Linux gcc和make学习

GCC

gcc全程是（GNU compiler collection CNU编译器套件），是由GNU开发的编程语言编辑器，它包含有gcc、g++，但是不仅限于这两种编译器；gcc不仅可以编译c/c++，还可以编译其他的语言包括java等，gcc可以实现跨不同的硬件平台编译，也就是交叉编译，比如在a平台可以编译b平台上的程序，常用支持linux、windows等。

gcc的安装

# 安装必须有管理员程序
# ubuntu
$ sudo apt update # 更新本地下载列表，获取最新的下载地址
$ sudo apt install gcc g++

# centos
$ sudo yum update
$ sudo yum install gcc g++

# 查看gcc版本
$ gcc -v
$ gcc --version

$ g++ -v

gcc的工作流程

gcc编译器对程序的编译主要分为4个阶段：预编译（预处理）、编译和优化、汇编、链接，gcc的编译器可以将这4个步骤合并成一个，下面分别介绍这四个步骤做了什么事情

• 预编译（预处理）：在这个阶段主要做了三件事情：展开头文件、宏替换、去掉注释行，这一阶段由gcc的预处理器完成，最终得到的还是源文件，文本格式。
• 编译：这个阶段需要调用gcc编译器对文件进行编译，最终得到一个汇编文件
• 汇编：这个阶段需要调用gcc的汇编器对文件进行汇编，最终得到一个二进制文件
• 链接：这个阶段需要调用gcc的链接器对程序需要调用的库进行链接，得到一个可以执行的文件

分步完成：比如有一个为file.c的源文件（麻烦版）

预处理 gcc -E file.c -o file.i

编译 gcc -S file.i -o file.s

汇编 gcc -c file.s -o file.o

链接 gcc file.o -o file

file.c

file.i

file.s

file.o

file可执行文件

一步到位：使用gcc file.c -o aa可以直接生成编译链接后的file的可执行文件aa，直接使用./aa就可以执行。

GCC用到的参数

• -E：对文件进行预处理，不进行编译，生成的还是源文件
• -S：对文件进行编译，生成一个汇编文件
• -c：对文件进行汇编，生成一个二进制文件
• -o：用来指定生成的文件的名称
• -I：指定include包含文件的搜索目录

makefile

• 一般来说，使用gcc的命令行进行程序的编译在单个文件下是非常方便的，但是在实际的应用中，一个工程总不会是由单个文件构成的，往往是由多个文件构成的，当工程的文件逐渐增多，甚至非常庞大，使用GCC进行编译就会变得力不从心，这个时候可以使用make构造工具来完成这个艰巨的任务。
• make是一个解释makefile中指令的命令工具。make工具在构造项目的时候需要加载一个makefile的文件，makefile关系到整个工程的编译规则，当一个工程中的源文件不计其数，按照类型、功能、模块划分在若干目录中时，这些文件之间存在着各种的依赖关系，makefile可以定义一系列的规则来指定哪一些文件需要先编译，哪一些文件需要后编译，哪一些文件需要重新编译等。
• mekefile类似于一个shell脚本，所以也可以执行操作系统的一些命令。
• 使用makefile可以自动化编译，极大的提高了软件开发的效率
• makefile文件有两种命名的方式makefile和Makefile，构建的时候在哪一个目录下执行make命令，哪一个目录的makefile文件就会被加载，因此一个项目中可以有多个makefile文件，分别存放在不同的项目目录中。

# 比如当前目录下有以下文件：add.c,clean,dic.c,head.h,main.c,makefile,sub.c
# 如果是使用gcc来对文件进行编译可以执行一下命令，生成app可执行命令
$ gcc *.c -o app
# 如果使用make命令可以直接
$ make
# 如果编译完成，可以直接使用以下命令删掉所有的编译文件
$ make clean

makefile的规则

# 每条规则的语法格式为：
target1,target2,... : depend1.depend2,...
	command
	......
	......

每一条规则都有三个部分组成：目标（target）、依赖（depend）、命令（command）

• 命令（command）：当前这条规则的动作，一般情况下这个动作都是一个shell命令；动作可以是一个也可以是多个，每个命令前都必须有一个Tab缩进并且独占一行

• 依赖（depend）：规则所必须的依赖条件，如果规则不需要任何依赖，那么依赖可以为空；当前的规则可以是其规则的某一个目标，这就形成了规则之间的嵌套；依赖可以有多个

• 目标（target）：规则中的目标，目标与命令是对应的；规则中可以有多个命令，多条命令可以生成多个目标，所以目标可以有多个；通过规则中的命令值执行一个动作，不生成任何文件，这样的目标叫做伪目标

  举一个不太恰当的比喻，目标、依赖、命令的关系就好像是用材料做蛋糕的关系：目标就是我们要做的蛋糕，依赖就是做蛋糕原材料，命令就是用原材料做蛋糕的具体步骤，一个语法正确的规则，往往是一条shell命令对依赖关系的处理得到目标的过程。

# 规则中的嵌套关系
# 规则1
app:a.o b.o c.o
	gcc a.o b.o c.o -o app
# 规则2
a.o:a.c
	gcc -c a.c -o a.o
# 规则3
b.o:b.c
	gcc -c b.c -o b.o
# 规则4
c.0:c.c
	gcc -c c.c -o c.o

工作原理

• 在调用make命令编译程序的时候，make会首先找到makefile文件的第1个规则，分析并执行相关的动作。但是需要注意的是，很多时候要执行的动作（命令）中的以来关系是不存在的，如果使用的以来关系不存在这个动作也不会被执行。
• 遇到以上的情况，首先会将需要的依赖关系生成出来，以此类推，直到makefile的第一条规则的所有的依赖关系都被生成，第一条命令就可以基于这些依赖生成对应的目标，make任务也就结束了。
• 换句话说，makefile的后续的规则，都是为了第一条命令来服务的。
• 如果想要执行单条规则，可以使用make 目标名来执行单条规则。

情况1：依赖存在，但是目标不存在

• 直接根据依赖生成目标

情况2：目标和依赖都不存在，目标时间戳>依赖时间戳，属于正常情况，不执行
情况3：依赖的时间戳>目标的时间戳，make重新生成目标

自动生成

make有自动推导能力，不会完全依赖与makefile。换句话说，make有一些隐藏的默认规则，这些规则就算不编写在makefile，make也会自动执行对应的规则，生产目标文件。

有的时候，我们可以不使用默认的规则生成目标，比如在编译一个多文件的程序中，如果只使用一条规则对多文件进行编译，当我们修改其中的一个文件时，通过make构建工具还是会把整个的文件全部编译一次，如果文件的数量很多，就会非常消耗时间；但是如果我们把默认规则都列举出来，就可以进行分步编译，当只修改其中一两个文件是，不需要对全部的依赖文件都编译一次，可以大大的提高编译的效率。

如果文件有修改，只编译修改的东西，可以加快编译的速度，只编译对应修改的以来关系的链条

makefile的变量

makefile的变量分为三种：自定义变量、预定义变量和自动变量

自定义变量

用户自己定义的变量叫做用户自定义变量，makefile的变量是没有类型的，直接创建变量的名字然后给其赋值即可

# 正确的定义自定义变量
变量名=变量值

在给makefile的变量赋值之后，可以使用$(变量的名字)来将变量的值取出来

# 用户自定义变量
# 定义一个变量
obj=a.o b.o c.o
# 规则1
app:$(obj)
	gcc $(obj) -o app

预定义变量

makefile中有一些已经定义的变量，用户可以直接使用这些变量，不用进行定义，在某一些条件下，makefile会使用这些预定义的值进行编译，这些预定义变量的名字一般都是大写，经常采用的预定义变量如下表所示：

• CC：默认值为 cc ，是gcc的意思，一般用来编译c程序
• CXX：默认值为 g++，一般用来编译c++程序
• CFLAGS：c语言编译器的编译选项，没有默认值，要用户自己赋值

# 预定义变量
# 定义变量
target=app
obj=a.o b.o c.o
CFLAGS=-O3 # 代码优化（有四种优化级别分别是0-3）
# 规则1
$(target):$(obj)
	$(CC) $(obj) -o $(target) $(CFLAGS)

自动变量

自动变量用来代表这些规则中的目标文件和依赖关系，并且它们只能在规则的命令中使用

• $@：表示目标文件的名称。包括扩展名
• $^：在依赖项中，所有不重复的依赖文件，这些文件直接以空格分开
• $<：在依赖项中的第一个依赖文件的名称

# 自动变量
# 定义变量
target=app
obj=a.o b.o c.o

# 规则1
$(target):$(obj)
	gcc $^ -o $@

模式匹配

通过一个公式来代表若干满足条件的规则，用于精简makefile

以下代码中可以使用通配符%来匹配名字

# 规则中的嵌套关系
# 规则1
app:a.o b.o c.o
	gcc a.o b.o c.o -o app
# 规则2
a.o:a.c
	gcc -c a.c -o a.o
# 规则3
b.o:b.c
	gcc -c b.c -o b.o
# 规则4
c.0:c.c
	gcc -c c.c -o c.o

# 规则中的嵌套关系
# 规则1
app:a.o b.o c.o
	gcc a.o b.o c.o -o app
%.o:%.c
	gcc -c $< -o $@

函数

makefile中有很多函数并且所有的函数都具有返回值，makefile中的函数写法如下：$(函数名 参数1，参数2，参数3，...)

wildcard函数

这个函数的主要作用是获取指定目录下指定类型的文件名，其返回值是以空格分割的，指定目录下所有符合条件的文件名列表

# 函数原型
$(wildcard PATTERN...)
	参数：指定某个目录，搜索这个路径下指定类型的文件，可以指定多个目录，每一个路径之间用空格隔开

# 返回值：得到若干文件的文件列表，文件名之间使用空格间隔

# 搜索三个不同目录下的.c源格式文件
src=$(wildcard *.c ./sub/*.c /home/robin/b/*.c)

patsubst函数

这个函数的功能是按照孩子定的模式替换指定的文件名的后缀

# 有三个参数，参数之间用逗号隔开
$(patsubst pattern,replacement.text)

# pattern：模式字符串。需要指出要被替换的文件名的后缀是什么，文件名和路径不需要关心，使用 % 即可，如 %.c
# replacement：模式字符串，致命pattern中的后缀最终要被替换为什么；还是使用 % 表示路径和名字，指定新的后缀名即可，比如 %.o
# text：该参数中存储要被替换的原始数据
# 返回值：返回被替换过后的字符串

# 把变量src中所有文件名的后缀从.c替换为.o
src=a.c b.c c.c
obj=$(patsubst %.c,%.o,$(src))

使用函数搜索当前的目录下的c文件，并且修改名字

# 规则中的嵌套关系
# 规则1
app:a.o b.o c.o
	gcc a.o b.o c.o -o app
%.o:%.c
	gcc -c $< -o $@

target=app
src=$(whilecard *.c)# 搜索当前目录下所有的.c文件
obj=$(patsubst %.c,%.o,$(src))
$(target):$(obj)
	gcc $^ -o $@

%.o:%.c
	gcc -c $<

伪声明

target=app
src=$(whilecard *.c)# 搜索当前目录下所有的.c文件
obj=$(patsubst %.c,%.o,$(src))
$(target):$(obj)
	gcc $^ -o $@

%.o:%.c
	gcc -c $<

# 这是一条伪声明，没有依赖，也不生成文件（伪目标）
clean:
	rm $(obj) $(target)

对伪目标的声明，以避免make对文件的时间戳进行检测，需要使用.PHONY关键字，声明方式为.PHONY:伪文件名称

# 最终版
target=app
src=$(whilecard *.c)# 搜索当前目录下所有的.c文件
obj=$(patsubst %.c,%.o,$(src))
$(target):$(obj)
	gcc $^ -o $@

%.o:%.c
	gcc -c $<

# 这是一条伪声明，没有依赖，也不生成文件（伪目标）
.PHONY:clean
clean:
	-rm $(obj) $(target) # 加-表示即使第一条命令执行失败，后面的命令也要继续执行
	...