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  • Linux学习二:Makefile基础

    文首感谢http://www.chinaunix.net 作者:gunguymadman的分享

    makefile关系到了整个工程的编译规则。一个工程中的源文件不计数,其按类型、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,甚至于进行更复杂的功能操作,因为makefile就像一个Shell脚本一样,其中也可以执行操作系统的命令。

    1.程序的编译和链接一般来说,无论是C、C++、还是pas(pascal语言),首先要把源文件编译成中间代码文件,在Windows下也就是 .obj 文件,UNIX下是 .o 文件,即 Object File,这个动作叫做编译(compile)。然后再把大量的Object File合成执行文件,这个动作叫作链接(link)。

    编译时,编译器需要的是语法的正确,函数与变量的声明的正确。

    函数与变量的声明,通常是你需要告诉编译器头文件的所在位置(头文件中应该只是声明,而定义应该放在C/C++文件中),只要所有的语法正确,编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说,每个源文件都应该对应于一个中间目标文件(O文件或是OBJ文件)。

    链接时,主要是链接函数和全局变量,所以,我们可以使用这些中间目标文件(O文件或是OBJ文件)来链接我们的应用程序。

    链接器并不管函数所在的源文件,只管函数的中间目标文件(Object File),在大多数时候,由于源文件太多,编译生成的中间目标文件太多,而在链接时需要明显地指出中间目标文件名,这对于编译很不方便,所以,我们要给中间目标文件打个包,在Windows下这种包叫“库文件”(Library File),也就是 .lib 文件,在UNIX下,是Archive File,也就是 .a 文件。

    总结一下,源文件首先会生成中间目标文件,再由中间目标文件生成执行文件。在编译时,编译器只检测程序语法,和函数、变量是否被声明。如果函数未被声明,编译器会给出一个警告,但可以生成Object File。而在链接程序时,链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现,如果找不到,那到就会报链接错误码(Linker Error)。

    2.MakeFile的规则

    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),标签具有“伪目标”特性。

        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)。

    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。

     3.理解makefile过程

    我们的工程有8个C文件,和3个头文件,我们要写一个Makefile来告诉make命令如何编译和链接这几个文件。

    我们的规则是:

         1)如果这个工程没有编译过,那么我们的所有C文件都要编译并被链接。

         2)如果这个工程的某几个C文件被修改,那么我们只编译被修改的C文件,并链接目标程序。

         3)如果这个工程的头文件被改变了,那么我们需要编译引用了这几个头文件的C文件,并链接目标程序。

    我们为了完成前面所述的那三个规则,我们的Makefile应该是这个样子的:

        edit : main.o kbd.o command.o display.o (这是一个换行符)

                 insert.o search.o files.o utils.o

                  cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o

                                  insert.o search.o files.o utils.o

        main.o : main.c defs.h

                     cc -c main.c

         kbd.o : kbd.c defs.h command.h

                     cc -c kbd.c

         command.o : command.c defs.h command.h

                     cc -c command.c

         display.o : display.c defs.h buffer.h

                     cc -c display.c

         insert.o : insert.c defs.h buffer.h

                     cc -c insert.c

         search.o : search.c defs.h buffer.h

                     cc -c search.c

         files.o : files.c defs.h buffer.h command.h

                     cc -c files.c

         utils.o : utils.c defs.h

                    cc -c utils.c

         clean :

                rm edit main.o kbd.o command.o display.o

                      insert.o search.o files.o utils.o

     我们可以把这个内容保存在文件为“Makefile”或“makefile”的文件中,然后在该目录下直接输入命令“make”就可以生成执行文件edit。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。

     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。

    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“edit”这个文件,并把这个文件作为最终的目标文件。

        3、如果edit文件不存在,或是edit所依赖的后面的 .o 文件的文件修改时间要比edit这个文件新,那么,他就会执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。

        4、如果edit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。

    通过上述分析,我们知道,像clean这种,没有被第一个目标文件直接或间接关联,那么它后面所定义的命令将不会被自动执行,不过,我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”,以此来清除所有的目标文件,以便重编译。

    于是在我们编程中,如果这个工程已被编译过了,当我们修改了其中一个源文件,比如file.c,那么根据我们的依赖性,我们的目标file.o会被重编译(也就是在这个依性关系后面所定义的命令),于是file.o的文件也是最新的啦,于是file.o的文件修改时间要比edit要新,所以edit也会被重新链接了(详见edit目标文件后定义的命令)。

    而如果我们改变了“command.h”,那么,kdb.o、command.o和files.o都会被重编译,并且,edit会被重链接。

    4.一步步简化makefile

    1>makefile中使用变量 :

    在上面的例子中,先让我们看看edit的规则:

          edit : main.o kbd.o command.o display.o

                            insert.o search.o files.o utils.o

                 cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o

                                 insert.o search.o files.o utils.o

    我们可以看到[.o]文件的字符串被重复了两次,如果我们的工程需要加入一个新的[.o]文件,那么我们需要在两个地方加(应该是三个地方,还有一个地方在clean中)。为了易于维护,我们可以在makefile中使用变量。makefile的变量也就是一个字符串,理解成C语言中的宏可能会更好。比如,我们声明一个变量,叫objects, OBJECTS, objs, OBJS, obj, 或是 OBJ,反正不管什么,只要能够表示obj文件就行了。我们在makefile一开始就这样定义:

         objects = main.o kbd.o command.o display.o

                   insert.o search.o files.o utils.o

    于是我们就可以很方便地在我们的makefile中以“$(objects)”的方式来使用这个变量了。

    于是就可以这样子写:

    objects = main.o kbd.o command.o display.o

                   insert.o search.o files.o utils.o

        edit : $(objects)

                 cc -o edit $(objects)

         main.o : main.c defs.h

                 cc -c main.c

         kbd.o : kbd.c defs.h command.h

                 cc -c kbd.c

        command.o : command.c defs.h command.h

                 cc -c command.c

         display.o : display.c defs.h buffer.h

                cc -c display.c

         insert.o : insert.c defs.h buffer.h

                 cc -c insert.c

         search.o : search.c defs.h buffer.h

                 cc -c search.c

         files.o : files.c defs.h buffer.h command.h

                 cc -c files.c

         utils.o : utils.c defs.h

                 cc -c utils.c

         clean :

                 rm edit $(objects)

    于是,如果有新的 .o 文件加入,我们只需简单地修改一下 objects 变量就可以了。

     2>让make自动推导

    GNU的make很强大,它可以自动推导文件以及文件依赖关系后面的命令,于是我们就没必要去在每一个[.o]文件后都写上类似的命令,因为,我们的make会自动识别,并自己推导命令。只要make看到一个[.o]文件,它就会自动的把[.c]文件加在依赖关系中,如果make找到一个whatever.o,那么whatever.c,就会是whatever.o的依赖文件。并且 cc -c whatever.c 也会被推导出来。

    于是又就有了:

    objects = main.o kbd.o command.o display.o

                   insert.o search.o files.o utils.o

        edit : $(objects)

                 cc -o edit $(objects)

        main.o : defs.h

         kbd.o : defs.h command.h

         command.o : defs.h command.h

         display.o : defs.h buffer.h

         insert.o : defs.h buffer.h

         search.o : defs.h buffer.h

         files.o : defs.h buffer.h command.h

         utils.o : defs.h

        .PHONY : clean

         clean :

                 rm edit $(objects)

    这种方法,也就是make的“隐晦规则”。上面文件内容中,“.PHONY”表示,clean是个伪目标文件。

     每个Makefile中都应该写一个清空目标文件(.o和执行文件)的规则,这不仅便于重编译,也很利于保持文件的清洁。一般的风格都是:

            clean:

                 rm edit $(objects)

    更为稳健的做法是:

            .PHONY : clean

             clean :

                    -rm edit $(objects)

    前面说过,.PHONY意思表示clean是一个“伪目标”。而在rm命令前面加了一个小减号的意思就是,也许某些文件出现问题,但不要管,继续做后面的事。当然,clean的规则不要放在文件的开头,不然,这就会变成make的默认目标,相信谁也不愿意这样。不成文的规矩是——“clean从来都是放在文件的最后”。

     上面就是一个makefile的概貌,也是makefile的基础了。

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