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詳解Linux下make命令的使用

代碼變成可執行文件,叫做編譯(compile);先編譯這個,還是先編譯那個(即編譯的安排),叫做構建(build)。

Make是最常用的構建工具,誕生於1977年,主要用於C語言的項目。但是實際上 ,任何只要某個文件有變化,就要重新構建的項目,都可以用Make構建。
一、Make的概念

Make這個詞,英語的意思是"制作"。Make命令直接用了這個意思,就是要做出某個文件。比如,要做出文件a.txt,就可以執行下面的命令。

   
復制代碼代碼如下:$ make a.txt

但是,如果你真的輸入這條命令,它並不會起作用。因為Make命令本身並不知道,如何做出a.txt,需要有人告訴它,如何調用其他命令完成這個目標。

比如,假設文件 a.txt 依賴於 b.txt 和 c.txt ,是後面兩個文件連接(cat命令)的產物。那麼,make 需要知道下面的規則。

   
復制代碼代碼如下:a.txt: b.txt c.txt
cat b.txt c.txt > a.txt

也就是說,make a.txt 這條命令的背後,實際上分成兩步:第一步,確認 b.txt 和 c.txt 必須已經存在,第二步使用 cat 命令 將這個兩個文件合並,輸出為新文件。

像這樣的規則,都寫在一個叫做Makefile的文件中,Make命令依賴這個文件進行構建。Makefile文件也可以寫為makefile, 或者用命令行參數指定為其他文件名。

   
復制代碼代碼如下:$ make -f rules.txt
# 或者
$ make --file=rules.txt

上面代碼指定make命令依據rules.txt文件中的規則,進行構建。

總之,make只是一個根據指定的Shell命令進行構建的工具。它的規則很簡單,你規定要構建哪個文件、它依賴哪些源文件,當那些文件有變動時,如何重新構建它。
二、Makefile文件的格式

構建規則都寫在Makefile文件裡面,要學會如何Make命令,就必須學會如何編寫Makefile文件。
2.1 概述

Makefile文件由一系列規則(rules)構成。每條規則的形式如下。

   
復制代碼代碼如下:<target> : <prerequisites>
[tab] <commands>

上面第一行冒號前面的部分,叫做"目標"(target),冒號後面的部分叫做"前置條件"(prerequisites);第二行必須由一個tab鍵起首,後面跟著"命令"(commands)。

"目標"是必需的,不可省略;"前置條件"和"命令"都是可選的,但是兩者之中必須至少存在一個。

每條規則就明確兩件事:構建目標的前置條件是什麼,以及如何構建。下面就詳細講解,每條規則的這三個組成部分。
2.2 目標(target)

一個目標(target)就構成一條規則。目標通常是文件名,指明Make命令所要構建的對象,比如上文的 a.txt 。目標可以是一個文件名,也可以是多個文件名,之間用空格分隔。

除了文件名,目標還可以是某個操作的名字,這稱為"偽目標"(phony target)。

   
復制代碼代碼如下: clean:
rm *.o

上面代碼的目標是clean,它不是文件名,而是一個操作的名字,屬於"偽目標 ",作用是刪除對象文件。

   
復制代碼代碼如下:$ make clean

但是,如果當前目錄中,正好有一個文件叫做clean,那麼這個命令不會執行。因為Make發現clean文件已經存在,就認為沒有必要重新構建了,就不會執行指定的rm命令。

為了避免這種情況,可以明確聲明clean是"偽目標",寫法如下。

   
復制代碼代碼如下:.PHONY: clean
clean:
rm *.o temp

聲明clean是"偽目標"之後,make就不會去檢查是否存在一個叫做clean的文件,而是每次運行都執行對應的命令。像.PHONY這樣的內置目標名還有不少,可以查看手冊。

如果Make命令運行時沒有指定目標,默認會執行Makefile文件的第一個目標。

   
復制代碼代碼如下:$ make

上面代碼執行Makefile文件的第一個目標。
2.3 前置條件(prerequisites)

前置條件通常是一組文件名,之間用空格分隔。它指定了"目標"是否重新構建的判斷標准:只要有一個前置文件不存在,或者有過更新(前置文件的last-modification時間戳比目標的時間戳新),"目標"就需要重新構建。

   
復制代碼代碼如下:result.txt: source.txt
cp source.txt result.txt

上面代碼中,構建 result.txt 的前置條件是 source.txt 。如果當前目錄中,source.txt 已經存在,那麼make result.txt可以正常運行,否則必須再寫一條規則,來生成 source.txt 。

   
復制代碼代碼如下:source.txt:
echo "this is the source" > source.txt

上面代碼中,source.txt後面沒有前置條件,就意味著它跟其他文件都無關,只要這個文件還不存在,每次調用make source.txt,它都會生成。

   
復制代碼代碼如下:$ make result.txt
$ make result.txt

上面命令連續執行兩次make result.txt。第一次執行會先新建 source.txt,然後再新建 result.txt。第二次執行,Make發現 source.txt 沒有變動(時間戳晚於 result.txt),就不會執行任何操作,result.txt 也不會重新生成。

如果需要生成多個文件,往往采用下面的寫法。

   
復制代碼代碼如下:source: file1 file2 file3

上面代碼中,source 是一個偽目標,只有三個前置文件,沒有任何對應的命令。

   
復制代碼代碼如下:$ make source

執行make source命令後,就會一次性生成 file1,file2,file3 三個文件。這比下面的寫法要方便很多。

   
復制代碼代碼如下:$ make file1
$ make file2
$ make file3

2.4 命令(commands)

命令(commands)表示如何更新目標文件,由一行或多行的Shell命令組成。它是構建"目標"的具體指令,它的運行結果通常就是生成目標文件。

每行命令之前必須有一個tab鍵。如果想用其他鍵,可以用內置變量.RECIPEPREFIX聲明。

   
復制代碼代碼如下:.RECIPEPREFIX = >
all:
> echo Hello, world

上面代碼用.RECIPEPREFIX指定,大於號(>)替代tab鍵。所以,每一行命令的起首變成了大於號,而不是tab鍵。

需要注意的是,每行命令在一個單獨的shell中執行。這些Shell之間沒有繼承關系。

   
復制代碼代碼如下:var-lost:
export foo=bar
echo "foo=[$$foo]"

上面代碼執行後(make var-lost),取不到foo的值。因為兩行命令在兩個不同的進程執行。一個解決辦法是將兩行命令寫在一行,中間用分號分隔。

   
復制代碼代碼如下:var-kept:
export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

另一個解決辦法是在換行符前加反斜槓轉義。

   
復制代碼代碼如下:var-kept:
export foo=bar; \
echo "foo=[$$foo]"

最後一個方法是加上.ONESHELL:命令。

   
復制代碼代碼如下: .ONESHELL:
var-kept:
export foo=bar;
echo "foo=[$$foo]"
 三、Makefile文件的語法
3.1 注釋

井號(#)在Makefile中表示注釋。

   
復制代碼代碼如下: # 這是注釋
result.txt: source.txt
# 這是注釋
cp source.txt result.txt # 這也是注釋

3.2 回聲(echoing)

正常情況下,make會打印每條命令,然後再執行,這就叫做回聲(echoing)。

   
復制代碼代碼如下:test:
# 這是測試

執行上面的規則,會得到下面的結果。

   
復制代碼代碼如下:$ make test
# 這是測試

在命令的前面加上@,就可以關閉回聲。

   
復制代碼代碼如下:test:
@# 這是測試

現在再執行make test,就不會有任何輸出。

由於在構建過程中,需要了解當前在執行哪條命令,所以通常只在注釋和純顯示的echo命令前面加上@。

   
復制代碼代碼如下:test:
@# 這是測試
@echo TODO

3.3 通配符

通配符(wildcard)用來指定一組符合條件的文件名。Makefile 的通配符與 Bash 一致,主要有星號(*)、問號(?)和 [...] 。比如, *.o 表示所有後綴名為o的文件。

   
復制代碼代碼如下:clean:
rm -f *.o

3.4 模式匹配

Make命令允許對文件名,進行類似正則運算的匹配,主要用到的匹配符是%。比如,假定當前目錄下有 f1.c 和 f2.c 兩個源碼文件,需要將它們編譯為對應的對象文件。

   
復制代碼代碼如下:%.o: %.c

等同於下面的寫法。

   
復制代碼代碼如下:f1.o: f1.c
f2.o: f2.c

使用匹配符%,可以將大量同類型的文件,只用一條規則就完成構建。
3.5 變量和賦值符

Makefile 允許使用等號自定義變量。

   
復制代碼代碼如下:txt = Hello World
test:
@echo $(txt)

上面代碼中,變量 txt 等於 Hello World。調用時,變量需要放在 $( ) 之中。

調用Shell變量,需要在美元符號前,再加一個美元符號,這是因為Make命令會對美元符號轉義。

   
復制代碼代碼如下:test:
@echo $$HOME

有時,變量的值可能指向另一個變量。

   
復制代碼代碼如下:v1 = $(v2)

上面代碼中,變量 v1 的值是另一個變量 v2。這時會產生一個問題,v1 的值到底在定義時擴展(靜態擴展),還是在運行時擴展(動態擴展)?如果 v2 的值是動態的,這兩種擴展方式的結果可能會差異很大。

為了解決類似問題,Makefile一共提供了四個賦值運算符 (=、:=、?=、+=),它們的區別請看StackOverflow。

   
復制代碼代碼如下: VARIABLE = value
# 在執行時擴展,允許遞歸擴展。

VARIABLE := value
# 在定義時擴展。

VARIABLE ?= value
# 只有在該變量為空時才設置值。

VARIABLE += value
# 將值追加到變量的尾端。
    

3.6 內置變量(Implicit Variables)

Make命令提供一系列內置變量,比如,$(CC) 指向當前使用的編譯器,$(MAKE) 指向當前使用的Make工具。這主要是為了跨平台的兼容性,詳細的內置變量清單見手冊。

   
復制代碼代碼如下:output:
$(CC) -o output input.c

3.7 自動變量(Automatic Variables)

Make命令還提供一些自動變量,它們的值與當前規則有關。主要有以下幾個。

(1)$@

$@指代當前目標,就是Make命令當前構建的那個目標。比如,make foo的 $@ 就指代foo。

   
復制代碼代碼如下:a.txt b.txt:
touch $@

等同於下面的寫法。

   
復制代碼代碼如下:a.txt:
touch a.txt
b.txt:
touch b.txt

(2)$<

$< 指代第一個前置條件。比如,規則為 t: p1 p2,那麼$< 就指代p1。

   
復制代碼代碼如下:a.txt: b.txt c.txt
cp $< $@

等同於下面的寫法。

   
復制代碼代碼如下: a.txt: b.txt c.txt
cp b.txt a.txt

(3)$?

$? 指代比目標更新的所有前置條件,之間以空格分隔。比如,規則為 t: p1 p2,其中 p2 的時間戳比 t 新,$?就指代p2。

(4)$^

$^ 指代所有前置條件,之間以空格分隔。比如,規則為 t: p1 p2,那麼 $^ 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) 分別指向 $@ 的目錄名和文件名。比如,$@是 src/input.c,那麼$(@D) 的值為 src ,$(@F) 的值為 input.c。

(7)$(<D) 和 $(<F)

$(<D) 和 $(<F) 分別指向 $< 的目錄名和文件名。

所有的自動變量清單,請看手冊。下面是自動變量的一個例子。

   
復制代碼代碼如下:dest/%.txt: src/%.txt
@[ -d dest ] || mkdir dest
cp $< $@

上面代碼將 src 目錄下的 txt 文件,拷貝到 dest 目錄下。首先判斷 dest 目錄是否存在,如果不存在就新建,然後,$< 指代前置文件(src/%.txt), $@ 指代目標文件(dest/%.txt)。
3.8 判斷和循環

Makefile使用 Bash 語法,完成判斷和循環。

   
復制代碼代碼如下:ifeq ($(CC),gcc)
libs=$(libs_for_gcc)
else
libs=$(normal_libs)
endif

上面代碼判斷當前編譯器是否 gcc ,然後指定不同的庫文件。

   
復制代碼代碼如下:LIST = one two three
all:
for i in $(LIST); do \
echo $$i; \
done

# 等同於

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

上面代碼的運行結果。

   
復制代碼代碼如下:one
two
three

3.9 函數

Makefile 還可以使用函數,格式如下。

   
復制代碼代碼如下:$(function arguments)
# 或者
${function arguments}

Makefile提供了許多內置函數,可供調用。下面是幾個常用的內置函數。

(1)shell 函數

shell 函數用來執行 shell 命令

   
復制代碼代碼如下:srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)

(2)wildcard 函數

wildcard 函數用來在 Makefile 中,替換 Bash 的通配符。

   
復制代碼代碼如下:srcfiles := $(wildcard src/*.txt)

(3)替換函數

替換函數的寫法是:變量名 + 冒號 + 替換規則。

   
復制代碼代碼如下:min: $(OUTPUT:.js=.min.js)

上面代碼的意思是,將變量OUTPUT中的 .js 全部替換成 .min.js 。
四、Makefile 的實例

(1)執行多個目標

   
復制代碼代碼如下: .PHONY: cleanall cleanobj cleandiff

cleanall : cleanobj cleandiff
rm program

cleanobj :
rm *.o

cleandiff :
rm *.diff

上面代碼可以調用不同目標,刪除不同後綴名的文件,也可以調用一個目標(cleanall),刪除所有指定類型的文件。

(2)編譯C語言項目

   
復制代碼代碼如下: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

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