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跟我一起寫 Makefile
?陳皓
概述
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什么是makefile？或許很多Winodws的程序員都不知道這個(gè)東西，因?yàn)槟切￤indows的IDE都為你做了這個(gè)工作，但我覺得要作一個(gè)好的和professional的程序員，makefile還是要懂。這就好像現(xiàn)在有這么多的HTML的編輯器，但如果你想成為一個(gè)專業(yè)人士，你還是要了解HTML的標(biāo)識的含義。特別在Unix下的軟件編譯，你就不能不自己寫makefile了，會不會寫makefile，從一個(gè)側(cè)面說明了一個(gè)人是否具備完成大型工程的能力。
因?yàn)椋琺akefile關(guān)系到了整個(gè)工程的編譯規(guī)則。一個(gè)工程中的源文件不計(jì)數(shù)，其按類型、功能、模塊分別放在若干個(gè)目錄中，makefile定義了一系列的規(guī)則來指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作，因?yàn)閙akefile就像一個(gè)Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。
makefile帶來的好處就是——“自動(dòng)化編譯”，一旦寫好，只需要一個(gè)make命令，整個(gè)工程完全自動(dòng)編譯，極大的提高了軟件開發(fā)的效率。make是一個(gè)命令工具，是一個(gè)解釋makefile中指令的命令工具，一般來說，大多數(shù)的IDE都有這個(gè)命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make。可見，makefile都成為了一種在工程方面的編譯方法。
現(xiàn)在講述如何寫makefile的文章比較少，這是我想寫這篇文章的原因。當(dāng)然，不同產(chǎn)商的make各不相同，也有不同的語法，但其本質(zhì)都是在“文件依賴性”上做文章，這里，我僅對GNU的make進(jìn)行講述，我的環(huán)境是RedHat Linux 8.0，make的版本是3.80。必竟，這個(gè)make是應(yīng)用最為廣泛的，也是用得最多的。而且其還是最遵循于IEEE 1003.2-1992 標(biāo)準(zhǔn)的（POSIX.2）。
在這篇文檔中，將以C/C++的源碼作為我們基礎(chǔ)，所以必然涉及一些關(guān)于C/C++的編譯的知識，相關(guān)于這方面的內(nèi)容，還請各位查看相關(guān)的編譯器的文檔。這里所默認(rèn)的編譯器是UNIX下的GCC和CC。
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關(guān)于程序的編譯和鏈接
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在此，我想多說關(guān)于程序編譯的一些規(guī)范和方法，一般來說，無論是C、C++、還是pas，首先要把源文件編譯成中間代碼文件，在Windows下也就是 .obj 文件，UNIX下是 .o 文件，即 Object File，這個(gè)動(dòng)作叫做編譯（compile）。然后再把大量的Object File合成執(zhí)行文件，這個(gè)動(dòng)作叫作鏈接（link）。
編譯時(shí)，編譯器需要的是語法的正確，函數(shù)與變量的聲明的正確。對于后者，通常是你需要告訴編譯器頭文件的所在位置（頭文件中應(yīng)該只是聲明，而定義應(yīng)該放在C/C++文件中），只要所有的語法正確，編譯器就可以編譯出中間目標(biāo)文件。一般來說，每個(gè)源文件都應(yīng)該對應(yīng)于一個(gè)中間目標(biāo)文件（O文件或是OBJ文件）。
鏈接時(shí)，主要是鏈接函數(shù)和全局變量，所以，我們可以使用這些中間目標(biāo)文件（O文件或是OBJ文件）來鏈接我們的應(yīng)用程序。鏈接器并不管函數(shù)所在的源文件，只管函數(shù)的中間目標(biāo)文件（Object File），在大多數(shù)時(shí)候，由于源文件太多，編譯生成的中間目標(biāo)文件太多，而在鏈接時(shí)需要明顯地指出中間目標(biāo)文件名，這對于編譯很不方便，所以，我們要給中間目標(biāo)文件打個(gè)包，在Windows下這種包叫“庫文件”（Library File)，也就是 .lib 文件，在UNIX下，是Archive File，也就是 .a 文件。
總結(jié)一下，源文件首先會生成中間目標(biāo)文件，再由中間目標(biāo)文件生成執(zhí)行文件。在編譯時(shí)，編譯器只檢測程序語法，和函數(shù)、變量是否被聲明。如果函數(shù)未被聲明，編譯器會給出一個(gè)警告，但可以生成Object File。而在鏈接程序時(shí)，鏈接器會在所有的Object File中找尋函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，如果找不到，那到就會報(bào)鏈接錯(cuò)誤碼（Linker Error），在VC下，這種錯(cuò)誤一般是：Link 2001錯(cuò)誤，意思說是說，鏈接器未能找到函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。你需要指定函數(shù)的Object File.
好，言歸正傳，GNU的make有許多的內(nèi)容，閑言少敘，還是讓我們開始吧。
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Makefile 介紹
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make命令執(zhí)行時(shí)，需要一個(gè) Makefile 文件，以告訴make命令需要怎么樣的去編譯和鏈接程序。
首先，我們用一個(gè)示例來說明Makefile的書寫規(guī)則。以便給大家一個(gè)感興認(rèn)識。這個(gè)示例來源于GNU的make使用手冊，在這個(gè)示例中，我們的工程有8個(gè)C文件，和3個(gè)頭文件，我們要寫一個(gè)Makefile來告訴make命令如何編譯和鏈接這幾個(gè)文件。我們的規(guī)則是：
??? 1）如果這個(gè)工程沒有編譯過，那么我們的所有C文件都要編譯并被鏈接。
??? 2）如果這個(gè)工程的某幾個(gè)C文件被修改，那么我們只編譯被修改的C文件，并鏈接目標(biāo)程序。
??? 3）如果這個(gè)工程的頭文件被改變了，那么我們需要編譯引用了這幾個(gè)頭文件的C文件，并鏈接目標(biāo)程序。
只要我們的Makefile寫得夠好，所有的這一切，我們只用一個(gè)make命令就可以完成，make命令會自動(dòng)智能地根據(jù)當(dāng)前的文件修改的情況來確定哪些文件需要重編譯，從而自己編譯所需要的文件和鏈接目標(biāo)程序。
一、Makefile的規(guī)則
在講述這個(gè)Makefile之前，還是讓我們先來粗略地看一看Makefile的規(guī)則。
??? target ... : prerequisites ...
??????????? command
??????????? ...
??????????? ...
??? target也就是一個(gè)目標(biāo)文件，可以是Object File，也可以是執(zhí)行文件。還可以是一個(gè)標(biāo)簽（Label），對于標(biāo)簽這種特性，在后續(xù)的“偽目標(biāo)”章節(jié)中會有敘述。
??? prerequisites就是，要生成那個(gè)target所需要的文件或是目標(biāo)。
??? command也就是make需要執(zhí)行的命令。（任意的Shell命令）
這是一個(gè)文件的依賴關(guān)系，也就是說，target這一個(gè)或多個(gè)的目標(biāo)文件依賴于prerequisites中的文件，其生成規(guī)則定義在command中。說白一點(diǎn)就是說，prerequisites中如果有一個(gè)以上的文件比target文件要新的話，command所定義的命令就會被執(zhí)行。這就是Makefile的規(guī)則。也就是Makefile中最核心的內(nèi)容。
說到底，Makefile的東西就是這樣一點(diǎn)，好像我的這篇文檔也該結(jié)束了。呵呵。還不盡然，這是Makefile的主線和核心，但要寫好一個(gè)Makefile還不夠，我會以后面一點(diǎn)一點(diǎn)地結(jié)合我的工作經(jīng)驗(yàn)給你慢慢到來。內(nèi)容還多著呢。：）
二、一個(gè)示例
正如前面所說的，如果一個(gè)工程有3個(gè)頭文件，和8個(gè)C文件，我們?yōu)榱送瓿汕懊嫠龅哪侨齻€(gè)規(guī)則，我們的Makefile應(yīng)該是下面的這個(gè)樣子的。
??? edit : main.o kbd.o command.o display.o \
?????????? insert.o search.o files.o utils.o
??????????? cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o \
?????????????????????? insert.o search.o files.o utils.o
??? main.o : main.c defs.h
??????????? cc -c main.c
??? kbd.o : kbd.c defs.h command.h
??????????? cc -c kbd.c
??? command.o : command.c defs.h command.h
??????????? cc -c command.c
??? display.o : display.c defs.h buffer.h
??????????? cc -c display.c
??? insert.o : insert.c defs.h buffer.h
??????????? cc -c insert.c
??? search.o : search.c defs.h buffer.h
??????????? cc -c search.c
??? files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
??????????? cc -c files.c
??? utils.o : utils.c defs.h
??????????? cc -c utils.c
??? clean :
??????????? rm edit main.o kbd.o command.o display.o \
?????????????? insert.o search.o files.o utils.o
反斜杠（\）是換行符的意思。這樣比較便于Makefile的易讀。我們可以把這個(gè)內(nèi)容保存在文件為“Makefile”或“makefile”的文件中，然后在該目錄下直接輸入命令“make”就可以生成執(zhí)行文件edit。如果要?jiǎng)h除執(zhí)行文件和所有的中間目標(biāo)文件，那么，只要簡單地執(zhí)行一下“make clean”就可以了。
在這個(gè)makefile中，目標(biāo)文件（target）包含：執(zhí)行文件edit和中間目標(biāo)文件（*.o），依賴文件（prerequisites）就是冒號后面的那些 .c 文件和 .h文件。每一個(gè) .o 文件都有一組依賴文件，而這些 .o 文件又是執(zhí)行文件 edit 的依賴文件。依賴關(guān)系的實(shí)質(zhì)上就是說明了目標(biāo)文件是由哪些文件生成的，換言之，目標(biāo)文件是哪些文件更新的。
在定義好依賴關(guān)系后，后續(xù)的那一行定義了如何生成目標(biāo)文件的操作系統(tǒng)命令，一定要以一個(gè)Tab鍵作為開頭。記住，make并不管命令是怎么工作的，他只管執(zhí)行所定義的命令。make會比較targets文件和prerequisites文件的修改日期，如果prerequisites文件的日期要比targets文件的日期要新，或者target不存在的話，那么，make就會執(zhí)行后續(xù)定義的命令。
這里要說明一點(diǎn)的是，clean不是一個(gè)文件，它只不過是一個(gè)動(dòng)作名字，有點(diǎn)像C語言中的lable一樣，其冒號后什么也沒有，那么，make就不會自動(dòng)去找文件的依賴性，也就不會自動(dòng)執(zhí)行其后所定義的命令。要執(zhí)行其后的命令，就要在make命令后明顯得指出這個(gè)lable的名字。這樣的方法非常有用，我們可以在一個(gè)makefile中定義不用的編譯或是和編譯無關(guān)的命令，比如程