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Makefile的基础知识_makefile return

作者：2023面试高手 | 2024-05-29 06:37:01

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makefile return

一、三个基本概念

（注：本文所有的测试都是在 Linux 环境下进行的）

在Makefile中，最重要的三个概念是：目标（target）、依赖关系（dependency）和命令（command）。目标是指要干什么，即运行make后生成什么；依赖是指明目标所依赖的其他目标；命令则告诉make如何生成目标，这三个概念是通过Makefile中的规则（rule）关联在一起的。

例 1 编辑一个名为 Makefile 的文件，文件内容如下：

all:

echo "Hello Lion, I love you"

然后在命令行中执行它，键入集合 make ，就能执行。编辑 makefile 文件时要注意，命令所在的行必须以 Tab 键开头。

在Makefile中，目标和命令组合在一起就形成了一个简单的规则，通过这个规则，我们告诉 make 要做什么。运行 make 命令时可以指定具体的目标加以选择。

例 2 继续编辑修改刚才的 Makefile 文件，如下：

all:

echo "Hello Lion, I love you"

test:

echo "Just for test, she is so beautiful"

综上，我们得到以下信息：一个Makefile中可以定义多个目标；调用 make 命令时，得告诉它我们希望构建的目标是什么，即要它执行哪个命令，第一个目标是默认执行的目标；当 make 得到目标后，先找到构建目标的对应规则，然后运行规则中的命令来达到构建目标的目的，一个规则中可以根据需要存在多条命令。

如果不想让 make 打印出每条要执行的命令，可以在命令前加上 @ 符号，如

all:

@ echo "Hello Lion, I love you"

test:

@echo "Just for test, she is so beautiful"

先决条件：在执行一个目标前，必须要先执行其他目标，即当前目标的执行是以其他目标的执行为条件。这个先决目标就是当前要执行的目标要依赖的目标。如把刚才的 Makefile 修改如下：

all: test

@echo "Hello Lion, I love you"

test:

@echo "Just for test, she is so beautiful"

然后再次执行命令 make ，运动结果如下：

$ make

Just for test, she is so beautiful!

Hello Lion, I love you!

从结果可以看到，test 目标先被构建了，然后才构建 all 目标，因为 test 目标是 all 目标的先决条件。出现这种目标依赖关系时， make 会从左到右（在同一规则中）和从上到下（在不同的规则中）的先后顺序先构建一个规则所依赖的每一个目标，形成一种“链式反应”。

二、搭建基本的编译环境（实验）

我们把这个简单的项目称为 simple 项目吧，让我们先编辑项目中用到的几个文件

（1）foo.c

#include <stdio.h>

void foo()

{

printf("foo() function test makefile");

}

(2) main.c

extern void foo();

int main()

{

foo();

return 0;

}

(3) Makefile

all: main.o foo.o

gcc -o simple main.o foo.o

main.o: main.c

gcc -o main.o -c main.c

foo.o: foo.c

gcc -o foo.o -c foo.c

clean:

rm main.o foo.o

执行方法很简单，键入 make 命令就会生成相应文件，键入 make clean 命令就会删除相应文件。注意连续几次（大于两次）键入 make 命令，从第二次开始，就没有构建目标文件的动作，但是有构建 simple 可执行程序的动作。这是因为 make 是通过文件的时间戳来判定哪些文件需要重新编译的。make 在分析一个规则以创建目标时，如果发现先决条件中文件的时间戳大于目标的时间戳，那先决条件中的文件比目标更新，就没必要再重新构建了。

三、让Makefile更专业

1、假目标的运用

在前面写的 Makefile中，有一个 clean 目标。假设 Makefile 所在的目录下有一个 clean 文件，那么当我们运行 make clean 时，将无法正常执行。因为些时 make 会把 clean 当成文件来处理，而不是当成命令。这种目录文件名与 Makefile 中的目标名重名的情况是很难避免的，也是我们不希望看到的。为此，引进假目标（phony target）这个概念。假目标用 .PHONY 关键字来定义，必须大写。所以我们可以这样修改上边的Makefile文件。

.PHONY: clean

simple: main.o foo.o

gcc -o simple main.o foo.o

main.o: main.c

gcc -o main.o -c main.c

foo.o: foo.c

gcc -o foo.o -c foo.c

clean:

rm -rf main.o foo.o

更改后再执行 make clean 命令，它就能正确执行了。使用 .PHONY关键声明一个目标后， make 并不会将其当做一个文件来处理。由于假目标并不与文件关联，所以每次构建假目标时它所在规则中的命令一定会被执行。

2、运用“变量”提高可维护性

为了提高 Makefile 的灵活性和可维护性，我们在编写 Makefile 时应该适当的使用变量。如我们可以把上边的这个 Makefile 修改成下边这个样子

.PHONY : clean

CC = gcc

RM = rm

EXE = simple

OBJS = main.o foo.o

$(EXE) : $(OBJS)

$(CC) -o $(EXE) $(OBJS)

main.o : main.c

$(CC) -o main.o -c main.c

foo.o : foo.c

$(CC) -o foo.o -c foo.c

clean :

$(RM) -rf $(OBJS)

在这个 Makefile 中，我们定义了CC、RM、EXE、OBJS四个变量，定义变量时其值可以为空，即无右值。引用变量时可以采用 $(变量名) 或 ${变量名} 的形式。引入变量后，Makefile 就很灵活了，例如如果我们想更换编译器，我们只需更改 CC 变量的值就行了。

自动变量

在上边的这个 Makefile 中，存在目标名和先决条件名在规则中的命令重复出现的情况。如果目标名或先决条件名发生了改变，那么我们就必须相应的修改所有的命令，为了省去这种麻烦，我们可以使用如下自动变量。

$@ 用于表示一个规则中的目标，当一个规则中有多个目标时，$@ 所指的是其中任何造成规则命令被运行的目标；

$^ 表示的是规则中的所有先决条件；

$< 表示的是规则中的第一个先决条件。

当然 Makefile 中还有其他的自动变量，但是现在我们只用到这三个。下边是一个测试文件

.PHONY : all

all : first second third

@echo "\$$@ = $@"

@echo "$$^ = $^"

@echo "$$ = $<"

first second third

执行结果如下

$@ = all

$^ = first second third

$< = first

注：在 Makefile 中 “$” 有特殊的意思，如果想用 echo 输出 “$” ，就必须用两个连着的 “$” ； “$@” 对于 Bash shell 也有特殊的意思，需要在 “$$@” 之前再加一个脱字符 “\” ，最后一行是一个只有目标的规则，是不能缺少的。下面我们再来使用自动变量来重写前面的 Makefile

.PHONY : clean

CC = gcc

RM = rm

EXE = simple

OBJS = main.o foo.o

$(EXE) : $(OBJS)

$(CC) -o $@ $^

main.o : main.c

$(CC) -o $@ -c $^

foo.o : foo.c

$(CC) -o $@ -c $^

clean :

$(RM) -rf $(EXE) $(OBJS)

特殊变量

在 Makefile 中，经常会用到两个特殊变量： MAKE 和 MAKECMDGOALS 。MAKE 变量表示的是当前处理 Makefile 的命令名是什么。在这篇文章中， $(MAKE) 的值就是 “make” 。当需要在 Makefile 中运行另一个 Makefile 时，需要用到这个变量。 MAKECMDGOALS 变量表示的是当前构建的目标名，下面分别是测试 MAKE 和 MAKECMDGOALS 的 Makefile 文件。注意 MAKECMDGOALS 是指用户输入的目标，所以当只运行 make 而不带参数时（即用户不在命令行中输入任何目标）， MAKECMDGOALS 仍为空而不是 “all” 。

测试 MAKE

.PHONY : all

all :

@echo "MAKE = $(MAKE)"

测试 MAKECMDGOALS

.PHONY : all clean

all clean :

@echo "\$$@ = $@"

@echo "MAKECMDGOALS = $(MAKECMDGOALS)"

变量的类别与赋值

变量有递归扩展变量和简单扩展变量两种。递归扩展变量只用一个 “ = ” 符号进行定义，其赋值是可递归的。

下面让我们通过一个例子来看一下递归扩展变量的特点

.PHONY : all

first = $(lion)

lion = $(love)

love = linda

all :

@echo $(first)

执行 make 命令后，打印结果如下

linda

使用递归扩展变量的时候要注意，使用不当可能会造成死循环，如下的赋值就是一个死循环

CFLAGS = $(CFLAGS) -O

简单扩展变量，是用 “ := ” 操作符来定义的，对于这种变量，make 只对其进行一次扩展。来看一个例子

.PHONY : all

x = lion

y = $(x) love

x = linda

xx := lion

yy := $(xx) love

xx := linda

all :

@echo "x = $(y), xx = $(yy)"

执行 make 命令后，打印结果如下

x = linda love, xx = lion love

在 Makefile 中可以对同一个变量采用不同的赋值操作，如下例子

.PHONY : all

obj = main.o foo.o

obj := $(obj) utils.o

all :

@echo $(obj)

执行 make 命令后，打印结果如下

main.o foo.o utils.o

在 Makefile 中还可以使用条件赋值，这个操作是通过 “ ?= ” 操作符来实现的，当变量没定义时就定义它，并且将右边的值赋值给它；如果变量已经定义了，则不改变其原值。条件赋值通常用于为变量赋默认值。例

.PHONY : all

x = lion

x ?= linda

y ?= linda

all :

@echo "x = $(x), y = $(y)"

执行 make 命令后，打印结果如下

x = lion, y = linda

在 Makefile 中，我们也可以通过 “ += ” 实现追加赋值的功能，例

.PHONY : all

x = main.o

x += object.o

all :

@echo "x = $(x)"

执行 make 命令后，打印结果如下

x = main.o object.o

在 Makefile 中可以对变量进行定义，也可以通过其他方式来让 make 获得变量：对于自动变量，其值是在每一个规则的上下文件中自动获得的；在运行 make 时，可以通过命令参数定义变量，如对于下边的 Makefile

.PHONY : all

x = main.o

x += object.o

all :

@echo "x = $(x)"

如果执行命令 make x=change 则打印结果为

x = change

由此可见，在运行 make 的命令参数中定义的变量在 Makefile 中是可见的，而且这些参数可以覆盖 Makefile 文件中所定义的变量的值。

有时我们可能不希望 Makefile 文件中的变量有被覆盖的可能，这时就得用到 override 指令进行预防了。例

.PHONY : all

override x = main.o

x += object.o

all :

@echo "x = $(x)"

执行命令 make x=change 的打印结果为

x = main.o

可见使用 override 指令后，x 变量的值不可覆盖了，而且 Makefile 中对它进行追加赋值也失效了。

使用 “ 模式 ” 精简规则

在前边的 simple 项目的 Makefile 文件中，存在多个规则用于构建目标文件。如 foo.o 和 main.o ，都采用不同的规则进行描述。如果对于每个目标文件，都要写一个不同的规则来描述，那是很费力的事。所以我们有必要使用模式来减少我们写 Makefile 的工作量。借助模式，我们可以把 simple 项目的 Makefile 改写成如下形式

.PHONY : clean

CC = gcc

RM = rm

EXE = simple

OBJS = main.o foo.o

$(EXE) : $(OBJS)

$(CC) -o $@ $^

%.o : %.c

$(CC) -o $@ -c $^

clean :

$(RM) -rf $(OBJS)

改写后的 Makefile 与原来的 Makefile 的区别就是把

main.o : main.c

$(CC) -o main.o -c main.c

foo.o : foo.c

$(CC) -o foo.o -c foo.c

替换成了

%.o : %.c

$(CC) -o $@ -c $^

经过这样的修改，把多条构建瞟文件的规则变成了一条，不论有多少个源文件需要编译都可以应用同一规则，编写 Makefile 文件的工作量就大大减少了。（其中的 % 是通配符）

四、通过函数增强功能

函数是 Makefile 中经常要用到的，它们可以增强 Makefile 的功能，在 simple 项目中，其 Makefile 文件中要指明每个项目的源

文件，这样是很麻烦的。我们可以通过函数来避免这种麻烦，下面让我们先来看一下一些常用的函数（《GNU make》中有详细的解说）。下面的实验都是我在公司的服务器上做的

1、abspath 函数：用于将 _names 中的各路径名转换成绝对路径，并将转换后的结果返回，其形式是

$(abspath _names)

例

.PHONY all

ROOT := $(abspath /usr ../lib)

all :

@echo $(ROOT)

执行 make 的打印结果如下

/usr /home/lion/pratemp/pramake/lib

2、addprefix 函数：用于给名字列表 _names 中的每一个名字增加前缀，并将增加了前缀的名字列表返回，其形式是

$(addprefix _prefix, _names)

例

.PHONY : all

without_dir = foo.c bar.c main.o

with_dir := $(addprefix objs/, $(without_dir))

all :

@echo $(with_dir)

执行 make 的打印结果如下

objs/foo.c objs/bar.c objs/main.o

3、addsuffix 函数：用于给名字列表 _names 中的每一个名字增加后缀，并将增加了后缀的名字列表返回，其形式是

$(addsuffix _suffix, _names)

例

.PHONY : all

without_suffix = foo bar main

with_suffix := $(addsuffix .c, $(without_suffix))

all :

@echo $(with_suffix)

执行 make 的打印结果如下

foo.c bar.c main.c

4、filter 函数：用于将 _text 中根据模式 _pattern 得到满足需要的名字列表并返回，其形式是

$(filter _pattern, _text)

例

.PHONY : all

obj = foo.c bar.c utils.c vir.s single.h

obj := $(filter %.c %.h, $(obj))

all :

@echo $(obj)

执行 make 的打印结果如下

foo.c bar.c utils.c single.h

.s 文件被过滤掉了，可见 filter 函数起到过滤的作用

5、eval 函数：eval 函数将使得 make 再一次解析 _text语句，该函数返回空字符串，其形式是

$(eval _text)

例

.PHONY : all

obj = foo.c bar.c utils.c vir.s single.h

$(eval obj := $(filter %.c %.h, $(obj)))

all :

@echo $(obj)

执行 make 的打印结果如下

foo.c bar.c utils.c single.h

6、filter-out 函数：用于将 _text 中根据模式 _pattern 滤除一部分名字，并将滤除后的列表返回，其形式是

$(filter-out _pattern, _text)

例

.PHONY : all

obj = foo1.c foo2.c foo3.c test.c single.h

result = $(filter-out foo%.c, $(obj))

all :

@echo $(result)

执行 make 的打印结果如下

test.c single.h

7、notdir 函数：用于将 _names 中的各路径名转换成绝对路径，并将转换后的结果返回，其形式是

$(notdir _names)

例

.PHONY : all

names := $(notdir lion/mode1/src/test.c lion/mode2/src/temp.c)

all :

@echo $(nams)

执行 make 的打印结果如下

test.c temp.c

8、patsubst 函数：被用于将名字列表 _text 中符合 _pattern 模式的名字替换为 _replacement ，并将替换后的名字列表返回。其形式是

$(patsubst _pattern, _replacement, _text)

例

.PHONY : all

names = test.c temp.c code.o

result := $(patsubst %.c, %.o, $(names))

all :

@echo $(result)

执行 make 的打印结果如下

test.o temp.o code.o

9、realpath 函数：用于获取 _names 所对应的真实路径名，并将取得的结果返回，其形式是

$(realpath _names)

例

.PHONY : all

result := $(realpath ./..)

all :

@echo $(result)

我当前所在的目录是

/home/lion/pratemp/pramake/pra_2

执行 make 的打印结果如下

/home/lion/pratemp/pramake

10、strip 函数：用于将 _string 中多余的空格去除，并将所得结果返回，其形式是

$(strip _string)

例

.PHONY : all

first = test.c main.c

second := $(strip $(first))

all :

@echo "first = $(first))"

@echo "second = $(second)"

执行 make 的打印结果如下

first = test.c main.c

second = test.c main.c

11、wildcard 函数：这是个通配符函数，用于得到当前工作目录中满足 _pattern 模式的文件或目录名列表，其形式是

$(wildcard _pattern)

例

.PHONY : all

srcFile = $(wildcard *.c)

all :

@echo $(srcFile)

我当前所在目录下有以下文件

Makefile temp.c test.c

执行 make 的打印结果如下

temp.c test.c

五、提高编译环境的实用性

前面所讲的 simple 项目是一个简单的项目，下面我们来一步步实现一个更大的项目，且称之为 greater 项目吧。下面是这个项目的初始代码

greater/test.h

#ifndef __TEST_H

#define __ TEST_H

void test();

#endif

greater/test.c

#include <stdio.h>

#include "test.h"

void test()

{

printf("Take it easy, just for test\n");

}

greater/main.c

#include "test.h"

int main()

{

test();

return 0;

}

greater/Makefile

.PHONY : all

MKDIR = mkdir

DIRS = objs exes

all : $(DIRS)

$(DIRS) :

$(MKDIR) $@

执行前 make 前后，当前目录文件的变化过程如下

lion@eserver:~/pratemp/pramake/greater$ ls

main.c Makefile test.c test.h

lion@eserver:~/pratemp/pramake/greater$ make

mkdir objs

mkdir exes

lion@eserver:~/pratemp/pramake/greater$ ls

exes main.c Makefile objs test.c test.h

在编译一个项目时会产生大量的中间文件，如果中间文件与项目的源文件混在一起，就会很乱，不利于维护。所以在编译过程中应该自动生成用于存放不同类型文件的目录，如将所有的目标文件放入 objs 子目录中，将所有的可执行文件放入 exes 子目录等。接下来为我们的 greater 项目的 Makefile 增加一个 clean 目标，用于删除编译时所产生的存放于 objs 子目录中的所有中间文件，修改后的 Makefile 内容如下：

.PHONY : all clean

MKDIR = mkdir

DIRS = objs exes

RM = rm

RMFLAGS = -rf

all : $(DIRS)

$(DIRS) :

$(MKDIR) $@

clean :

$(RM) $(RMFLAGS) objs

通过目录管理文件

为了将项目编译时所创建的文件分类存放（把 .o 文件放入 objs 子目录中，把可执行文件放入 exes 子目录中），我们得借助前面介绍的常用函数。将 greater 项目的 Makefile 修改如下

.PHONY : all clean

MKDIR = mkdir

RM = rm

RMFLAGS = -rf

CC = gcc

OBJS_DIR = objs

EXES_DIR = exes

DIRS = $(OBJS_DIR) $(EXES_DIR)

EXE = greater

SRCS = $(wildcard *.c)

OBJS = $(SRCS:.c=.o)

OBJS := $(addprefix $(OBJS_DIR)/, $(OBJS))

all : $(DIRS) $(EXE)

$(DIRS) :

$(MKDIR) $@

$(EXE) : $(OBJS)

$(CC) -o $@ $^

$(OBJS_DIR)/%.o : %.c

$(CC) -o $@ -c $^

clean :

$(RM) $(RMFLAGS) $(DIRS)

对于规则中的每一条命令，make 都是在一个新的 Shell 上运行它；如果希望多个命令在同一个 Shell 中运行，可以用 “;” 将这些命令连接起来；当命令很长时，可以用 “\” 将一个命令分成多行书写。

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