C編譯: makefile基礎

ii_chengzi發表於2019-11-07
編譯

在編譯一個大型專案的時候，往往有很多目標檔案、庫檔案、標頭檔案以及最終的可執行檔案。不同的檔案之間存在 依賴關係(dependency)。比如當我們使用下面命令編譯時:

$gcc -c -o test.o test.c

$gcc -o helloworld test.o

可執行檔案helloworld依賴於test.o進行編譯的，而test.o依賴於test.c。

 依賴關係

在我們編譯一個大型專案時，我們往往要很多次的呼叫編譯器，來根據依賴關係，逐步編譯整個專案。這樣的方式是自下而上的，即先編譯下游檔案，再編譯上游檔案。

 

UNIX系統下的make工具用於自動記錄和處理檔案之間的依賴關係。我們不用輸入大量的"gcc"命令，而只需呼叫 make就可以完成整個編譯過程。所有的依賴關係都記錄在makefile文字檔案中。我們只需要make helloworld，make會根據依賴關係，自上而下的找到編譯該檔案所需的所有依賴關係，最後再自下而上的編譯。

(make有多個版本，本文將基於GNU make。make會自動搜尋當前目錄下的makefile, Makefile或者GNUmakefile)

 

依賴

 

基本概念

我們使用一個示例C語言檔案:

複製程式碼
#include <stdio.h>/*
 * By Vamei
 * test.c for makefile demo */int main() 
{
    printf("Hello world!\n");    return 0;
}
複製程式碼

 

下面是一個簡單的makefile

複製程式碼

# helloworld is a binary filehelloworld: test.o

　　echo "good"
　　
gcc -o helloworld test.o
test.o: test.c
　　
gcc -c -o test.o test.c
複製程式碼

 

觀察上面的makefile

  • #號起始的行是 註釋行
  • target: prerequisite為依賴關係，即 目標檔案(target)依賴於 前提檔案(prerequisite)。可以有多個前提檔案，用空格分開。
  • 依賴關係後面的 <Tab>縮排行是實現依賴關係進行的 操作，即正常的UNIX命令。一個依賴關係可以附屬有多個操作。

用直白的話說，就是:

  • 想要helloworld嗎？那你必須有test.o，並執行附屬的操作。
  • 如果沒有test.o，那你必須搜尋其他依賴關係，並建立test.o。

 

我們執行

$make helloworld

來建立helloworld。

 

make是一個 遞迴建立的過程:

  • Base Case 1: 如果當前依賴關係中沒有說明前提檔案，那麼直接執行操作。
  • Base Case 2: 如果當前依賴關係說明了目標檔案，而目標檔案所需的前提檔案已經存在，而且前提檔案與上次make時沒有發生改變(根據最近寫入時間判斷)，也直接執行該依賴關係的操作。
  • 如果當前目標檔案依賴關係所需的前提檔案不存在，或者前提檔案發生改變，那麼以前提檔案為新的目標檔案，尋找依賴關係，建立目標檔案。

虛線: 依賴關係檢索

 

上面是make的核心功能。有了上面的功能，我們可以記錄專案中所有的依賴關係和相關操作，並使用make進行編譯。下面的內容都是在此核心內容上的擴充。

 

巨集

make中可以使用巨集(MACRO)。巨集類似於文字型別的變數。比如下面的CC:

複製程式碼


CC = gcc




# helloworld is a binary filehelloworld: test.o

　　echo "good"
　　
$(CC) -o helloworld test.o
test.o: test.c
　　
$(CC) -c -o test.o test.c
複製程式碼

 

我們用CC來代表"gcc"。在makefile中，使用$(CC)的方式來呼叫巨集的值。make會在執行時，使用巨集的值(gcc)來替代$(CC)。

shell的環境變數可以直接作為巨集呼叫。如果同一個自定義的巨集同時也有同名環境環境變數，make將優先使用自定義巨集。

(可以使用$make -e helloworld來優先使用環境變數)

 

類似於C語言的巨集，makefile中的巨集可以方便的管理一些固定出現的文字，並方便替換操作。比如我們未來使用ifort編譯器時，只需要更改巨集定義為:

CC = ifort

就可以了

 

內部巨集

make中有內部定義的巨集，可以直接使用。 $@中包含有當前依賴關係的目標檔名，而 $^包含當前目標的前提檔案:

複製程式碼
CC = gcc
# helloworld is a binary file
helloworld: test.o
　　echo $@
　　$(CC) -o $@ $^
test.o: test.c
　　$(CC) -c -o $@ $^
複製程式碼

 

內部巨集       功能

$*          當前依賴關係中的目標檔名，不包括字尾。

$*          當前依賴關係中，發生改變的前提檔案

$$          字元"$"

 

如果目標或者前提檔案是一個完整路徑，我們可以附加 D和 F來提取資料夾部分和檔名部分，比如 $(@F)表示目標檔案的檔名部分。

 

字尾依賴

在makefile中使用

.SUFFIXES: .c .o

來說明.c和.o是字尾。

 

我們可以使用字尾依賴的方式，比如:

複製程式碼
CC = gcc
.SUFFIXES: .c .o
.c.o:
        $(CC) -c -o $@ $^
#--------------------------
# helloworld is a binary file
helloworld: test.o
        echo $@
        $(CC) -o $@ $^
test.o: test.c
複製程式碼

我們定義 .c和 .o為字尾。並有字尾依賴關係 .c.o:。前者為前提，後者為目標。(注意，與一般的依賴關係順序不同)

上面的test.o和test.c有依賴關係，但沒有操作。make會發現該依賴關係符合.c.o的字尾依賴，並執行該字尾依賴後面的操作。

 

如果專案很大型的時候，字尾依賴非常有用。符合字尾依賴的檔案往往有類似的操作，我們可以將這些操作用字尾依賴表示，而避免重複輸入。

 

其他

makefile的續行符為 \

 

makefile中經常會定義下面依賴關係:

all:

如果make後沒有跟隨檔名，那麼將執行該依賴關係。

clean:

常用於清理歷史檔案。

 

比如:

複製程式碼
CC = gcc
.SUFFIXES: .c .o
.c.o:
        $(CC) -c -o $@ $^
#--------------------------
all: helloworld
        @echo "ALL"
# helloworld is a binary file
helloworld: test.o
        @echo $@
        $(CC) -o $@ $^
test.o: test.c
clean:
        -rm helloworld *.o
複製程式碼

注意: echo前面的 @和rm前面的 -。@後的命令將不顯示命令本身。-後面的命令將忽略錯誤(比如刪除不存在的檔案)。

 

總結

make的核心功能是根據依賴關係來實現編譯管理。

make的其他功能是讓使用者可以更加便捷的寫出makefile。

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