Make 命令教程詳解

阮一峰的網路日誌發表於2015-02-27

程式碼變成可執行檔案,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語言的專案。但是實際上 ,任何只要某個檔案有變化,就要重新構建的專案,都可以用Make構建。

本文介紹Make命令的用法,從簡單的講起,不需要任何基礎,只要會使用命令列,就能看懂。我的參考資料主要是Isaac Schlueter的《Makefile檔案教程》《GNU Make手冊》

(題圖來自 appstorm.net)

一、Make的概念

Make這個詞,英語的意思是”製作”。Make命令直接用了這個意思,就是要做出某個檔案。比如,要做出檔案a.txt,就可以執行下面的命令。

$ 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,如何呼叫其他命令完成這個目標。

比如,假設檔案 a.txt 依賴於 b.txt 和 c.txt ,是後面兩個檔案連線(cat命令)的產物。那麼,make 需要知道下面的規則。

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 將這個兩個檔案合併,輸出為新檔案。

像這樣的規則,都寫在一個叫做Makefile的檔案中,Make命令依賴這個檔案進行構建。Makefile檔案也可以寫為makefile, 或者用命令列引數指定為其他檔名。

$ make -f rules.txt # 或者 $ make --file=rules.txt

上面程式碼指定make命令依據rules.txt檔案中的規則,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,你規定要構建哪個檔案、它依賴哪些原始檔,當那些檔案有變動時,如何重新構建它。

二、Makefile檔案的格式

構建規則都寫在Makefile檔案裡面,要學會如何Make命令,就必須學會如何編寫Makefile檔案。

2.1 概述

Makefile檔案由一系列規則(rules)構成。每條規則的形式如下。

<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。目標通常是檔名,指明Make命令所要構建的物件,比如上文的 a.txt 。目標可以是一個檔名,也可以是多個檔名,之間用空格分隔。

除了檔名,目標還可以是某個操作的名字,這稱為”偽目標”(phony target)。

clean: rm *.o

上面程式碼的目標是clean,它不是檔名,而是一個操作的名字,屬於”偽目標 “,作用是刪除物件檔案。

$ make  clean

但是,如果當前目錄中,正好有一個檔案叫做clean,那麼這個命令不會執行。因為Make發現clean檔案已經存在,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,可以明確宣告clean是”偽目標”,寫法如下。

.PHONY: clean
clean: rm *.o temp

宣告clean是”偽目標”之後,make就不會去檢查是否存在一個叫做clean的檔案,而是每次執行都執行對應的命令。像.PHONY這樣的內建目標名還有不少,可以檢視手冊

如果Make命令執行時沒有指定目標,預設會執行Makefile檔案的第一個目標。

$ make

上面程式碼執行Makefile檔案的第一個目標。

2.3 前置條件(prerequisites)

前置條件通常是一組檔名,之間用空格分隔。它指定了”目標”是否重新構建的判斷標準:只要有一個前置檔案不存在,或者有過更新(前置檔案的last-modification時間戳比目標的時間戳新),”目標”就需要重新構建。

result.txt: source.txt
    cp source.txt result.txt

上面程式碼中,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可以正常執行,否則必須再寫一條規則,來生成 source.txt 。

source.txt: echo "this is the source" > source.txt

上面程式碼中,source.txt後面沒有前置條件,就意味著它跟其他檔案都無關,只要這個檔案還不存在,每次呼叫make source.txt,它都會生成。

$ 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。

如果需要生成多個檔案,往往採用下面的寫法。

source: file1 file2 file3

上面程式碼中,source 是一個偽目標,只有三個前置檔案,沒有任何對應的命令。

$ make source

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

$ make file1
$ make file2
$ make file3

2.4 命令(commands)

命令(commands)表示如何更新目標檔案,由一行或多行的Shell命令組成。它是構建”目標”的具體指令,它的執行結果通常就是生成目標檔案。

每行命令之前必須有一個tab鍵。如果想用其他鍵,可以用內建變數.RECIPEPREFIX宣告。

.RECIPEPREFIX = > all: > echo Hello, world

上面程式碼用.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之間沒有繼承關係。

var-lost: export foo=bar echo "foo=[$$foo]"

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

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。

var-kept: export foo=bar; \ echo "foo=[$$foo]"

最後一個方法是加上.ONESHELL:命令。

.ONESHELL: var-kept: export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

三、Makefile檔案的語法

3.1 註釋

井號(#)在Makefile中表示註釋。

# 這是註釋 result.txt: source.txt # 這是註釋  cp source.txt result.txt # 這也是註釋

3.2 回聲(echoing)

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

test: # 這是測試

執行上面的規則,會得到下面的結果。

$ make test # 這是測試

在命令的前面加上@,就可以關閉回聲。

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,所以通常只在註釋和純顯示的echo命令前面加上@。

test: @# 這是測試  @echo TODO

3.3 萬用字元

萬用字元(wildcard)用來指定一組符合條件的檔名。Makefile 的萬用字元與 Bash 一致,主要有星號(*)、問號(?)和 [...] 。比如, *.o 表示所有字尾名為o的檔案。

clean: rm -f *.o

3.4 模式匹配

Make命令允許對檔名,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 兩個原始碼檔案,需要將它們編譯為對應的物件檔案。

%.o: %.c

等同於下面的寫法。

f1.o: f1.c
f2.o: f2.c

使用匹配符%,可以將大量同型別的檔案,只用一條規則就完成構建。

3.5 變數和賦值符

Makefile 允許使用等號自定義變數。

txt = Hello World
test: @echo $(txt)

上面程式碼中,變數 txt 等於 Hello World。呼叫時,變數需要放在 $( ) 之中。

呼叫Shell變數,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。

test: @echo $$HOME

有時,變數的值可能指向另一個變數。

v1 = $(v2)

上面程式碼中,變數 v1 的值是另一個變數 v2。這時會產生一個問題,v1 的值到底在定義時擴充套件(靜態擴充套件),還是在執行時擴充套件(動態擴充套件)?如果 v2 的值是動態的,這兩種擴充套件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子 (=、:=、?=、+=),它們的區別請看StackOverflow

VARIABLE = value # 在執行時擴充套件,允許遞迴擴充套件。  VARIABLE := value # 在定義時擴充套件。  VARIABLE ?= value # 只有在該變數為空時才設定值。  VARIABLE += value # 將值追加到變數的尾端。

3.6 內建變數(Implicit Variables)

Make命令提供一系列內建變數,比如,$(CC) 指向當前使用的編譯器,$(MAKE) 指向當前使用的Make工具。這主要是為了跨平臺的相容性,詳細的內建變數清單見手冊

output: $(CC) -o output input.c

3.7 自動變數(Automatic Variables)

Make命令還提供一些自動變數,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。

a.txt b.txt: touch $@

等同於下面的寫法。

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。

a.txt: b.txt c.txt
    cp $< $@

等同於下面的寫法。

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 $@ 的目錄名和檔名。比如,$@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 $< 的目錄名和檔名。

所有的自動變數清單,請看手冊。下面是自動變數的一個例子。

dest/%.txt: src/%.txt
    @[ -d dest ] || mkdir dest
    cp $< $@

上面程式碼將 src 目錄下的 txt 檔案,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,$< 指代前置檔案(src/%.txt), $@ 指代目標檔案(dest/%.txt)。

3.8 判斷和迴圈

Makefile使用 Bash 語法,完成判斷和迴圈。

ifeq ($(CC),gcc) libs=$(libs_for_gcc) else libs=$(normal_libs) endif

上面程式碼判斷當前編譯器是否 gcc ,然後指定不同的庫檔案。

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

上面程式碼的執行結果。

one
two
three

3.9 函式

Makefile 還可以使用函式,格式如下。

$(function arguments) # 或者 ${function arguments}

Makefile提供了許多內建函式,可供呼叫。下面是幾個常用的內建函式。

(1)shell 函式

shell 函式用來執行 shell 命令

srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)

(2)wildcard 函式

wildcard 函式用來在 Makefile 中,替換 Bash 的萬用字元。

srcfiles := $(wildcard src/*.txt)

(3)替換函式

替換函式的寫法是:變數名 + 冒號 + 替換規則。

min: $(OUTPUT:.js=.min.js)

上面程式碼的意思是,將變數OUTPUT中的 .js 全部替換成 .min.js 。

四、Makefile 的例項

(1)執行多個目標

.PHONY: cleanall cleanobj cleandiff

cleanall : cleanobj cleandiff
        rm program

cleanobj : rm *.o

cleandiff : rm *.diff

上面程式碼可以呼叫不同目標,刪除不同字尾名的檔案,也可以呼叫一個目標(cleanall),刪除所有指定型別的檔案。

(2)編譯C語言專案

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

今天,Make命令的介紹就到這裡。下一篇文章我會介紹,如何用 Make 來構建 Node.js 專案。