[Makefile] Makefile 及其工作原理

转自：https://www.linuxidc.com/Linux/2018-09/154071.htm

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：

1. say_hello:
2.         echo"Hello World"

在 myproject 目录下执行 make，会有如下输出：

1. $ make
2. echo"Hello World"
3. HelloWorld

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：

1. 目标:预置条件
2. <TAB>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。

1. final_target: sub_target final_target.c
2.         Recipe_to_create_final_target
3.        
4. sub_target: sub_target.c
5.         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：

1. $ make
2. HelloWorld

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

1. say_hello:
2.         @echo"Hello World"
3. generate:
4.         @echo"Creating empty text files..."
5.         touchfile-{1..10}.txt
6. clean:
7.         @echo"Cleaning up..."
8.         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：

1. .DEFAULT_GOAL := generate

make 会将 generate 作为默认目标：

1. $ make
2. Creatingempty text files...
3. touchfile-{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：

1. all: say_hello generate
2. say_hello:
3.         @echo"Hello World"
4. generate:
5.         @echo"Creating empty text files..."
6.         touchfile-{1..10}.txt
7. clean:
8.         @echo"Cleaning up..."
9.         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：

1. .PHONY: all say_hello generate clean
2. all: say_hello generate
3. say_hello:
4.         @echo"Hello World"
5. generate:
6.         @echo"Creating empty text files..."
7.         touchfile-{1..10}.txt
8. clean:
9.         @echo"Cleaning up..."
10.         rm*.txt

make 命令会调用 say_hello 和 generate：

1. $ make
2. HelloWorld
3. Creatingempty text files...
4. touchfile-{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。

1. $ make clean
2. Cleaning up...
3. 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：

1. CC =gcc

这被称为递归扩展变量，用于如下所示的规则中：

1. hello: hello.c
2.     ${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：

1. 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：

1. CC =gcc
2. CC = ${CC}
3. all:
4.     @echo ${CC}

此时运行 make 会导致：

1. $ make
2. 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：

1. CC :=gcc
2. CC := ${CC}
3. all:
4.     @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：

1. #Usage:
2. #make        # compile all binary
3. #make clean  # remove ALL binaries and objects
4. .PHONY = all clean
5. CC =gcc                        # compiler to use
6. LINKERFLAG =-lm
7. SRCS := $(wildcard *.c)
8. BINS := $(SRCS:%.c=%)
9. all: ${BINS}
10. %:%.o
11.         @echo"Checking.."
12.         ${CC} ${LINKERFLAG} $<-o $@
13. %.o:%.c
14.         @echo"Creating object.."
15.         ${CC}-c $<
16. clean:
17.         @echo"Cleaning up..."
18.         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：

  1. %:%.o
  2.   @echo"Checking.."
  3.   ${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：

  1. foo: foo.o
  2.   @echo"Checking.."
  3.   gcc-lm foo.o -o foo

  如上所示，% 被 foo 替换掉了。$< 被 foo.o 替换掉。$<用于匹配预置条件，$@ 匹配目标。对 ${BINS} 中的每个值，这条规则都会被调用一遍。

• 规则：

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

  之前规则中的每个预置条件在这条规则中都会都被作为一个目标。下面是展开后的内容：

  1. foo.o: foo.c
  2.   @echo"Creating object.."
  3.   gcc-c foo.c

• 最后，在 clean 目标中，所有的二进制文件和编译文件将被删除。

下面是重写后的 Makefile，该文件应该被放置在一个有 foo.c 文件的目录下：

1. #Usage:
2. #make        # compile all binary
3. #make clean  # remove ALL binaries and objects
4. .PHONY = all clean
5. CC =gcc                        # compiler to use
6. LINKERFLAG =-lm
7. SRCS := foo.c
8. BINS := foo
9. all: foo
10. foo: foo.o
11.         @echo"Checking.."
12.         gcc-lm foo.o -o foo
13. foo.o: foo.c
14.         @echo"Creating object.."
15.         gcc-c foo.c
16. clean:
17.         @echo"Cleaning up..."
18.         rm-rvf foo.o foo