Linux/Unix環(huán)境下的Make和Makefile詳解 

　　無論是在Linux還是在Unix環(huán)境中，make都是一個(gè)非常重要的編譯命令。不管是自己進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)還是安裝應(yīng)用軟件，我們都經(jīng)常要用到make或make install。利用make工具，我們可以將大型的開發(fā)項(xiàng)目分解成為多個(gè)更易于管理的模塊，對(duì)于一個(gè)包括幾百個(gè)源文件的應(yīng)用程序，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個(gè)源文件之間紛繁復(fù)雜的相互關(guān)系。而且如此多的源文件，如果每次都要鍵入gcc命令進(jìn)行編譯的話，那對(duì)程序員來說簡直就是一場災(zāi)難。而make工具則可自動(dòng)完成編譯工作，并且可以只對(duì)程序員在上次編譯后修改過的部分進(jìn)行編譯。因此，有效的利用make和makefile工具可以大大提高項(xiàng)目開發(fā)的效率。同時(shí)掌握make和makefile之后，您也不會(huì)再面對(duì)著Linux下的應(yīng)用軟件手足無措了。

　　但令人遺憾的是，在許多講述Linux應(yīng)用的書籍上都沒有詳細(xì)介紹這個(gè)功能強(qiáng)大但又非常復(fù)雜的編譯工具。在這里我就向大家詳細(xì)介紹一下make及其描述文件makefile。

　　Makefile文件

　　Make工具最主要也是最基本的功能就是通過makefile文件來描述源程序之間的相互關(guān)系并自動(dòng)維護(hù)編譯工作。而makefile 文件需要按照某種語法進(jìn)行編寫，文件中需要說明如何編譯各個(gè)源文件并連接生成可執(zhí)行文件，并要求定義源文件之間的依賴關(guān)系。makefile 文件是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護(hù)編譯信息的常用方法，只是在集成開發(fā)環(huán)境中，用戶通過友好的界面修改 makefile 文件而已。

　　在 UNIX 系統(tǒng)中，習(xí)慣使用 Makefile 作為 makfile 文件。如果要使用其他文件作為 makefile，則可利用類似下面的 make 命令選項(xiàng)指定 makefile 文件：

　　$ make -f Makefile.debug

　　例如，一個(gè)名為prog的程序由三個(gè)C源文件filea.c、fileb.c和filec.c以及庫文件LS編譯生成，這三個(gè)文件還分別包含自己的頭文件a.h 、b.h和c.h。通常情況下，C編譯器將會(huì)輸出三個(gè)目標(biāo)文件filea.o、fileb.o和filec.o。假設(shè)filea.c和fileb.c都要聲明用到一個(gè)名為defs的文件，但filec.c不用。即在filea.c和fileb.c里都有這樣的聲明：

　　#include "defs"

　　那么下面的文檔就描述了這些文件之間的相互聯(lián)系:

　　---------------------------------------------------------
　　#It is a example for describing makefile
　　prog : filea.o fileb.o filec.o
　　cc filea.o fileb.o filec.o -LS -o prog
　　filea.o : filea.c a.h defs
　　cc -c filea.c
　　fileb.o : fileb.c b.h defs
　　cc -c fileb.c
　　filec.o : filec.c c.h
　　cc -c filec.c
　　----------------------------------------------------------

　　這個(gè)描述文檔就是一個(gè)簡單的makefile文件。

　　從上面的例子注意到，第一個(gè)字符為 # 的行為注釋行。第一個(gè)非注釋行指定prog由三個(gè)目標(biāo)文件filea.o、fileb.o和filec.o鏈接生成。第三行描述了如何從prog所依賴的文件建立可執(zhí)行文件。接下來的4、6、8行分別指定三個(gè)目標(biāo)文件，以及它們所依賴的.c和.h文件以及defs文件。而5、7、9行則指定了如何從目標(biāo)所依賴的文件建立目標(biāo)。

　　當(dāng)filea.c或a.h文件在編譯之后又被修改，則 make 工具可自動(dòng)重新編譯filea.o，如果在前后兩次編譯之間，filea.C 和a.h 均沒有被修改，而且test.o還存在的話，就沒有必要重新編譯。這種依賴關(guān)系在多源文件的程序編譯中尤其重要。通過這種依賴關(guān)系的定義，make 工具可避免許多不必要的編譯工作。當(dāng)然，利用Shell腳本也可以達(dá)到自動(dòng)編譯的效果，但是，Shell 腳本將全部編譯任何源文件，包括哪些不必要重新編譯的源文件，而 make 工具則可根據(jù)目標(biāo)上一次編譯的時(shí)間和目標(biāo)所依賴的源文件的更新時(shí)間而自動(dòng)判斷應(yīng)當(dāng)編譯哪個(gè)源文件。

　　Makefile文件作為一種描述文檔一般需要包含以下內(nèi)容:

　　◆ 宏定義
　　◆ 源文件之間的相互依賴關(guān)系
　　◆ 可執(zhí)行的命令

　　Makefile中允許使用簡單的宏指代源文件及其相關(guān)編譯信息，在Linux中也稱宏為變量。在引用宏時(shí)只需在變量前加$符號(hào)，但值得注意的是，如果變量名的長度超過一個(gè)字符，在引用時(shí)就必須加圓括號(hào)（）。

　　下面都是有效的宏引用：

　　$(CFLAGS)
　　$2
　　$Z
　　$(Z)

　　其中最后兩個(gè)引用是完全一致的。

　　需要注意的是一些宏的預(yù)定義變量，在Unix系統(tǒng)中，$*、$@、$?和$<四個(gè)特殊宏的值在執(zhí)行命令的過程中會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而在GNU make中則定義了更多的預(yù)定義變量。關(guān)于預(yù)定義變量的詳細(xì)內(nèi)容，宏定義的使用可以使我們脫離那些冗長乏味的編譯選項(xiàng)，為編寫makefile文件帶來很大的方便。

　　---------------------------------------------------------
　　# Define a macro for the object files
　　OBJECTS= filea.o fileb.o filec.o
　　# Define a macro for the library file
　　LIBES= -LS
　　# use macros rewrite makefile
　　prog: $(OBJECTS)
　　cc $(OBJECTS) $(LIBES) -o prog
　　……
　　---------------------------------------------------------

　　此時(shí)如果執(zhí)行不帶參數(shù)的make命令，將連接三個(gè)目標(biāo)文件和庫文件LS；但是如果在make命令后帶有新的宏定義：

　　make "LIBES= -LL -LS"

　　則命令行后面的宏定義將覆蓋makefile文件中的宏定義。若LL也是庫文件，此時(shí)make命令將連接三個(gè)目標(biāo)文件以及兩個(gè)庫文件LS和LL。

　　在Unix系統(tǒng)中沒有對(duì)常量NULL作出明確的定義，因此我們要定義NULL字符串時(shí)要使用下述宏定義：

　　STRINGNAME=

　　Make命令

　　在make命令后不僅可以出現(xiàn)宏定義，還可以跟其他命令行參數(shù)，這些參數(shù)指定了需要編譯的目標(biāo)文件。其標(biāo)準(zhǔn)形式為：

　　target1 [target2 …]:[:][dependent1 …][;commands][#…]
　　[(tab) commands][#…]

　　方括號(hào)中間的部分表示可選項(xiàng)。Targets和dependents當(dāng)中可以包含字符、數(shù)字、句點(diǎn)和"/"符號(hào)。除了引用，commands中不能含有"#",也不允許換行。

　　在通常的情況下命令行參數(shù)中只含有一個(gè)":"，此時(shí)command序列通常和makefile文件中某些定義文件間依賴關(guān)系的描述行有關(guān)。如果與目標(biāo)相關(guān)連的那些描述行指定了相關(guān)的command序列，那么就執(zhí)行這些相關(guān)的command命令，即使在分號(hào)和(tab)后面的aommand字段甚至有可能是NULL。如果那些與目標(biāo)相關(guān)連的行沒有指定command，那么將調(diào)用系統(tǒng)默認(rèn)的目標(biāo)文件生成規(guī)則。

　　如果命令行參數(shù)中含有兩個(gè)冒號(hào)"::"，則此時(shí)的command序列也許會(huì)和makefile中所有描述文件依賴關(guān)系的行有關(guān)。此時(shí)將執(zhí)行那些與目標(biāo)相關(guān)連的描述行所指向的相關(guān)命令。同時(shí)還將執(zhí)行build-in規(guī)則。

　　如果在執(zhí)行command命令時(shí)返回了一個(gè)非"0"的出錯(cuò)信號(hào)，例如makefile文件中出現(xiàn)了錯(cuò)誤的目標(biāo)文件名或者出現(xiàn)了以連字符打頭的命令字符串，make操作一般會(huì)就此終止，但如果make后帶有"-i"參數(shù)，則make將忽略此類出錯(cuò)信號(hào)。

　　Make命本身可帶有四種參數(shù)：標(biāo)志、宏定義、描述文件名和目標(biāo)文件名。其標(biāo)準(zhǔn)形式為：

　　Make [flags] [macro definitions] [targets]

　　Unix系統(tǒng)下標(biāo)志位flags選項(xiàng)及其含義為：

　　-f file　　指定file文件為描述文件，如果file參數(shù)為"-"符，那么描述文件指向標(biāo)準(zhǔn)輸入。如果沒有"-f"參數(shù)，則系統(tǒng)將默認(rèn)當(dāng)前目錄下名為makefile或者名為Makefile的文件為描述文件。在Linux中， GNU make 工具在當(dāng)前工作目錄中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的順序搜索 makefile文件。
　　-i 　　忽略命令執(zhí)行返回的出錯(cuò)信息。
　　-s 　　沉默模式，在執(zhí)行之前不輸出相應(yīng)的命令行信息。
　　-r 　　禁止使用build-in規(guī)則。
　　-n 　　非執(zhí)行模式，輸出所有執(zhí)行命令，但并不執(zhí)行。
　　-t 　　更新目標(biāo)文件。
　　-q　　 make操作將根據(jù)目標(biāo)文件是否已經(jīng)更新返回"0"或非"0"的狀態(tài)信息。
　　-p　　 輸出所有宏定義和目標(biāo)文件描述。
　　-d　　 Debug模式，輸出有關(guān)文件和檢測時(shí)間的詳細(xì)信息。

　　Linux下make標(biāo)志位的常用選項(xiàng)與Unix系統(tǒng)中稍有不同，下面我們只列出了不同部分：

　　-c dir　　 在讀取 makefile 之前改變到指定的目錄dir。
　　-I dir 　　當(dāng)包含其他 makefile文件時(shí)，利用該選項(xiàng)指定搜索目錄。
　　-h 　　help文擋，顯示所有的make選項(xiàng)。
　　-w 　　在處理 makefile 之前和之后，都顯示工作目錄。

　　通過命令行參數(shù)中的target ，可指定make要編譯的目標(biāo)，并且允許同時(shí)定義編譯多個(gè)目標(biāo)，操作時(shí)按照從左向右的順序依次編譯target選項(xiàng)中指定的目標(biāo)文件。如果命令行中沒有指定目標(biāo)，則系統(tǒng)默認(rèn)target指向描述文件中第一個(gè)目標(biāo)文件。

　　通常，makefile 中還定義有 clean 目標(biāo)，可用來清除編譯過程中的中間文件，例如：

　　clean:
　　rm -f *.o

　　運(yùn)行 make clean 時(shí)，將執(zhí)行 rm -f *.o 命令，最終刪除所有編譯過程中產(chǎn)生的所有中間文件。

　　隱含規(guī)則

　　在make 工具中包含有一些內(nèi)置的或隱含的規(guī)則，這些規(guī)則定義了如何從不同的依賴文件建立特定類型的目標(biāo)。Unix系統(tǒng)通常支持一種基于文件擴(kuò)展名即文件名后綴的隱含規(guī)則。這種后綴規(guī)則定義了如何將一個(gè)具有特定文件名后綴的文件（例如.c文件），轉(zhuǎn)換成為具有另一種文件名后綴的文件（例如.o文件）：

　　.c:.o
　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
　　系統(tǒng)中默認(rèn)的常用文件擴(kuò)展名及其含義為：
　　.o 　目標(biāo)文件
　　.c 　C源文件
　　.f 　FORTRAN源文件
　　.s 　匯編源文件
　　.y 　Yacc-C源語法
　　.l 　Lex源語法

　　在早期的Unix系統(tǒng)系統(tǒng)中還支持Yacc-C源語法和Lex源語法。在編譯過程中，系統(tǒng)會(huì)首先在makefile文件中尋找與目標(biāo)文件相關(guān)的.C文件，如果還有與之相依賴的.y和.l文件，則首先將其轉(zhuǎn)換為.c文件后再編譯生成相應(yīng)的.o文件；如果沒有與目標(biāo)相關(guān)的.c文件而只有相關(guān)的.y文件，則系統(tǒng)將直接編譯.y文件。

　　而GNU make 除了支持后綴規(guī)則外還支持另一種類型的隱含規(guī)則--模式規(guī)則。這種規(guī)則更加通用，因?yàn)榭梢岳媚Ｊ揭?guī)則定義更加復(fù)雜的依賴性規(guī)則。模式規(guī)則看起來非常類似于正則規(guī)則，但在目標(biāo)名稱的前面多了一個(gè) % 號(hào)，同時(shí)可用來定義目標(biāo)和依賴文件之間的關(guān)系，例如下面的模式規(guī)則定義了如何將任意一個(gè) file.c 文件轉(zhuǎn)換為 file.o 文件：

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

　　下面將給出一個(gè)較為全面的示例來對(duì)makefile文件和make命令的執(zhí)行進(jìn)行進(jìn)一步的說明，其中make命令不僅涉及到了C源文件還包括了Yacc語法。本例選自"Unix Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284

下面是描述文件的具體內(nèi)容：

　　---------------------------------------------------------
　　#Description file for the Make command
　　#Send to print
　　P=und -3 | opr -r2
　　#The source files that are needed by object files
　　FILES= Makefile version.c defs main.c donamc.c misc.c file.c \
　　dosys.c gram.y lex.c gcos.c
　　#The definitions of object files
　　OBJECTS= vesion.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o
　　LIBES= -LS
　　LINT= lnit -p
　　CFLAGS= -O
　　make: $(OBJECTS)
　　cc $(CFLAGS) $(OBJECTS) $(LIBES) -o make
　　size make
　　$(OBJECTS): defs
　　gram.o: lex.c
　　cleanup:
　　-rm *.o gram.c
　　install:
　　@size make /usr/bin/make
　　cp make /usr/bin/make ; rm make
　　#print recently changed files
　　print: $(FILES)
　　pr $? | $P
　　touch print
　　test:
　　make -dp | grep -v TIME>1zap
　　/usr/bin/make -dp | grep -v TIME>2zap
　　diff 1zap 2zap
　　rm 1zap 2zap
　　lint: dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c gram.c
　　$(LINT) dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c \
　　gram.c
　　rm gram.c
　　arch:
　　ar uv /sys/source/s2/make.a $(FILES)
　　----------------------------------------------------------

　　通常在描述文件中應(yīng)象上面一樣定義要求輸出將要執(zhí)行的命令。在執(zhí)行了make命令之后，輸出結(jié)果為：

　　$ make
　　cc -c version.c
　　cc -c main.c
　　cc -c donamc.c
　　cc -c misc.c
　　cc -c file.c
　　cc -c dosys.c
　　yacc gram.y
　　mv y.tab.c gram.c
　　cc -c gram.c
　　cc version.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o \
　　-LS -o make
　　13188+3348+3044=19580b=046174b

　　最后的數(shù)字信息是執(zhí)行"@size make"命令的輸出結(jié)果。之所以只有輸出結(jié)果而沒有相應(yīng)的命令行，是因?yàn)?@size make"命令以"@"起始，這個(gè)符號(hào)禁止打印輸出它所在的命令行。

　　描述文件中的最后幾條命令行在維護(hù)編譯信息方面非常有用。其中"print"命令行的作用是打印輸出在執(zhí)行過上次"make print"命令后所有改動(dòng)過的文件名稱。系統(tǒng)使用一個(gè)名為print的0字節(jié)文件來確定執(zhí)行print命令的具體時(shí)間，而宏$?則指向那些在print文件改動(dòng)過之后進(jìn)行修改的文件的文件名。如果想要指定執(zhí)行print命令后，將輸出結(jié)果送入某個(gè)指定的文件，那么就可修改P的宏定義：

　　make print "P= cat>zap"

　　在Linux中大多數(shù)軟件提供的是源代碼，而不是現(xiàn)成的可執(zhí)行文件，這就要求用戶根據(jù)自己系統(tǒng)的實(shí)際情況和自身的需要來配置、編譯源程序后，軟件才能使用。只有掌握了make工具，才能讓我們真正享受到到Linux這個(gè)自由軟件世界的帶給我們無窮樂趣。