【Linux】项目自动化构建工具-make/Makefile 详解

前言

  在Linux及类Unix系统中，自动化构建项目是提高开发效率、减少重复劳动的关键环节。make工具及其配置文件Makefile是实现这一目标的重要工具组合。它们通过定义一系列规则和依赖关系，自动执行编译、链接等构建过程，确保软件项目能够高效、准确地构建。

1. 什么是make和Makefile？

make 是一种控制程序生成的工具，它读取一个名为Makefile（或makefile，不区分大小写）的文件，并根据文件中的指令执行相应的命令。这些命令通常包括编译、链接等，用于生成最终的可执行文件或库文件。一般来说，大多数的IDE都有这个命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make。可见，makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。

Makefile 是一个文本文件，其中包含了一系列的规则（rules）、目标（targets）、依赖（dependencies）和命令（commands）。每个规则定义了一个目标文件（通常是编译或链接的结果），以及生成该目标文件所需的依赖文件和要执行的命令。

  一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。

make是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

2. Makefile的基本结构

  Makefile的基本结构由规则组成，每个规则通常包含以下部分：

• 目标（target）：通常是要生成的文件名，如可执行文件或对象文件。
• 依赖（dependencies）：生成目标所依赖的文件列表。
• 命令（commands）：生成目标需要执行的Shell命令，前面通常需要一个制表符（Tab）开头。

示例：

首先，这里有一个hello.c源文件：

hello.c的内容如下：

然后我们就可以通过创建一个Makefile文件来控制该代码生成程序（当然我们也可以直接使用gcc命令来生成可执行程序，但是随着源文件个数的增加，我们每次重新生成可执行程序时，所需输入的gcc指令的长度与个数也会随之增加，所以这时我们就需要使用make和Makefile了，这将大大减少我们的工作量），Makefile内容如下：

✨✨这里hello和clean就是我们的目标，hello.c就是要生成hello目标文件的依赖，而clean由.PHONY修饰，是一个伪目标，所以不需要依赖，伪目标的特性是，总是被执行的；gcc -o hello hello.c和rm -f hello 就是生成目标需要执行的Shell命令

然后我们就可以使用make来创建可执行程序hello:

在这个例子中，hello是最终的目标，它依赖于hello.c。为了生成hello，需要执行gcc -o hello hello.c命令，如上图绿色划线部分，这样我们直接使用make命令，它就可以帮我们在Makefile文件中找到生成hello的命令，自动执行。

此外在Makefile中clean是一个用.PHONY声明伪目标（不生成文件），用于清理构建过程中产生的文件，我们直接使用make clean指令即可删除对应的文件：

.PHONY:clean
clean:  
    rm -f hello 

可以看到之前make指令生成的可执行程序hello被删除了，其原因也是因为make clean命令使得它去Makefile文件中找到相关的指令rm -f hello进行删除

如果你想要删除多个文件，直接在rm -f 后面加文件名即可，例如我们可以将hello.c文件也删除：

结果如下：

可以看到已经没有hello和hello.c文件了

• 我们发现使用clean命令时需要写make clean但是创建hello文件时只需要写make即可，这是因为如果只输入make命令，make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件，如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“hello”这个文件，然后执行生成它的Shell命令，所以make后面的hello可以省略，只写一个make命令即可；
• 如果找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错。

3. Makefile的高级特性

变量：Makefile中可以使用变量来存储文件名、编译器选项等，以提高灵活性和可维护性。 示例：

CC=gcc  
CFLAGS=-Wall -g  
hello: hello.o  
    $(CC) $(CFLAGS) -o hello hello.o

上述例子使用变量CC和CFLAGS来代替gcc和-Wall -g ，使用时需要使用括号并在前面加上$

自动变量：在规则中的命令里，可以使用一些特殊变量来表示依赖文件和目标文件等，如：

• $@：表示依赖关系中的目标文件（冒号左侧）。
• $^：表示依赖关系中的依赖文件列表（冒号右侧全部）。
• $<：表示依赖关系中的第一个依赖文件（冒号右侧第一个）。

模式规则：允许为符合特定模式的文件指定构建规则，从而减少重复代码。 示例：

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

条件判断：基于不同的条件执行不同的命令。 示例：

ifeq ($(OS),Windows_NT)  
CFLAGS += -DWIN32  
endif

函数：Makefile支持多种内置函数，用于处理文件名、字符串等。

4. 使用make的优势

• 自动化：自动根据依赖关系执行必要的命令，减少手动操作。
• 可维护性：通过清晰的规则和依赖关系，提高项目的可维护性。
• 灵活性：支持变量、条件判断等高级特性，满足不同项目的构建需求。
• 高效性：只重新构建已更改的部分，避免不必要的编译和链接。

5. 总结

  make和Makefile是Linux及类Unix系统中不可或缺的自动化构建工具。它们通过定义清晰的规则和依赖关系，极大地提高了软件项目的构建效率和可维护性。掌握make和Makefile的使用，对于开发者来说，是提升开发效率、保证项目质量的重要一步。