵活的配置。开发者可以定义自己的变量、规则和函数,以满足特定的构建需求。
-
提高开发效率:通过自动化编译和管理依赖关系,make和Makefile可以大大减少开发人员在构建过程中的重复劳动,让他们有更多的时间专注于代码的开发和调试,从而提高开发效率。
4 Makefile语法规则
4.1 模块代码
实现简单计算器功能,核心功能包括:
-
两位数的加法,功能文件add.h和add.c
-
两位数的加法,功能文件subtract.h和subtract.c
-
两位数的除法,功能文件divide.h和divide.c
-
两位数的乘法,功能文件multiply.h和multiply.c
-
计算器功能主入口,功能文件calculator.c
核心功能模块:两位数的加法
// add.h文件实现
#ifndef __ADD_H__
#define __ADD_H__/*
* 功能:实现两个整数相加
* @param num1 : 被加数
* @param num2 : 加数
* @return 两数相加之和
* @note 不考虑溢出问题
*/
int add(int num1, int num2); #endif
// add.c文件实现
#include "add.h"int add(int num1, int num2)
{ return num1 + num2;
}
核心功能模块:两位数的减法
// subtract.h文件实现
#ifndef __SUBTRACT_H__
#define __SUBTRACT_H__/*
* 功能:实现两个整数相减
* @param num1 : 被减数
* @param num2 : 减数
* @return 两数相减之差
* @note 不考虑溢出问题
*/
int subtract(int num1, int num2); #endif
// subtract.c文件实现
#include "subtract.h" int subtract(int num1, int num2)
{ return num1 - num2;
}
核心功能模块:两位数的除法
// divide.h文件实现
#ifndef __DIVIDE_H__
#define __DIVIDE_H__/*
* 功能:实现两个整数相除
* @param num1 : 被除数
* @param num2 : 除数,不能为0
* @return 两数相除
* @note 除数不能为0
*/
double divide(int num1, int num2); #endif
// divide.C文件实现
#include "divide.h" double divide(int num1, int num2)
{ if (b != 0) { return (double)num1 / num2; } else { return 0.0; }
}
核心功能模块:两位数的乘法
// multiply.h文件实现
#ifndef __MULTIPLY_H__
#define __MULTIPLY_H__/*
* 功能:实现两个整数相乘
* @param num1 : 被乘数
* @param num2 : 乘数
* @return 两数相乘
* @note 不考虑溢出问题
*/
int multiply(int num1, int num2); #endif
// multiply.c文件实现
#include "multiply.h" int multiply(int num1, int num2)
{ return num1 * num2;
}
核心功能模块:计算器功能主入口法
// calculator.c文件实现
#include <stdio.h>
#include "add.h"
#include "subtract.h"
#include "divide.h"
#include "multiply.h" int main()
{ int num1 = 20int num2 = 5; printf("两数相加之和: %d\n", add(num1, num2)); printf("两数相减之差: %d\n", subtract(num1, num2)); printf("两数相乘之积: %d\n", multiply(num1, num2)); printf("两数相除之商: %f\n", divide(num1, num2)); return 0;
}
4.2 Makefile基础语法规则
Makefile遵循基础规则如下:
target: dependencies command ...
其中,
- `target`:表示要生成的目标文件或执行的动作,它通常是文件名或特殊的伪目标(如`clean`)。
- `dependencies`:表示生成目标所依赖的文件列表,多个文件之间使用空格分隔。
- `command`:表示生成目标时执行的命令,每个命令占一行,且前面必须有一个Tab字符作为缩进。
4.3 make命令格式
make命令格式如下:
make [选项] [目标]
其中,
-
选项
:是make
命令的可选参数,用于控制make
的行为。 -
目标
:是要构建的目标文件或标签名。如果没有指定目标,make
会使用Makefile
中的第一个目标(通常是all
)
make
命令选项包括:
-
-f FILE
或--file=FILE
:使用指定的Makefile
,而不是默认的Makefile
或makefile
。 -
-n
或--just-print
:显示将要执行的命令,但并不真正执行它们。 -
-s
或--silent
或--quiet
:不显示执行的命令。 -
-k
或--keep-going
:在出现错误时继续执行其他命令。 -
-j [N]
或--jobs[=N]
:同时运行命令的个数。如果没有指定N
,则make
会尝试并行执行尽可能多的任务。 -
--load-average[=LOAD]
:当系统负载高于某个值时,不运行新的任务。 -
-C DIR
或--directory=DIR
:在读取Makefile
之前改变到指定的目录DIR
。
目标
通常是 Makefile
中定义的一个标签或文件名,它可能代表一个要构建的特定目标文件,或者是一组任务的集合。例如,Makefile
中可能定义了 all
、clean
、install
等目标。
一般的时候,直接使用make就可以。
4.4 多文件Makefile设计
以简单计算器为例,设计一个多文件编译的Makefile,具体内容如下:
calculator:calculator.o add.o subtract.o divide.o multiply.ogcc calculator.o add.o subtract.o divide.o multiply.o ‐o calculatorcalculator.o:calculator.cgcc ‐c calculator.c ‐o calculator.oadd.o:add.cgcc ‐c add.c ‐o add.osubtract.o:subtract.cgcc ‐c subtract.c ‐o subtract.odivide.o:divide.cgcc ‐c divide.c ‐o divide.omultiply.o:multiply.cgcc ‐c multiply.c ‐o multiply.oclean:rm *.o calculator ‐rf
注意,运行时使用make clean 就会执行clean后面的命令
5 Makefile变量
Makefile支持变量的使用,类似于C语言中的宏定义。变量可以用于存储文件名、编译选项等,使得Makefile更易于维护。
Makefile中的变量可以根据其来源和用途分为以下几类:
-
环境变量:执行Makefile时从外部传入Make命令的环境变量。例如,
`PWD
表示当前目录的绝对路径。环境变量通常是全局的,并且可以在整个Makefile中引用。 -
内置变量或默认变量:Makefile中有一些内置的或默认的变量,这些变量在Makefile中有特定的含义和用途。例如,
CC
用于指定编译器的类型,CFLAGS
用于指定编译器选项(如调试信息、优化等)。这些变量在Makefile中预定义,并且可以在需要时进行修改。 -
自动变量:自动变量是Makefile中根据当前的目标和依赖关系自动生成的变量。例如,
$@
表示目标文件的名称(包含扩展名),$<
表示第一个依赖文件的名称。这些变量在规则中特别有用,因为它们可以根据上下文自动变化。 -
用户自定义变量:除了上述几类变量外,用户还可以在Makefile中定义自己的变量。这些变量可以根据需要命名和赋值,用于存储文件名、目录路径、编译器选项等常用的定义,并可以动态地用于自动构建步骤的指令中。
5.1 用户自定义变量
用户自定义变量规则:
# 定义变量:
变量名=变量值# 变量引用或者使用
$(变量名)或${变量名}
注意:
-
变量是大小写敏感的
-
变量一般都在makefile的头部定义
-
变量几乎可在makefile的任何地方使用
5.2 内置变量
makefile中有许多预定义变量,这些变量具有特殊的含义,可在makefile中直接使用。
变量名 | 含义 |
---|---|
$@ | 当前规则中的目标文件名 |
$< | 当前规则中的第一个依赖文件名 |
$^ | 当前规则中的所有依赖文件名列表 |
AR | 归档维护程序的程序名,默认值为ar |
ARFLAGS | 归档维护程序的选项 |
AS | 汇编程序的名称,默认值为as |
ASFLAGS | 汇编程序的选项 |
CC | C编译器的名称,默认值为cc |
CFLAGS | C编译器的选项 |
CPP | C预编译器的名称,默认值为$(CC) -E |
CPPFLAGS | C预编译的选项 |
CXX | C++编译器的名称,默认值为g++ |
CXXFLAGS | C++编译器的选项 |
5.3 优化多文件Makefile
基于Makefile变量规则,进一步优化设计多文件Makefile,优化后的Makefile如下:
# 编译器选项
CC=gcc
CFLAGS=‐Wall ‐g#目标文件选项
obj=calculator
obj1=add
obj2=subtract
obj3=divide
obj4=multiply
OBJ=calculator.o add.o subtract.o divide.o multiply.o# 构建目标程序
$(obj):$(OBJ)$(CC) $^ ‐o $@# 编译目标文件
$(obj).o:$(obj).c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@$(obj1).o:$(obj1).c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@$(obj2).o:$(obj2).c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@$(obj3).o:$(obj3).c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@$(obj4).o:$(obj4).c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@ # 中间文件清理
clean:rm $(OBJ) $(obj) ‐rf
Makefile支持使用通配符来匹配文件名,常用的通配符有:%
:代表任意数量的任意字符,可以用于匹配文件名中的一部分。例如,%.o
表示所有以 .o
结尾的文件。
进一步优化Makefile文件:
# 编译器选项
CC=gcc
CFLAGS=‐Wall ‐g#目标文件选项
obj=calculator
OBJ=calculator.o add.o subtract.o divide.o multiply.o$(obj):$(OBJ)$(CC) $^ ‐o $@%.o:%.c$(CC) $(CFLAGS) ‐c $< ‐o $@# 中间文件清理
clean:
rm $(OBJ) $(obj) ‐rf