浅析Linux开发工具之Makefile

一、什么是Makefile
在windows平台下，有很多的IDE供我们使用，我们不会去考虑怎么把一个很大的工程编译链接为一个可执行程序，因为这些事IDE都为我们做了，而在Linux平台下，我们并没有这么高端的IDE供我们使用，所以为了在Linux平台下能很好的编译链接大型的项目，我们必须要学会使用Makefile，是否能很好的使用Makefile也从侧面体现了一个Linux程序员是否是合格的能开发大型项目的程序员。
Makefile关系到了整个工程的编译规则。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，因为makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。

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是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具，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。

二、Makefile的核心
Makefile最重要的两个点就是依赖关系和与依赖关系对应的依赖方法。
1、什么是赖以关系?
前面在gcc/g++的介绍里面说了，从.c源文件到生成可执行文件需要预处理、编译、汇编、链接四个步骤，每个步骤生成的文件分别是文件预处理后的.i文件、汇编代码.s文件、目标.o文件、可执行文件。
所以这儿有这样的依赖关系：
预处理的.i文件 依赖于 源文件.c文件
汇编代码.s文件 依赖于 预处理后的.i文件
目标文件.o文件 依赖于 汇编代.s文件
可执行文件 依赖于 目标文件.o文件
2、与依赖对应的依赖方法
这个其实很好理解，就是依赖关系中的被依赖文件怎么生成
目标文件的。
比如：
.c文件生成.i文件的过程：gcc -o file.i -E file.c

三、一个Makefile文件示例
1、源文件
头文件：proc.h

 1#pragma once
 2 #include 
 3 
 4 void proc();

实现文件：proc.c

 1 #include "proc.h"
 2 #include 
 3 
 4 void proc()
 5 {
 6     char buf_char[101] = { 0 };
 7     int i = 0;
 8     char* action = "/_|\\";
 9     for(; i < 101; ++i)
 10     {
 11         buf_char[i] = '=';
 12         if(i < 33)
 13         {
 14             printf("\033[35m[%-101s]\033[0m %d%% %c\r", buf_char, i, action[i%4]);
 15         }
 16         else if(i < 66)
 17         {
 18             printf("\033[34m[%-101s]\033[0m %d%% %c\r", buf_char, i, action[i%4]);
 19         }
 20         else
 21         {
 22             printf("\033[32m[%-101s]\033[0m %d%% %c\r", buf_char, i, action[i%4]);
 23         }
 24         fflush(stdout);
 25         sleep(1);
 26     }
 27     printf("\n");
 28 }

测试文件：test.c

  1 #include "proc.h"
  2 
  3 int main()
  4 {
  5     proc();
  6     return 0;
  7 }

2、Makefile文件

 1 test:test.o proc.o
 2     gcc -o test test.o proc.o
 3 test.o:test.s
 4     gcc -o test.o -c test.s
 5 test.s:test.i
 6     gcc -o test.s -S test.i
 7 test.i:test.c
 8     gcc -o test.i -E test.c
 9 
 10 proc.o:proc.s
 11     gcc -o proc.o -c proc.s
 12 proc.s:proc.i
 13     gcc -o proc.s -S proc.i
 14 proc.i:proc.c
 15     gcc -o proc.i -E proc.c
 16 
 17 .PHONY:clean
 18 clean:
 19     rm -f test test.o test.s test.i proc.o proc.s proc.i

其中16-19行后面会讲解。
这个是自己写的一个模拟进度条的小程序，这里需要注意的几个点是：
1)回车和换行的区别：回车是回到行首不换行，换行是换到下一行；
2)标准输出默认的刷新方式是行缓冲，也就是当遇到换行时，才把缓冲区里的内容打印到标准输出上。
3)关于printf函数在终端打印输出带颜色的字体，可以参考：http://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/40588145

下面来看一看makefile的效果：

make命令执行前，只有我们编写好的源文件和makefile文件，我们执行make命令后，该命令会在找名为makefile（Makefile）的文件，然后根据依赖关系依次执行方法（具体的实现机制后面讲）。

可以看到在我们执行make命令后，先执行了依赖关系对应的依赖的方法，然后生成了对应的文件。test文件就是我们要的目标文件。

程序的效果如下图：

看到这儿也许大家会讲，makefile文件的编写也太复杂了吧，得把每一个依赖关系和依赖放法斗这么写出来，工作量有人小，其实不然，上面的例子是为了先展示一下makefile的用法，makefile其实是可以这样写的：

  1 test:test.c proc.c
  2     gcc -o test test.c proc.c
  3 
  4 .PHONY:clean
  5 clean:
  6     rm -f test

依赖关系只有最终我们想要的目标文件和它间接依赖的文件（源文件）。

先执行伪目标clean清空工程（关于伪目标后面会提到），然后修改Makefile内容为上述内容。
在执行make命令，结果为：
上述倒数第四行说明这儿只执行了一句依赖方法：gcc -o test test.c proc.c，而且只生成了一个目标文件test。执行可执行程序，结果与前面一致。

四、书写规则
1、依赖关系必须是从行首开始；
2、依赖方法必须是以Tab键开头。

五、Makefile的工作方式
我们要写一个Makefile来告诉make命令如何编译和链接这几个文件。
1、编译规则：
1）如果这个工程没有编译过，那么我们的所有C文件都要编译并被链接。
2）如果这个工程的某几个C文件被修改，那么我们只编译被修改的C文件，并链接目标程序。
3）如果这个工程的头文件被改变了，那么我们需要编译引用了这几个头文件的C文件，并链接目标程序。

2、执行机制：
1）make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件，没找到即报错；
2）如果找到，就从Makefile的顶部到底部依次读取依赖关系、和依赖方法；
3）要是当前的依赖关系中的两个文件都存在，则执行它们的依赖方法，否则就继续向下读取，直到找到依赖关系中两个文件都存在的地方；
4）要是一直找不到依赖关系中两个文件都已存在的地方，就报错，否则找到了并执行对应依赖方法之后，检查是否它前面的依赖关系需要的文件都已存在，是，则一层层开始向上返回，就像递归一样，否，继续向下找。
其实可以总结为Makefile是自动推导的，不需要我们去指定它怎么工作，它会自动的根据依赖关系和依赖方法去完成工作，我们只需要敲出命令make即可。

这就是整个make的依赖性，make会一层又一层地去找文件的依赖关系，直到最终编译出第一个目标文件。

六、清理编译的工程文件
上面例子中的16-19行：

 17 .PHONY:clean
 18 clean:
 19     rm -f test test.o test.s test.i proc.o proc.s proc.i

貌似并不认识这是什么，长得奇奇怪怪的，它其实是一个我们的辅助工具，帮我们清理编译工程文件生成的文件，方便我们对工程的重新编译。
每个Makefile中都应该写一个清空目标文件（.o和执行文件）的规则，这不仅便于重编译，也很利于保持文件的清洁。

.PHONY意思表示clean是一个“伪目标”，有什么作用呢，作用就是这个目标是一个“伪君子“，喜欢装正经，需要我们解开它的伪装，它才能很好的工作。
因为它是伪目标，所以make在执行是对它视而不见，执行到它时就停止退出。所以我们才能生成工程的编译文件，而不是刚生就被我们的伪目标清理了。
当然，clean的规则不要放在文件的开头，不然，这就会变成make的默认目标，相信谁也不愿意这样。不成文的规矩是——“clean从来都是放在文件的最后”。

通过上述分析，我们知道，像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行，不过，我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”，以此来清除所有的目标文件，以便重编译。