Makefile快速入门教程

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Makefile 快速入门教程

本教程旨在帮助读者全面深入地掌握 Makefile 的编写与使用。Makefile 是一种用于自动化编译和构建程序的文件，通过定义一系列规则和命令，能够高效地管理项目的编译过程，尤其在大型项目中，其优势尤为明显。本教程从基础概念入手，逐步深入到高级特性，涵盖了 Makefile 的各个方面，包括宏的定义与使用、特殊宏、目标规则、隐式规则、自定义后缀、指令、递归使用等，旨在使读者能够灵活运用 Makefile，提高编程效率和项目管理能力。

一、Makefile 基础

宏的定义和使用

宏是 Makefile 中的变量，使用 = 号赋值。

CC = gcc
CFLAGS = -std=c99 -fexec-charset=GBK -finput-charset=UTF-8

定义了 CC 为 gcc，CFLAGS 为 -std=c99 -fexec-charset=GBK -finput-charset=UTF-8。使用宏时，在宏名称前后加 $() 或 ${}，例如：

all: main
main: main.o hello.o
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^ $(LDFLAGS)
main.o: main.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $<
hello.o: hello.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $<
clean:
    rm -f *.o

这里 $(CC) 和 $(CFLAGS) 会被替换为相应的变量值。

特殊宏

• $@：目标文件的名称。
• $<：第一个依赖文件的名称。
• $^：所有依赖文件的名称。

示例：

main: main.o hello.o
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^ $(LDFLAGS)

此例中 $@ 为 main，$^ 为 main.o hello.o。

二、完整 Makefile 示例

CC = gcc
CFLAGS = -std=c99 -fexec-charset=GBK -finput-charset=UTF-8
LDFLAGS = -lm
all: main
main: main.o hello.o
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^ $(LDFLAGS)
main.o: main.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $<
hello.o: hello.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $<
clean:
    rm -f *.o

该 Makefile 定义了编译器、编译标志和链接标志，并利用宏来编译和链接程序。在当前目录下使用 make 或 make all 编译项目，使用 make clean 清理项目。make 默认寻找当前目录下的 makefile 文件并执行 all 部分，执行 make clean 或 make main.o 等会按相应规则执行。

三、常规宏

有各种默认宏，可通过 make -p 查看默认值。预定义变量（隐式规则中使用的宏）分为两类：

• 作为程序名称的宏（例如 CC）。
• 包含程序参数的宏（例如 CFLAGS）。

序号	变量和描述
1	AR 档案维护计划；默认为“ar”。
2	AS 编译汇编文件的程序；默认为“as”。
3	CC 编译 C 程序的程序；默认为“cc”。
4	CO 从 RCS 签出文件的程序；默认为“co”。
5	CXX 编译 C++ 程序的程序；默认为“g++”。
6	CPP 运行 C 预处理器的程序，并将结果输出到标准输出；默认是 $(CC) -E。
7	FC 编译或预处理 Fortran 和 Ratfor 程序的程序；默认为“f77”。
8	GET 从 SCCS 中提取文件的程序；默认为“获取”。
9	LEX 用于将 Lex 语法转换为源代码的程序；默认为“lex”。
10	YACC 用于将 Yacc 语法转换为源代码的程序；默认为“yacc”。
11	LINT 用于在源代码上运行 lint 的程序；默认为“lint”。
12	M2C 用于编译 Modula-2 源代码的程序；默认为“m2c”。
13	PC 用于编译 Pascal 程序的程序；默认为“电脑”。
14	MAKEINFO 将 Texinfo 源文件转换为 Info 文件的程序；默认为“makeinfo”。
15	TEX 从 TeX 源代码制作 TeX dvi 文件的程序；默认为“tex”。
16	TEXI2DVI 从 Texinfo 源制作 TeX dvi 文件的程序；默认为“texi2dvi”。
17	WEAVE 将 Web 翻译成 TeX 的程序；默认为“编织”。
18	CWEAVE 将 C Web 翻译成 TeX 的程序；默认为“cweave”。
19	TANGLE 将 Web 翻译成 Pascal 的程序；默认为“缠结”。
20	CTANGLE 将 C Web 翻译成 C 的程序；默认为“矩形”。
21	RM 删除文件的命令；默认为“rm -f”。

这是程序名称的变量表，还有一个包含程序附加参数的变量表：

序号	变量和描述
1	ARFLAGS 提供存档维护程序的标志；默认为“rv”。
2	ASFLAGS 在 .s 或 .S 文件上显式调用时提供给汇编器的额外标志。
3	CFLAGS 提供给 C 编译器的额外标志。
4	CXXFLAGS 提供给 C 编译器的额外标志。
5	COFLAGS 提供给 RCS co 程序的额外标志。
6	CPPFLAGS 提供给 C 预处理器和使用它的程序（例如 C 和 Fortran 编译器）的额外标志。
7	FFLAGS 提供给 Fortran 编译器的额外标志。
8	GFLAGS 提供给 SCCS 获取程序的额外标志。
9	LDFLAGS 当编译器应该调用链接器时提供额外的标志，‘ld’。
10	LFLAGS 给 Lex 的额外标志。
11	YFLAGS 给 Yacc 的额外标志。
12	PFLAGS 提供给 Pascal 编译器的额外标志。
13	RFLAGS 为 Ratfor 程序提供给 Fortran 编译器的额外标志。
14	LINTFLAGS 给予 lint 的额外标志。

可以在命令行定义宏，例如：make CPP = /home/courses/cop4530/spring02。

四、Makefile - 依赖

简述

最终的二进制文件依赖于各种源代码和源头文件。例如：

hello: main.o factorial.o hello.o
    $(CC) main.o factorial.o hello.o -o hello

这里 hello 依赖于 main.o、factorial.o 和 hello.o，当这些文件有变化时，make 会采取行动。同时需要定义如何准备 .o 文件：

main.o: main.cpp functions.h
    $(CC) -c main.cpp
factorial.o: factorial.cpp functions.h
    $(CC) -c factorial.cpp
hello.o: hello.cpp functions.h
    $(CC) -c hello.cpp

五、Makefile - 规则

简述

Makefile 目标规则的一般语法是：

target [target...] : [dependent....]
    [ command...]

每个命令前面的制表符是必需的。示例：

hello: main.o factorial.o hello.o
    $(CC) main.o factorial.o hello.o -o hello

当执行 make target 时，make 找到适用的目标规则，如果依赖项比目标新，make 会执行命令（宏替换后），如果依赖项需要建立，会先建立依赖项（递归）。make 会终止如果命令返回失败状态。以破折号开头的命令行上的状态会被 make 忽略，例如：

clean:
    -rm *.o *~ core paper

make 在宏替换后会回显命令，可使用 @ 关闭回显，例如：

install:
    @echo You must be root to install

常见目标有 all（或 make）、install 和 clean：

• make all：编译所有内容，方便本地测试。
• make install：将应用程序安装到正确位置。
• make clean：清理应用程序，删除可执行文件、临时文件、目标文件等。

Makefile 隐式规则

从源代码 x.cpp 构建可执行 x 的隐含规则：

.cpp:
    $(CC) $(CFLAGS) $@.cpp $(LDFLAGS) -o $@

此规则说明如何从 x.cpp 生成 x，是隐含规则，可在所有情况下使用。从 .cpp 构建 .o 文件的常见隐含规则：

.cpp.o:
    $(CC) $(CFLAGS) -c

或

.cpp.o:
    $(CC) $(CFLAGS) -c $*.cpp

六、Makefile - 自定义后缀

简述

make 可自动创建 .o 文件，利用此优势可缩短 Makefile。例如：

OBJECTS = main.o hello.o factorial.o
hello: $(OBJECTS)
    cc $(OBJECTS) -o hello
hello.o: functions.h
main.o: functions.h
factorial.o: functions.h

make 使用 .SUFFIXES 特殊目标来定义自己的后缀，例如：

.SUFFIXES:.foo.bar

可定义自己的规则，例如：

.foo.bar:
    tr '[A-Z][a-z]' '[N-Z][A-M][n-z][a-m]' <

< $@
.c.o:
    $(CC) $(CFLAGS) -c

第一条规则允许从 .foo 文件创建 .bar 文件，第二条是默认的从 .c 文件创建 .o 文件的规则。

七、Makefile - 指令

简述

make 程序上的指令有多种形式，不同 make 程序支持的指令可能不同，这里主要介绍 GNU make 支持的指令。

条件指令

• ifeq：开始条件，包含两个参数，用逗号分隔并用括号括起来，对参数进行变量替换并比较，若匹配则遵循后续行，否则忽略。
• ifneq：开始条件，与 ifeq 相反。
• ifdef：开始条件，包含单个参数，若参数为真则条件为真。
• ifndef：开始条件，包含单个参数，若参数为假则条件为真。
• else：若前一个条件失败，遵循后续行，在条件中可选。
• endif：结束条件，每个条件必须以 endif 结尾。

语法：

conditional-directive
    text-if-true
endif

或

conditional-directive
    text-if-true
else
    text-if-false
endif

示例：

libs_for_gcc = -lgnu
normal_libs =
foo: $(objects)
ifeq ($(CC),gcc)
    $(CC) -o foo $(objects) $(libs_for_gcc)
else
    $(CC) -o foo $(objects) $(normal_libs)
endif

包含指令

include directive 允许 make 暂停读取当前 makefile 并读取其他 makefile，是 makefile 中的一行：

include filenames...

文件名可包含 shell 文件名模式，行首可含空格但不能有制表符。例如：

include foo *.mk $(bar)

等同于：

include foo a.mk b.mk c.mk bish bash

make 处理该指令时暂停读取当前 makefile，依次读取列出的文件，读完后继续。

覆盖指令

若使用命令参数设置了变量，会忽略 makefile 中的普通赋值，若想在 makefile 中设置变量，即使它被命令参数设置过，可使用覆盖指令：

override variable = value
or
override variable := value

八、Makefile - 重新编译

简述

make 是智能程序，根据源文件更改工作。例如有 main.cpp、hello.cpp、factorial.cpp 和 functions.h，functions.h 被其他文件依赖，main.cpp 依赖 hello.cpp 和 factorial.cpp，对 functions.h 更改会重新编译所有源文件，对 main.cpp 更改只会重新编译 main.cpp。make 编译文件时检查目标文件时间戳，若源文件时间戳比目标文件新，会生成新目标文件。

避免重新编译

对于大型项目，可能不想因头文件更改重新编译依赖文件。可使用 -t 标志，告诉 make 不运行规则中的命令，而是通过更改最后修改日期将目标标记为最新：

• 使用 make 重新编译需重新编译的源文件。
• 在头文件中更改。
• 使用 make -t 将目标文件标记为最新。

若头文件已改且部分文件需重新编译，可使用 -o file 标志将指定文件标记为“旧”：

• 使用 make -o header file 重新编译需要编译的源文件（多个头文件时对每个使用 -o 选项）。
• 使用 make -t 更新目标文件。

九、Makefile - 其他功能

Make 的递归使用

递归使用 make 是在 makefile 中使用 make 作为命令，适用于为子系统生成文件。例如：

subsystem:
    cd subdir && $(MAKE)
or, equivalently:
subsystem:
    $(MAKE) -C subdir

了解其工作原理和子 make 与顶级 make 的关系。

将变量传递给子制作

顶层 make 的变量值可通过环境传递给子 make，在子 make 中作为默认值。使用 -e 开关可覆盖子 makefile 中指定的内容。make 将变量及其值添加到运行命令的环境中，子 make 用环境初始化变量值表。特殊变量 SHELL 和 MAKEFLAGS 始终被导出，除非取消导出，MAKEFILES 被设置时会被导出。导出变量使用：

export variable...

防止变量导出使用：

unexport variable...

变量 MAKEFILES

若定义了环境变量 MAKEFILES，make 将其值视为要在其他文件前读取的附加 makefile 名称列表，类似 include 指令，在不同目录搜索。主要用于递归调用 make 之间的通信。

包括来自不同目录的头文件

若头文件在不同目录且在不同目录运行 make，使用 -I 选项提供头文件路径。例如：

INCLUDES = -I "/home/jc2182/header"
CC = gcc
LIBS =  -lm
CFLAGS = -g -Wall
OBJ =  main.o factorial.o hello.o
hello: ${OBJ}
    ${CC} ${CFLAGS} ${INCLUDES} -o $@ ${OBJS} ${LIBS}
.cpp.o:
    ${CC} ${CFLAGS} ${INCLUDES} -c

将更多文本附加到变量

使用 += 可向已定义变量添加更多文本，例如：

objects += another.o

等同于：

objects = main.o hello.o factorial.o
objects := $(objects) another.o

Makefile 中的续行

可使用反斜杠 \ 换行，例如：

OBJ =  main.o factorial.o \
    hello.o

等同于：

OBJ =  main.o factorial.o hello.o

从命令提示符运行 Makefile

若有 Makefile，直接使用 make 运行，若 Makefile 是其他名称，使用：

make -f your-makefile-name

十、Makefile - 示例

简述

一个编译 hello 程序的 Makefile 示例，程序由 main.cpp、factorial.cpp 和 hello.cpp 组成。

# Define required macros here
SHELL = /bin/sh
OBJS =  main.o factorial.o hello.o
CFLAG = -Wall -g
CC = gcc
INCLUDE =
LIBS = -lm
hello:${OBJ}
    ${CC} ${CFLAGS} ${INCLUDES} -o $@ ${OBJS} ${LIBS}
clean:
    -rm -f *.o core *.core
.cpp.o:
    ${CC} ${CFLAGS} ${INCLUDES} -c

可使用 make 构建 hello 程序，使用 make clean 删除目标文件和核心文件。

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