操作系统（5）实验0——makefile的写法

之前GCC那部分我提到过，gcc啥啥啥啥傻傻的那个指令只能够编译简单的代码，如果要干大事（例如突然心血来潮写个c开头的神经网络库之类的），还是要写Makefile来编译。其实在Windows下通常用IDE，例如Visual Studio，那个所谓的“项目”就有点像Makefile。通常Windows系统下这类IDE会自动帮你配置了编译时需要的东西，而Linux环境下我们需要自己来写Makefile来实现IDE的效果，听起来会麻烦点，实际上掌握了技巧之后就那样。

这部分实验指导书里面写的东西不多，但是我觉得有必要详细拿出来讲讲，毕竟很有用。

前提与假设

这里假设使用的make是GNU的make（不同厂商的make对应的makefile写法不一样，make可以理解为根据makefile来编译链接程序的工具）。下面我们通过一个简单的例子来看makefile的具体作用、功能，以及使用方式。

简单的例子

假设当前目录下有以下文件：

当你想要编译的时候，就会使用下面的指令：

gcc -o hellomake hellomake.c hellofunc.c -I.

上面指令就是指定输出结果名字为hellomake，编译两个*.c文件，而-I用来高数gcc在同一个目录下寻找用到的链接文件（.h头文件），其实这个选项还可以指定gcc去别的目录下寻找别的库，详情可以看这里。上面的-I.不是误写，不要忽略掉.，这是指定在当前目录搜索链接库的意思。

但是这只是在写小工程的时候才可以这么干，如果你要编译一个有20+个.c文件，链接需要30+个库的工程呢？很显然直接使用gcc相关指令来编译是不现实的，而且每次编译都要重新输入那么一长串指令，很麻烦。那么，我们这时候想到的第一个办法就是，直接将这个指令保存为一个文件，用的时候直接复制出来运行不就简单很多了？

而makefile恰好就有这个功能，你只需要将这个指令直接输入到makefile中，在直接用到的时候直接使用指令make，工具make就会直接帮你运行makefile中的这个命令。此时makefile应该这样写：

hellomake: hellomake.c hellofunc.c hellomake.h
	gcc -o hellomake hellomake.c hellofunc.c -I.

当直接使用指令make并且没有提供任何参数的时候，make就会直接执行第一条规则，因为我们这里只有一条，所以使用指令make就会直接执行我们想要让他执行的编译指令了。注意gcc前面有一个tab，不能少了这个tab。

既然提到了规则，那么就介绍下makefile中的规则写法：

在规则中，如果是第一次执行规则或者执行规则对应的prerequisites中的文件被更新了，那么在执行规则的时候才会运行规则对应的command，否则就不会执行。例如已经执行过一次hellomake规则了，如果没有更改hellomake.c、hellofunc.c、hellomake.h的话，那么再执行一次hellomake规则是不会执行下面的gcc ...指令的；如果更改了hellomake.c，例如修改了printf里面的内容，那么再执行一次make，就会调用规则对应的指令gcc ...，更新编译出来的程序。

基本上到这里就可以明白Makefile的基本规则了，后面的就基本上是锦上添花的功能而已。

引入变量

假设我们突然想要换一个编译器，或者改一改编译时候的参数设置，那么我们最好定义一些变量来实现这样的功能，直接上makefile内容：

CC=gcc
CFLAGS=-I.

hellomake: hellomake.o hellofunc.o
     $(CC) -o hellomake hellomake.o hellofunc.o

这个还是很容易懂得，可能你会觉得CFLAGS那里有点奇怪，其实这是默认给C编译器（这里是gcc）指定额外配置用的，是make工具规定的。另外还有CXXFLAGS、CPPFLAGS，前者用来给C++编译器指定额外参数，后者同时给C和C++编译器指定额外参数。不过有些时候CPPFLAGS只给C++编译器指定额外参数，所以具体情况还是要具体分析。注意-o后面的名字，一定是.o的，这和上面有点不一样，但是结果和上面一样。之所以放在规则里面（prerequisites部分）以及command里面，是因为这样可以让make知道在编译出hellomake之前要先编译后面的.o文件对应的.c部分，即能够让编译器理解它们之间的依赖关系。

但是这个makefile其实有一个问题，那就是如果修改了.h文件，那么再一次make的时候是不会编译的，因为make此时没有追踪相关的.h文件的变化。所以我们需要加上相关的规则来实现对.h文件的追踪。

CC=gcc
CFLAGS=-I.
DEPS = hellomake.h

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

hellomake: hellomake.o hellofunc.o
	$(CC) -o hellomake hellomake.o hellofunc.o

重点在那个DEPS和后面的%.o ...那部分，主要讲解%.o这部分规则。首先，我们这里定义的是一个适用于所有.o为结尾的规则，我们将对应的.c结尾的文件二号$(DEPS)对应的文件放在prerequisites那部分，这样make就会去追踪这些文件的变化。最后在command部分，-c意思是让编译器编译出.o文件，-o $@意思是将编译出来的文件用规则左侧的名字规则来命名（例如hellomake.o），最后的$<指的是DEPS中的第一个文件，CFLAGS用来指示额外的参数。

但是还是麻烦，所以我们进一步“抽象”，把hellomake那一条规则改改

CC=gcc
CFLAGS=-I.
DEPS = hellomake.h
OBJ = hellomake.o hellofunc.o 

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

hellomake: $(OBJ)
	$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS)

$@代表:左边，$^代表右边（看键盘上的位置就知道哪个左哪个右了，这个不用记）。这样我们只需要改OBJ就可以应付更加复杂的项目了。

引入目录

但是上面那样虽然makefile看起来还好，在项目的目录里面就显得比较杂乱，各种头文件和源代码混杂在一起显得比较没条理，所以我们通常都会将头文件集中放在一个文件夹里面，将源代码集中放在一个文件夹里面。

IDIR =../include
CC=gcc
CFLAGS=-I$(IDIR)

ODIR=obj
LDIR =../lib

LIBS=-lm

_DEPS = hellomake.h
DEPS = $(patsubst %,$(IDIR)/%,$(_DEPS))

_OBJ = hellomake.o hellofunc.o
OBJ = $(patsubst %,$(ODIR)/%,$(_OBJ))

$(ODIR)/%.o: %.c $(DEPS)
	$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)

hellomake: $(OBJ)
	$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS) $(LIBS)

.PHONY: clean

clean:
	rm -f $(ODIR)/*.o *~ core $(INCDIR)/*~

注意，这个makefile文件时放在项目文件夹下的src文件夹里面的。大概是xx（项目名）/src这样子。LIBS用来引入其他的库（通常安装在系统中，这里可以直接引用），例如这里用了-lm来引用数学的库。patsubst用来替换通配符，即变量中的%，最终会被替换成具体的文件名。

.PHONY用来避免文件使用make clean的时候真的去make一个名为clean的文件，用来确保确实跑的是定义好了的clean规则。这里的clean规则用来删掉编译出来的东西。其他的基本和上面的一样，所以就不多说了。

大概就这些，其实这个要深入进去的话还有很多可以说的，但是今天就记到这里。

参考

跟我一起写 Makefile（一）

A Simple Makefile Tutorial

Makefile cheatsheet速成用的cheatsheet，不过不建议一开始就看这个

CFLAGS, CCFLAGS, CXXFLAGS - what exactly do these variables control?

Makefile之patsubst