Makefile 及其工作原理

用这个方便的工具来更有效的运行和编译你的程序。

当你需要在一些源文件改变后运行或更新一个任务时，通常会用到 make 工具。make 工具需要读取一个 Makefile（或 makefile）文件，在该文件中定义了一系列需要执行的任务。你可以使用 make 来将源代码编译为可执行程序。大部分开源项目会使用 make 来实现最终的二进制文件的编译，然后使用 make install 命令来执行安装。

本文将通过一些基础和进阶的示例来展示 make 和 Makefile 的使用方法。在开始前，请确保你的系统中安装了 make。

基础示例

依然从打印 “Hello World” 开始。首先创建一个名字为 myproject 的目录，目录下新建 Makefile 文件，文件内容为：

say_hello:
        echo "Hello World"

在 myproject 目录下执行 make，会有如下输出：

$ make
echo "Hello World"
Hello World

在上面的例子中，“say_hello” 类似于其他编程语言中的函数名。这被称之为 目标 target 。在该目标之后的是预置条件或依赖。为了简单起见，我们在这个示例中没有定义预置条件。echo ‘Hello World' 命令被称为 步骤 recipe 。这些步骤基于预置条件来实现目标。目标、预置条件和步骤共同构成一个规则。

总结一下，一个典型的规则的语法为：

目标: 预置条件
 步骤

作为示例，目标可以是一个基于预置条件（源代码）的二进制文件。另一方面，预置条件也可以是依赖其他预置条件的目标。

final_target: sub_target final_target.c
        Recipe_to_create_final_target
        
sub_target: sub_target.c
        Recipe_to_create_sub_target

目标并不要求是一个文件，也可以只是步骤的名字，就如我们的例子中一样。我们称之为“伪目标”。

再回到上面的示例中，当 make 被执行时，整条指令 echo "Hello World" 都被显示出来，之后才是真正的执行结果。如果不希望指令本身被打印处理，需要在 echo 前添加 @。

say_hello:
        @echo "Hello World"

重新运行 make，将会只有如下输出：

$ make
Hello World

接下来在 Makefile 中添加如下伪目标：generate 和 clean：

say_hello:
        @echo "Hello World"

generate:
        @echo "Creating empty text files..."
        touch file-{1..10}.txt

clean:
        @echo "Cleaning up..."
        rm *.txt

随后当我们运行 make 时，只有 say_hello 这个目标被执行。这是因为Makefile 中的第一个目标为默认目标。通常情况下会调用默认目标，这就是你在大多数项目中看到 all 作为第一个目标而出现。all 负责来调用它他的目标。我们可以通过 .DEFAULT_GOAL 这个特殊的伪目标来覆盖掉默认的行为。

在 Makefile 文件开头增加 .DEFAULT_GOAL：

.DEFAULT_GOAL := generate

make 会将 generate 作为默认目标：

$ make
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt

顾名思义，.DEFAULT_GOAL 伪目标仅能定义一个目标。这就是为什么很多 Makefile 会包括 all 这个目标，这样可以调用多个目标。

下面删除掉 .DEFAULT_GOAL，增加 all 目标：

all: say_hello generate

say_hello:
        @echo "Hello World"

generate:
        @echo "Creating empty text files..."
        touch file-{1..10}.txt

clean:
        @echo "Cleaning up..."
        rm *.txt

运行之前，我们再增加一些特殊的伪目标。.PHONY 用来定义这些不是文件的目标。make 会默认调用这些伪目标下的步骤，而不去检查文件名是否存在或最后修改日期。完整的 Makefile 如下：

.PHONY: all say_hello generate clean

all: say_hello generate

say_hello:
        @echo "Hello World"

generate:
        @echo "Creating empty text files..."
        touch file-{1..10}.txt

clean:
        @echo "Cleaning up..."
        rm *.txt

make 命令会调用 say_hello 和 generate：

$ make
Hello World
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt

clean 不应该被放入 all 中，或者被放入第一个目标中。clean 应当在需要清理时手动调用，调用方法为 make clean。

$ make clean
Cleaning up...
rm *.txt

现在你应该已经对 Makefile 有了基础的了解，接下来我们看一些进阶的示例。

进阶示例

变量

在之前的实例中，大部分目标和预置条件是已经固定了的，但在实际项目中，它们通常用变量和模式来代替。

定义变量最简单的方式是使用 = 操作符。例如，将命令 gcc 赋值给变量 CC：

CC = gcc

这被称为递归扩展变量，用于如下所示的规则中：

hello: hello.c
    ${CC} hello.c -o hello

你可能已经想到了，这些步骤将会在传递给终端时展开为：

gcc hello.c -o hello

${CC} 和 $(CC) 都能对 gcc 进行引用。但如果一个变量尝试将它本身赋值给自己，将会造成死循环。让我们验证一下：

CC = gcc
CC = ${CC}

all:
    @echo ${CC}

此时运行 make 会导致：

$ make
Makefile:8: *** Recursive variable 'CC' references itself (eventually).  Stop.

为了避免这种情况发生，可以使用 := 操作符（这被称为简单扩展变量）。以下代码不会造成上述问题：

CC := gcc
CC := ${CC}

all:
    @echo ${CC}

模式和函数

下面的 Makefile 使用了变量、模式和函数来实现所有 C 代码的编译。我们来逐行分析下：

# Usage:
# make        # compile all binary
# make clean  # remove ALL binaries and objects

.PHONY = all clean

CC = gcc                        # compiler to use

LINKERFLAG = -lm

SRCS := $(wildcard *.c)
BINS := $(SRCS:%.c=%)

all: ${BINS}

%: %.o
        @echo "Checking.."
        ${CC} ${LINKERFLAG} $< -o $@

%.o: %.c
        @echo "Creating object.."
        ${CC} -c $<

clean:
        @echo "Cleaning up..."
        rm -rvf *.o ${BINS}

• 以 # 开头的行是评论。
• .PHONY = all clean 行定义了 all 和 clean 两个伪目标。
• 变量 LINKERFLAG 定义了在步骤中 gcc 命令需要用到的参数。
• SRCS := $(wildcard *.c)：$(wildcard pattern) 是与文件名相关的一个函数。在本示例中，所有 “.c”后缀的文件会被存入 SRCS 变量。
• BINS := $(SRCS:%.c=%)：这被称为替代引用。本例中，如果 SRCS 的值为 'foo.c bar.c'，则 BINS的值为 'foo bar'。
• all: ${BINS} 行：伪目标 all 调用 ${BINS} 变量中的所有值作为子目标。
• 规则：

%: %.o
  @echo "Checking.."
  ${CC} ${LINKERFLAG} $< -o $@

下面通过一个示例来理解这条规则。假定 foo 是变量 ${BINS} 中的一个值。% 会匹配到 foo（%匹配任意一个目标）。下面是规则展开后的内容：

foo: foo.o
  @echo "Checking.."
  gcc -lm foo.o -o foo

如上所示，% 被 foo 替换掉了。$