Make 命令教程

https://github.com/ruanyf/articles/blob/master/2015/2015-02-19-make.md

代码变成可执行文件，叫做编译（compile）；先编译这个，还是先编译那个（即编译的安排），叫做构建（build）。

Make是最常用的构建工具，诞生于1977年，主要用于C语言的项目。但是实际上 ，任何只要某个文件有变化，就要重新构建的项目，都可以用Make构建。

本文介绍Make命令的用法，从简单的讲起，不需要任何基础，只要会使用命令行，就能看懂。我的参考资料主要是Isaac Schlueter的《Makefile文件教程》和《GNU Make手册》。

（题图：摄于博兹贾阿达岛，土耳其，2013年7月）

一、Make的概念

Make这个词，英语的意思是“制作”。Make命令直接用了这个意思，就是要做出某个文件。比如，要做出文件a.txt，就可以执行下面的命令。

$ make a.txt

但是，如果你真的输入这条命令，它并不会起作用。因为Make命令本身并不知道，如何做出a.txt，需要有人告诉它，如何调用其他命令完成这个目标。

比如，假设文件 a.txt 依赖于 b.txt 和 c.txt ，是后面两个文件连接（cat命令）的产物。那么，make 需要知道下面的规则。

a.txt: b.txt c.txt
    cat b.txt c.txt > a.txt

也就是说，make a.txt 这条命令的背后，实际上分成两步：第一步，确认 b.txt 和 c.txt 必须已经存在，第二步使用 cat 命令 将这个两个文件合并，输出为新文件。

像这样的规则，都写在一个叫做Makefile的文件中，Make命令依赖这个文件进行构建。Makefile文件也可以写为makefile， 或者用命令行参数指定为其他文件名。

$ make -f rules.txt
# 或者
$ make --file=rules.txt

上面代码指定make命令依据rules.txt文件中的规则，进行构建。

总之，make只是一个根据指定的Shell命令进行构建的工具。它的规则很简单，你规定要构建哪个文件、它依赖哪些源文件，当那些文件有变动时，如何重新构建它。

二、Makefile文件的格式

构建规则都写在Makefile文件里面，要学会如何Make命令，就必须学会如何编写Makefile文件。

2.1 概述

Makefile文件由一系列规则（rules）构成。每条规则的形式如下。

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

上面第一行冒号前面的部分，叫做“目标”（target），冒号后面的部分叫做“前置条件”（prerequisites）；第二行必须由一个tab键起首，后面跟着“命令”（commands）。

“目标”是必需的，不可省略；“前置条件”和“命令”都是可选的，但是两者之中必须至少存在一个。

每条规则就明确两件事：构建目标的前置条件是什么，以及如何构建。下面就详细讲解，每条规则的这三个组成部分。

2.2 目标（target）

一个目标（target）就构成一条规则。目标通常是文件名，指明Make命令所要构建的对象，比如上文的 a.txt 。目标可以是一个文件名，也可以是多个文件名，之间用空格分隔。

除了文件名，目标还可以是某个操作的名字，这称为“伪目标”（phony target）。

clean:
      rm *.o

上面代码的目标是clean，它不是文件名，而是一个操作的名字，属于“伪目标 ”，作用是删除对象文件。

$ make  clean

但是，如果当前目录中，正好有一个文件叫做clean，那么这个命令不会执行。因为Make发现clean文件已经存在，就认为没有必要重新构建了，就不会执行指定的rm命令。

为了避免这种情况，可以明确声明clean是“伪目标”，写法如下。

.PHONY: clean
clean:
        rm *.o temp

声明clean是“伪目标”之后，make就不会去检查是否存在一个叫做clean的文件，而是每次运行都执行对应的命令。像.PHONY这样的内置目标名还有不少，可以查看手册。

如果Make命令运行时没有指定目标，默认会执行Makefile文件的第一个目标。

$ make

上面代码执行Makefile文件的第一个目标。

2.3 前置条件（prerequisites）

前置条件通常是一组文件名，之间用空格分隔。它指定了“目标”是否重新构建的判断标准：只要有一个前置文件不存在，或者有过更新（前置文件的last-modification时间戳比目标的时间戳新），“目标”就需要重新构建。

result.txt: source.txt
    cp source.txt result.txt

上面代码中，构建 result.txt 的前置条件是 source.txt 。如果当前目录中，source.txt 已经存在，那么make result.txt可以正常运行，否则必须再写一条规则，来生成 source.txt 。

source.txt:
    echo "this is the source" > source.txt

上面代码中，source.txt后面没有前置条件，就意味着它跟其他文件都无关，只要这个文件还不存在，每次调用make source.txt，它都会生成。

$ make result.txt
$ make result.txt

上面命令连续执行两次make result.txt。第一次执行会先新建 source.txt，然后再新建 result.txt。第二次执行，Make发现 source.txt 没有变动（时间戳晚于 result.txt），就不会执行任何操作，result.txt 也不会重新生成。

如果需要生成多个文件，往往采用下面的写法。

source: file1 file2 file3

上面代码中，source 是一个伪目标，只有三个前置文件，没有任何对应的命令。

$ make source

执行make source命令后，就会一次性生成 file1，file2，file3 三个文件。这比下面的写法要方便很多。

$ make file1
$ make file2
$ make file3

2.4 命令（commands）

命令（commands）表示如何更新目标文件，由一行或多行的Shell命令组成。它是构建“目标”的具体指令，它的运行结果通常就是生成目标文件。

每行命令之前必须有一个tab键。如果想用其他键，可以用内置变量.RECIPEPREFIX声明。

.RECIPEPREFIX = >
all:
> echo Hello, world

上面代码用.RECIPEPREFIX指定，大于号（>）替代tab键。所以，每一行命令的起首变成了大于号，而不是tab键。

需要注意的是，每行命令在一个单独的shell中执行。这些Shell之间没有继承关系。

var-lost:
    export foo=bar
    echo "foo=[$$foo]"

上面代码执行后（make var-lost），取不到foo的值。因为两行命令在两个不同的进程执行。一个解决办法是将两行命令写在一行，中间用分号分隔。

var-kept:
    export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

另一个解决办法是在换行符前加反斜杠转义。

var-kept:
    export foo=bar; 
    echo "foo=[$$foo]"

最后一个方法是加上.ONESHELL:命令。

.ONESHELL:
var-kept:
    export foo=bar; 
    echo "foo=[$$foo]"

三、Makefile文件的语法

3.1 注释

井号（#）在Makefile中表示注释。

# 这是注释
result.txt: source.txt
    # 这是注释
    cp source.txt result.txt # 这也是注释

3.2 回声（echoing）

正常情况下，make会打印每条命令，然后再执行，这就叫做回声（echoing）。

test:
    # 这是测试

执行上面的规则，会得到下面的结果。

$ make test
# 这是测试

在命令的前面加上@，就可以关闭回声。

test:
    @# 这是测试

现在再执行make test，就不会有任何输出。

由于在构建过程中，需要了解当前在执行哪条命令，所以通常只在注释和纯显示的echo命令前面加上@。

test:
    @# 这是测试
    @echo TODO

3.3 通配符

通配符（wildcard）用来指定一组符合条件的文件名。Makefile 的通配符与 Bash 一致，主要有星号（*）、问号（？）和 […] 。比如， *.o 表示所有后缀名为o的文件。

clean:
        rm -f *.o

3.4 模式匹配

Make命令允许对文件名，进行类似正则运算的匹配，主要用到的匹配符是%。比如，假定当前目录下有 f1.c 和 f2.c 两个源码文件，需要将它们编译为对应的对象文件。

%.o: %.c

等同于下面的写法。

f1.o: f1.c
f2.o: f2.c

使用匹配符%，可以将大量同类型的文件，只用一条规则就完成构建。

3.5 变量和赋值符

Makefile 允许使用等号自定义变量。

txt = Hello World
test:
    @echo $(txt)

上面代码中，变量 txt 等于 Hello World。调用时，变量需要放在 $( ) 之中。

调用Shell变量，需要在美元符号前，再加一个美元符号，这是因为Make命令会对美元符号转义。

test:
    @echo $$HOME

有时，变量的值可能指向另一个变量。

v1 = $(v2)

上面代码中，变量 v1 的值是另一个变量 v2。这时会产生一个问题，v1 的值到底在定义时扩展（静态扩展），还是在运行时扩展（动态扩展）？如果 v2 的值是动态的，这两种扩展方式的结果可能会差异很大。

为了解决类似问题，Makefile一共提供了四个赋值运算符 （=、:=、？=、+=），它们的区别请看StackOverflow。

VARIABLE = value
# 在执行时扩展，允许递归扩展。

VARIABLE := value
# 在定义时扩展。

VARIABLE ?= value
# 只有在该变量为空时才设置值。

VARIABLE += value
# 将值追加到变量的尾端。

3.6 内置变量（Implicit Variables）

Make命令提供一系列内置变量，比如，$(CC) 指向当前使用的编译器，$(MAKE) 指向当前使用的Make工具。这主要是为了跨平台的兼容性，详细的内置变量清单见手册。

output:
    $(CC) -o output input.c

3.7 自动变量（Automatic Variables）

Make命令还提供一些自动变量，它们的值与当前规则有关。主要有以下几个。

（1）$@

$@指代当前目标，就是Make命令当前构建的那个目标。比如，make foo的 $@ 就指代foo。

a.txt b.txt: 
    touch $@

等同于下面的写法。

a.txt:
    touch a.txt
b.txt:
    touch b.txt

（2）$<

$< 指代第一个前置条件。比如，规则为 t: p1 p2，那么$< 就指代p1。

a.txt: b.txt c.txt
    cp $< $@ 

等同于下面的写法。

a.txt: b.txt c.txt
    cp b.txt a.txt 

（3）$?

$? 指代比目标更新的所有前置条件，之间以空格分隔。比如，规则为 t: p1 p2，其中 p2 的时间戳比 t 新，$?就指代p2。

（4）$^

$^ 指代所有前置条件，之间以空格分隔。比如，规则为 t: p1 p2，那么 $^ 就指代 p1 p2 。

（5）$*

$* 指代匹配符 % 匹配的部分， 比如% 匹配 f1.txt 中的f1 ，$* 就表示 f1。

（6）$(@D) 和 $(@F)

$(@D) 和 $(@F) 分别指向 $@ 的目录名和文件名。比如，$@是 src/input.c，那么$(@D) 的值为 src ，$(@F) 的值为 input.c。

（7）$(<D) 和 $(<F)

$(<D) 和 $(<F) 分别指向 $< 的目录名和文件名。

所有的自动变量清单，请看手册。下面是自动变量的一个例子。

dest/%.txt: src/%.txt
    @[ -d dest ] || mkdir dest
    cp $< $@

上面代码将 src 目录下的 txt 文件，拷贝到 dest 目录下。首先判断 dest 目录是否存在，如果不存在就新建，然后，$< 指代前置文件（src/%.txt）， $@ 指代目标文件（dest/%.txt）。

3.8 判断和循环

Makefile使用 Bash 语法，完成判断和循环。

ifeq ($(CC),gcc)
  libs=$(libs_for_gcc)
else
  libs=$(normal_libs)
endif

上面代码判断当前编译器是否 gcc ，然后指定不同的库文件。

LIST = one two three
all:
    for i in $(LIST); do 
        echo $$i; 
    done

# 等同于

all:
    for i in one two three; do 
        echo $i; 
    done

上面代码的运行结果。

one
two
three

3.9 函数

Makefile 还可以使用函数，格式如下。

$(function arguments)
# 或者
${function arguments}

Makefile提供了许多内置函数，可供调用。下面是几个常用的内置函数。

（1）shell 函数

shell 函数用来执行 shell 命令

srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)

（2）wildcard 函数

wildcard 函数用来在 Makefile 中，替换 Bash 的通配符。

srcfiles := $(wildcard src/*.txt)

（3）替换函数

替换函数的写法是：变量名 + 冒号 + 替换规则。

min: $(OUTPUT:.js=.min.js)

上面代码的意思是，将变量OUTPUT中的 .js 全部替换成 .min.js 。

四、Makefile 的实例

（1）执行多个目标

.PHONY: cleanall cleanobj cleandiff

cleanall : cleanobj cleandiff
        rm program

cleanobj :
        rm *.o

cleandiff :
        rm *.diff

上面代码可以调用不同目标，删除不同后缀名的文件，也可以调用一个目标（cleanall），删除所有指定类型的文件。

（2）编译C语言项目

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

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

.PHONY: edit clean

今天，Make命令的介绍就到这里。下一篇文章我会介绍，如何用 Make 来构建 Node.js 项目。

（完）

附录一：

ASK：

Can anybody give a clear explanation of how variable assignment really works in Makefiles.

What is the difference between :

 VARIABLE = value
 VARIABLE ?= value
 VARIABLE := value
 VARIABLE += value

I have read the section in GNU Make's manual, but it still doesn't make sense to me.

ANSWER：

Using = causes the variable to be assigned a value. If the variable already had a value, it is replaced. This value will be expanded when it is used. For example:

HELLO = world
HELLO_WORLD = $(HELLO) world!

# This echoes "world world!"
echo $(HELLO_WORLD)

HELLO = hello

# This echoes "hello world!"
echo $(HELLO_WORLD)

Using := is similar to using =. However, instead of the value being expanded when it is used, it is expanded during the assignment. For example:

HELLO = world
HELLO_WORLD := $(HELLO) world!

# This echoes "world world!"
echo $(HELLO_WORLD)

HELLO = hello

# Still echoes "world world!"
echo $(HELLO_WORLD)

HELLO_WORLD := $(HELLO) world!

# This echoes "hello world!"
echo $(HELLO_WORLD)

Using ?= assigns the variable a value iff the variable was not previously assigned. If the variable was previously assigned a blank value (VAR=), it is still considered set I think. Otherwise, functions exactly like =.

Using += is like using =, but instead of replacing the value, the value is appended to the current one, with a space in between. If the variable was previously set with :=, it is expanded I think. The resulting value is expanded when it is used I think. For example:

HELLO_WORLD = hello
HELLO_WORLD += world!

# This echoes "hello world!"
echo $(HELLO_WORLD)

If something like HELLO_WORLD = $(HELLO_WORLD) world! were used, recursion would result, which would most likely end the execution of your Makefile. If A := $(A) $(B) were used, the result would not be the exact same as using += because B is expanded with := whereas += would not cause B to be expanded.

附录二：

Variables Used by Implicit Rules

The recipes in built-in implicit rules make liberal use of certain predefined variables. You can alter the values of these variables in the makefile, with arguments to make, or in the environment to alter how the implicit rules work without redefining the rules themselves. You can cancel all variables used by implicit rules with the ‘-R’ or ‘--no-builtin-variables’ option.

For example, the recipe used to compile a C source file actually says ‘$(CC) -c $(CFLAGS) $(CPPFLAGS)’. The default values of the variables used are ‘cc’ and nothing, resulting in the command ‘cc -c’. By redefining ‘CC’ to ‘ncc’, you could cause ‘ncc’ to be used for all C compilations performed by the implicit rule. By redefining ‘CFLAGS’ to be ‘-g’, you could pass the ‘-g’ option to each compilation. All implicit rules that do C compilation use ‘$(CC)’ to get the program name for the compiler and all include ‘$(CFLAGS)’ among the arguments given to the compiler.

The variables used in implicit rules fall into two classes: those that are names of programs (like CC) and those that contain arguments for the programs (like CFLAGS). (The “name of a program” may also contain some command arguments, but it must start with an actual executable program name.) If a variable value contains more than one argument, separate them with spaces.

The following tables describe of some of the more commonly-used predefined variables. This list is not exhaustive, and the default values shown here may not be what make selects for your environment. To see the complete list of predefined variables for your instance of GNU make you can run ‘make -p’ in a directory with no makefiles.

Here is a table of some of the more common variables used as names of programs in built-in rules:

AR

Archive-maintaining program; default ‘ar’.

AS

Program for compiling assembly files; default ‘as’.

CC

Program for compiling C programs; default ‘cc’.

CXX

Program for compiling C++ programs; default ‘g++’.

CPP

Program for running the C preprocessor, with results to standard output; default ‘$(CC) -E’.

FC

Program for compiling or preprocessing Fortran and Ratfor programs; default ‘f77’.

M2C

Program to use to compile Modula-2 source code; default ‘m2c’.

PC

Program for compiling Pascal programs; default ‘pc’.

CO

Program for extracting a file from RCS; default ‘co’.

GET

Program for extracting a file from SCCS; default ‘get’.

LEX

Program to use to turn Lex grammars into source code; default ‘lex’.

YACC

Program to use to turn Yacc grammars into source code; default ‘yacc’.

LINT

Program to use to run lint on source code; default ‘lint’.

MAKEINFO

Program to convert a Texinfo source file into an Info file; default ‘makeinfo’.

TEX

Program to make TeX DVI files from TeX source; default ‘tex’.

TEXI2DVI

Program to make TeX DVI files from Texinfo source; default ‘texi2dvi’.

WEAVE

Program to translate Web into TeX; default ‘weave’.

CWEAVE

Program to translate C Web into TeX; default ‘cweave’.

TANGLE

Program to translate Web into Pascal; default ‘tangle’.

CTANGLE

Program to translate C Web into C; default ‘ctangle’.

RM

Command to remove a file; default ‘rm -f’.

Here is a table of variables whose values are additional arguments for the programs above. The default values for all of these is the empty string, unless otherwise noted.

ARFLAGS

Flags to give the archive-maintaining program; default ‘rv’.

ASFLAGS

Extra flags to give to the assembler (when explicitly invoked on a ‘.s’ or ‘.S’ file).

CFLAGS

Extra flags to give to the C compiler.

CXXFLAGS

Extra flags to give to the C++ compiler.

COFLAGS

Extra flags to give to the RCS co program.

CPPFLAGS

Extra flags to give to the C preprocessor and programs that use it (the C and Fortran compilers).

FFLAGS

Extra flags to give to the Fortran compiler.

GFLAGS

Extra flags to give to the SCCS get program.

LDFLAGS

Extra flags to give to compilers when they are supposed to invoke the linker, ‘ld’, such as -L. Libraries (-lfoo) should be added to the LDLIBS variable instead.

LDLIBS

Library flags or names given to compilers when they are supposed to invoke the linker, ‘ld’. LOADLIBES is a deprecated (but still supported) alternative to LDLIBS. Non-library linker flags, such as -L, should go in the LDFLAGS variable.

LFLAGS

Extra flags to give to Lex.

YFLAGS

Extra flags to give to Yacc.

PFLAGS

Extra flags to give to the Pascal compiler.

RFLAGS

Extra flags to give to the Fortran compiler for Ratfor programs.

LINTFLAGS

Extra flags to give to lint.