在 “Linux基础知识（11）- GCC 简单使用（一）| GCC 安装配置和 Makefile 的基本用法” 里我们演示了 GCC 安装配置和 Makefile 的基本用法，本文将继续演示 Makefile 的高级用法。
1. 伪目标
前文我们在 Makefile 的基本用法的演示中，Makefile 编写的目标，在 make 看来其实都是目标文件，例如 make 在执行的时候由于在目录找不到 target_a 文件，所以每次 make target_a 的时候，它都会去执行target_a 的命令，期待执行后能得到名为 target_a 的同名文件。
如果目录下真的有 target_a、target_b、target_c 的文件，即假如目标文件和依赖文件都存在且是最新的，那么 make target_a 就不会被正常执行了，这会引起误会。
为了避免这种情况，Makefile 使用 “.PHONY” 前缀来区分目标代号和目标文件，并且这种目标代号被称为 “伪目标”，phony 单词翻译过来本身就是假的意思。
也就是说，只要我们不期待生成目标文件，就应该把它定义成伪目标，前文的演示代码修改如下。
示例1：
# 使用 .PHONY 表示 target_a 是个伪目标
.PHONY: target_a
# target_a 是第一个目标，是最终目标，即 make 的默认目标
# 执行 ls 命令列出当前目录下的内容，target_a 依赖于 target_b 和 target_c
target_a: target_b target_c
ls
.PHONY: target_b
# 执行 touch 命令创建 test.txt 文件，target_b 无依赖
target_b:
touch test.txt
.PHONY: target_c
# 执行 pwd 命令显示当前路径，target_c 无依赖
target_c:
pwd
.PHONY: target_d
# 执行 rm 命令删除 test.txt 文件，target_d 无依赖
target_d:
rm -f test.txt
示例2:
# 默认目标，hello_main 依赖于 hello_main.c 和 hello_func.c
hello_main: hello_main.c hello_func.c
gcc -o hello_main hello_main.c hello_func.c -I .
# clean目标，删除编译生成的中间文件
.PHONY:clean
clean:
rm -f *.o hello_main
GNU 组织发布的软件工程代码的 Makefile，除了 clean 伪目标，常见的还有 all、install、print、tar 等，虽然并没有固定的要求伪目标必须用这些名字，但可以参考这些习惯来编写自己的 Makefile。
如果以上代码中不写 “.PHONY:clean” 语句，并且在目录下创建一个名为 clean 的文件，那么当执行 “make clean” 时，clean 的命令并不会被执行。
2. 默认规则
上文示例2 的 Makefile 里的 hello_main 依赖于 hello_main.c 和 hello_func.c，hello_main 目标文件本质上并不是依赖 hello_main.c 和 hello_func.c 文件，而是依赖于 hello_main.o 和 hello_func.o，把这两个文件链接起来就能得到我们最终想要的 hello_main 目标文件。
另外，由于 make 有一条默认规则，当找不到 *.o 文件时，会查找目录下的同名 xxx.c 文件进行编译。根据这样的规则，我们可把示例2 的 Makefile 做如下修改：
# 默认目标，hello_main 依赖于 hello_main.o 和 hello_func.o
hello_main: hello_main.o hello_func.o
gcc -o hello_main hello_main.o hello_func.o
# 根据 make 的默认规则，下面两行可以不写
#hello_main.o: hello_main.c
# gcc -c hello_main.c
# 根据 make 的默认规则，下面两行可以不写
#hello_func.o: hello_func.c
# gcc -c hello_func.c
# clean目标，删除编译生成的中间文件
.PHONY:clean
clean:
rm -f *.o hello_main
使用修改后的 Makefile 编译结果如下：
$ make
cc -c -o hello_main.o hello_main.c
cc -c -o hello_func.o hello_func.c
gcc -o hello_main hello_main.o hello_func.o
从 make 的输出可看到，它先执行了两条额外的 “cc” 编译命令，这是由 make 默认规则执行的，它们把 C 代码编译生成了同名的 .o 文件，然后 make 根据 Makefile 的命令链接这两个文件得到最终目标文件 hello_main。
3. 使用变量
使用 C 自动编译成 *.o 的默认规则有个缺陷，由于没有显式地表示 *.o 依赖于 .h 头文件，假如我们修改了头文件的内容，那么 *.o 并不会更新，这是不可接受的。并且默认规则使用固定的 “cc” 进行编译，假如我们想使用ARM-GCC 进行交叉编译，那么系统默认的 “cc” 会导致编译错误。
要解决这些问题并且让 Makefile 变得更加通用，需要引入变量和分支进行处理。
1) 基本语法
在 Makefile 中的变量，有点像 C 语言的宏定义，在引用变量的地方使用变量值进行替换。变量的命名可以包含字符、数字、下划线，区分大小写，定义变量的方式有以下四种：
| 定义方式 | 描述 |
| = | 延时赋值，该变量只有在调用的时候，才会被赋值 |
| := | 直接赋值，与延时赋值相反，使用直接赋值的话，变量的值定义时就已经确定了。 |
| ?= | 若变量的值为空，则进行赋值，通常用于设置默认值。 |
| += | 追加赋值，可以往变量后面增加新的内容。 |
变量使用的语法如下：
$(变量名)
示例：
VAR_A = FILE_A
VAR_B = $(VAR_A)
VAR_C := $(VAR_A)
VAR_A += FILE_B
VAR_D ?= FILE_D
.PHONY:check
check:
@echo "VAR_A: "$(VAR_A)
@echo "VAR_B: "$(VAR_B)
@echo "VAR_C: "$(VAR_C)
@echo "VAR_D: "$(VAR_D)
运行：
$ make
VAR_A: FILE_A FILE_B
VAR_B: FILE_A FILE_B
VAR_C: FILE_A
VAR_D: FILE_D
注：执行完 make 命令后，只有 VAR_C 是FILE_A。这是因为 VAR_B 采用的延时赋值，只有当调用时，才会进行赋值。当调用 VAR_B 时，VAR_A 的值已经被修改为 FILE_A FILE_B，因此 VAR_B 的变量值也就等于 FILE_A FILE_B。
要注意，变量的值后面的不能带有空格。
2) 改造默认规则
接下来使用变量对前面 hello_main 的 Makefile 进行大改造，代码修改如下：
# 定义变量
CC = gcc
CFLAGS = -I.
DEPS = hello_func.h
# 目标文件
hello_main: hello_main.o hello_func.o
$(CC) -o hello_main hello_main.o hello_func.o
# *.o 文件的生成规则
%.o: %.c $(DEPS)
$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)
# 伪目标
.PHONY: clean
clean:
rm -f *.o hello_main
代码说明：
第 1 ~ 4 行：分别定义了 CC、CFLAGS、DEPS 变量，变量的值就是等号右侧的内容，定义好的变量可通过 “$(变量名)” 的形式引用，如后面的 “$(CC)”、“$( CFLAGS)”、“$(DEPS)” 等价于定义时赋予的变量值 “gcc”、“-I.” 和 “hello_func.h”；
第 8 行：使用 $(CC) 替代了 gcc，这样编写的 Makefile 非常容易更换不同的编译器，如要进行交叉编译，只要把开头的编译器名字修改掉即可；
第 11 行：“%” 是一个通配符，功能类似 “*”，如 “%.o” 表示所有以 ”.o” 结尾的文件。所以 “%.o: %.c”在本例子中等价于 “hello_main.o: hello_main.c”、“hello_func.o: hello_func.c”，即等价于 *.o 文件依赖于 *.c 文件的默认规则。不过这行代码后面的 “$(DEPS)” 表示它除了依赖 *.c 文件，还依赖于变量 “$(DEPS)” 表示的头文件，所以当头文件修改的话，*.o 文件也会被重新编译；
第 12 行：这行代码出现了特殊的变量 “$@”、“$<”，可理解为 Makefile 文件保留的关键字，是系统保留的自动化变量，“$@” 代表了目标文件，“$<” 代表了第一个依赖文件。即 “$@” 表示 “%.o”、“$<” 表示 “%.c”，例如：
# 当 "%" 匹配的字符为 "hello_func" 的话
$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)
# 等价于
gcc -c -o hello_func.o func_func.c -I .
以上示例代码说明 Makefile 可以利用变量及自动化变量，来重写 *.o 文件的默认生成规则，以及增加头文件的依赖。
3) 改造链接规则
与 *.o 文件的默认规则类似，我们也可以使用变量来修改生成最终目标文件的链接规则，代码修改如下：
# 定义变量
CC = gcc
CFLAGS = -I.
DEPS = hello_func.h
TARGET = hello_main
OBJS = hello_main.o hello_func.o
# 目标文件
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS)
# *.o 文件的生成规则
%.o: %.c $(DEPS)
$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)
# 伪目标
.PHONY: clean
clean:
rm -f *.o hello_main
代码说明：
第 5 行：定义了 TARGET 变量，它的值为目标文件名 hello_main；
第 6 行：定义了 OBJS 变量，它的值为依赖的各个 *.o 文件，如 hello_main.o、hello_func.o 文件；
第 9 行：使用 TARGET 和 OBJS 变量替换原来固定的内容；
第 10 行：使用自动化变量 “$@” 表示目标文件 “$(TARGET)”，使用自动化变量 “$^” 表示所有的依赖文件即 “$(OBJS)”；
以上示例代码中的 Makefile 把编译及链接的过程都通过变量表示出来了，非常通用。使用这样的 Makefile 可以针对不同的工程直接修改变量的内容就可以使用；
4) 其它自动化变量
Makefile 中还有其它自动化变量，见下表。
| 符号 | 描述 |
| $@ | 匹配目标文件 |
| $% | 与 $@ 类似，但 $% 仅匹配库类型的目标文件 |
| $< | 依赖中的第一个目标文件 |
| $^ | 所有的依赖目标，如果依赖中有重复的，只保留一份 |
| $+ | 所有的依赖目标，即使依赖中有重复的也原样保留 |
| $? | 所有比目标要新的依赖目标 |
4. 使用分支
为方便直接切换 GCC 编译器，我们还可以使用条件分支增加切换编译器的功能。在 Makefile 中的条件分支语法如下：
ifeq (arg1, arg2)
分支1
else
分支2
endif
分支会比较括号内的参数 arg1 和 arg2 的值是否相 同，如果相同，则为真，执行 “分支1” 的内容，否则执行 “分支2” 的内容，参数 arg1 和 arg2 可以是变量或者是常量。
常用的条件语句，见下表。
| 语句 | 描述 |
| ifeq | 判断一个变量是否等于某个值 |
| ifneq | 判断一个变量是否不等于某个值 |
| ifdef | 判断一个变量是否有值 |
| ifndef | 判断一个变量是否空值 |
| else | 表示条件表达式为假的情况 |
| endif | 表示一个条件语句的结束，任何一个条件表达式都应该以 endif 结束 |
使用分支切换 GCC 编译器的 Makefile，代码修改如下：
# 定义变量
CC = gcc
CFLAGS = -I.
DEPS = hello_func.h
TARGET = hello_main
OBJS = hello_main.o hello_func.o
# ARCH 默认为 x86，使用 gcc 编译器，否则使用 arm 编译器
ARCH ?= x86
# 根据 ARCH 变量来选择编译器
ifeq ($(ARCH),x86)
CC = gcc
else
CC = arm-linux-gnueabihf-gcc
endif
# 目标文件
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS)
# *.o 文件的生成规则
%.o: %.c $(DEPS)
$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)
# 伪目标
.PHONY: clean
clean:
rm -f *.o hello_main
Makefile 主要是增加了 ARCH 变量用于选择目标平台，第 9 行代码中使用 “?=” 给 ARCH 赋予默认值 x86，然后在代码 12 ~ 16 行增加了根据 ARCH 变量值的内容对 CC 变量赋予不同的编译器名。
在执行 make 命令的时候，通过给 ARCH 赋予不同的变量值切换不同的编译器平台：
# 清除编译输出，确保不受之前的编译输出影响
$ make clean
# 使用 ARM 平台
$ make ARCH=arm
# 清除编译输出
$ make clean
# 默认是 x86 平台
$ make
5. 使用函数
在更复杂的工程中，头文件、源文件可能会放在二级目录，编译生成的 *.o 或可执行文件也放到专门的编译输出目录方便整理。上文的示例做一些调整，把 *.h 头文件放在 includes 目录下，*.c 文件放在 sources 目录下，不同平台的编译输出分别存放在 build_x86 和 build_arm 中，目录结构如下：
|
|- includes
| |- hello_func.h
|
|- sources
| |- hello_func.c
| |- hello_main.c
|
|- Makefile
实现这些复杂的操作通常需要使用 Makefile 的函数，修改 Makefile 代码如下：
# 定义变量
# ARCH 默认为 x86，使用 gcc 编译器，否则使用 arm 编译器
ARCH ?= x86
TARGET = hello_main
# 存放中间文件的路径
BUILD_DIR = build_$(ARCH)
# 存放源文件的文件夹
SRC_DIR = sources
# 存放头文件的文件夹
INC_DIR = includes .
# 源文件
SRCS = $(wildcard $(SRC_DIR)/*.c)
# 目标文件（*.o）
OBJS = $(patsubst %.c, $(BUILD_DIR)/%.o, $(notdir $(SRCS)))
# 头文件
DEPS = $(wildcard $(INC_DIR)/*.h)
# 指定头文件的路径
CFLAGS = $(patsubst %, -I%, $(INC_DIR))
# 根据输入的 ARCH 变量来选择编译器
ifeq ($(ARCH), x86)
CC = gcc
else
CC = arm-linux-gnueabihf-gcc
endif
# 目标文件
$(BUILD_DIR)/$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS)
# *.o 文件的生成规则
$(BUILD_DIR)/%.o: $(SRC_DIR)/%.c $(DEPS)
# 创建一个编译目录，用于存放过程文件
# 命令前带 “@”，表示不在终端上输出
@mkdir -p $(BUILD_DIR)
$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)
# 伪目标
.PHONY: clean cleanall
# 按架构删除
clean:
rm -rf $(BUILD_DIR)
# 全部删除
cleanall:
rm -rf build_x86 build_arm
代码说明：
第 7 ~ 11 行：定义了变量 BULID_DIR、SRC_DIR、INC_DIR 分别赋值为工程的编译输出路径 build_$(ARCH)、源文件路径 sources 以及头文件路径 includes 和当前目录 “.”。其中编译输出路径包含了架构 $(ARCH) 的内容，ARCH=x86 时编译输出路径为 build _x86，ARCH=arm 时编译输出路径为 build_arm，方便区分不同的编译输出；
第 14 行：定义了变量 SRCS 用于存储所有需要编译的源文件，它的值为 wildcard 函数的输出，该函数的输出为 “sources/hello_func.c sources/hello_main.c sources/test.c”；
第 16 行：定义了 OBJS 变量用于存储所有要生成的的 *.o 文件，它的值为 patsubst 函数的输出，该函数是把所有 *.c 文件名替换为同名的 *.o 文件，并添加 build 目录，即函数的输出为 “build/hello_func.o build/hello_main.o build/test.o”；
第 18 行：与 SRCS 变量类似，定义一个 DEPS 变量存储所有依赖的头文件，它的值为 wildcard 函数的输出，该函数的输出为 “includes/hello_func.h”；
第 21 行：定义了 CFLAGS 变量，用于存储包含的头文件路径，它的值为 patsubst 函数的输出，该函数是把 includes 目录添加到 “-I” 后面，函数的输出为 “-Iincludes”；
第 31 行：相对于之前的 Makefile，我们在 $(TARGET) 前增加了 $(BUILD_DIR) 路径，使得最终的可执行程序放在 build 目录下；
第 35 行：与上面类似，给 *.o 目标文件添加 $(BUILD_DIR) 路径；
第 38 行：在执行编译前先创建 build 目录，以存放后面的 *.o 文件，命令前的 “@” 表示执行该命令时不在终端上输出；
第 45 行：rm 删除命令也被修改成直接删除编译目录 $(BUILD_DIR)；
第 48 ~ 49 行：增加了删除所有架构编译目录的伪目标 cleanall；
本示例中用到的函数，见下表：
| 函数名称 | 描述 |
| notdir | 判断文件路径不是目录，格式： $(notdir 文件路径) |
| wildcard | 用于获取文件列表，并使用空格分隔开。格式：$(wildcard 匹配规则) |
| patsubst | 模式字符串替换，格式：$(patsubst 匹配规则, 替换规则, 输入的字符串) |
调用函数的方法跟变量的使用类似，以 “$()” 或 “${}” 符号包含函数名和参数，语法如下：
$(函数名 参数)
或
${函数名 参数}
运行：
# 默认是 x86 平台
$ make
# 使用 ARM 平台
$ make ARCH=arm
查看目录结构:
|- build_arm
| |- hello_func.o
| |- hello_main.o
| |- hello_main
|
|- build_x86
| |- hello_func.o
| |- hello_main.o
| |- hello_main
|
|- includes
| |- hello_func.h
|
|- sources
| |- hello_func.c
| |- hello_main.c
|
|- Makefile
注: 可以使用 tree 命令查看目录结构，若提示找不到命令，运行 sudo apt install tree 命令 （CentOS: sudo yum install tree）安装 tree。
如果没有安装 arm-linux-gnueabihf-gcc 交叉编译工具链，运行 make ARCH=arm 后会出现如下错误：
arm-linux-gnueabihf-gcc -c -o build_arm/hello_func.o sources/hello_func.c -Iincludes -I.
make: arm-linux-gnueabihf-gcc: Command not found
make: *** [build_arm/hello_func.o] Error 127
安装 arm-linux-gnueabihf-gcc 交叉编译工具链，本文在 Ubuntu 20.04 下安装：
$ sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf
# 查看版本
$ arm-linux-gnueabihf-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc-cross/arm-linux-gnueabihf/9/lto-wrapper
Target: arm-linux-gnueabihf
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.1' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-9/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,d,fortran,objc,obj-c++,gm2 --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-9 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-libitm --disable-libquadmath --disable-libquadmath-support --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --without-target-system-zlib --enable-libpth-m2 --enable-multiarch --enable-multilib --disable-sjlj-exceptions --with-arch=armv7-a --with-fpu=vfpv3-d16 --with-float=hard --with-mode=thumb --disable-werror --enable-multilib --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=arm-linux-gnueabihf --program-prefix=arm-linux-gnueabihf- --includedir=/usr/arm-linux-gnueabihf/include
Thread model: posix
gcc version 9.4.0 (Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.1)
# 使用 ARM 平台
$ make ARCH=arm
arm-linux-gnueabihf-gcc -c -o build_arm/hello_func.o sources/hello_func.c -Iincludes -I.
arm-linux-gnueabihf-gcc -c -o build_arm/hello_main.o sources/hello_main.c -Iincludes -I.
arm-linux-gnueabihf-gcc -o build_arm/hello_main build_arm/hello_func.o build_arm/hello_main.o -Iincludes -I.