【嵌入式】Makefile 学习笔记记录 | 嵌入式Linux

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前言

开发板平台：飞凌嵌入式ElfBoard ELF-1
参考视频和资料：飞凌嵌入式ElfBoard ELF-1软件学习书册
韦东山：https://www.bilibili.com/video/BV1kk4y117Tu?p=6&vd_source=3018264d4331e8fc267f9d68c24ee20f

一、Makefile的引入——最简单的gcc编译过程

keil,mdk,avr这些工具全自动编译的内部机制依然是makefile

这里我们先随便写两个C文件（a.c 和b.c），用最传统的gcc编译一下：

a.c:

#include 
void funB();
int main() {
	funB();
	return 0;
}

b.c:

#include 
void funB() {
	printf("hello B!\n");
}

然后我们上传到虚拟机上进行编译：

gcc -o test a.c  b.c

然后执行

./test

从a.c b.c到可执行文件test经历了什么？：
总的来说就是四步：预处理，编译，汇编，链接（一般来说前三步统称为编译）
a.c ->a.s->a.o
b.c ->b.s->b.o
最后两个.o链接在一起生成可执行文件test

我们可以在gcc命令后加上 -v看到编译链接的完整过程：

gcc -o test a.c  b.c -v

具体内容很多，就不一一截图了：

这样gcc有个很明显的缺点：
不论a.c b.c有没有被更改过，每次gcc都会重新编译链接所有的C文件。有的时候我们只修改了很小一部分的C文件，但此时我们gcc会全部重新编译，这很耽误时间。

makefile就能解决这个问题。
它可以把刚刚gcc这个过程解构成一系列小的编译过程：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test  a.o b.o

这三句命令的含义如下：

gcc -c -o a.o a.c：这个命令使用 GCC 编译器将源文件 a.c 编译成目标文件 a.o。具体解释如下：
-c 选项表示只进行编译，而不进行链接，生成目标文件。
-o a.o 选项指定输出文件的名称为 a.o。
a.c 是源文件的名称。

gcc -c -o b.o b.c：这个命令与第一条类似，将源文件 b.c 编译成目标文件 b.o。

gcc -o test a.o b.o：这个命令使用 GCC 编译器将目标文件 a.o 和 b.o 进行链接，生成一个名为 test 的可执行文件。
-o test 选项指定输出文件的名称为 test。
a.o b.o 是链接的目标文件。

综合起来，这三条命令用于分别编译两个源文件 a.c 和 b.c，然后将生成的目标文件 a.o 和 b.o 链接在一起，形成一个名为 test 的可执行文件。
makefile如何自己的这些文件被修改了？：
在第一行 判断到a.c比a.o新，就说明a.c被更新过了，就可以重新编译
在第二行 判断到b.c比b.o新，就说明b.c被更新过了，就可以重新编译
在第三行 判断到a.o b.o比test新，就说明a.o b.o被更新过了，就可以重新编译

二、Makefile的规则

makefile的基本语法格式为：

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目标文件：依赖文件
TAB 命令

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当依赖比目标新的时候 or 该目标文件直接不存在的时候，就会执行命令

我们在刚刚的文件夹中新建一个makefile:

然后执行make两此看一下效果：

make
make

第一次Make正确得运行了我们makefile里面写的所有语句
第二次make因为没有检测到依赖项更新，所以并没有重新编译

我们再做一个小实验，即只修改a.c ，只修改b.c 以及同时修改a.c和b.c再分别执行make的效果：

可以看到，我们修改了啥，make时也只会重新执行依赖项变动的语句，没有修改的部分不会重新执行命令。
（touch 命令是用来更新文件的访问和修改时间戳的工具，如果文件不存在，则会创建一个空白文件。它不会修改文件的内容，只是更新文件的元数据。所以，touch 命令不会改变文件的内容，只是改变文件的时间戳。相当于变相修改了文件）

三、Makefile的语法

3.1、通配符

我们再增加一个c.c文件，里面有一个函数func():

#include 
void funC() {
	printf("hello C!\n");
}

再把a.c里的内容改一下，把函数func加上去：

#include 
void funB();
void funC();
int main() {
	funB();
	funC();
	return 0;
}

再使用通配符对makefile里面的语句进行一定的修改：

1）$^表示所有的依赖文件
2）使用 $< 表示第一个依赖文件（源文件），使用 $@ 表示目标文件。
这样就可以把gcc -o -c a.o a.c 和gcc -o -c b.o b.c合并成一句话了

我们在虚拟机上看一下效果：

这里make没啥问题，正常工作了。

3.2、假想目标 .phony

phony，英语单词，主要用作形容词、名词，作形容词时译为"假的，欺骗的"
我们首先补一下make clean的内容 我们修改一下makefile中的内容：

增加了一句话：

clean:
	rm *.o test

Makefile 中还包含了一个 clean 目标，用于清理生成的目标文件和可执行文件：
当执行 make clean 时，它将删除当前目录下的所有 .o 文件和 test 可执行文件。

我们上虚拟机实验一下：

发现所有的.o文件和可执行文件test均被清除了，这就是make clean的作用

在讲完clean之后，正式引出我们的makefile的一个语法：

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make [目标]
比如说make clean，就会寻找makefile里面名为clean的目标，执行其tab后的命令
如果make后没有加东西（直接就是make）,那么系统会默认自动执行第一个目标的命令，在上文中，就会自动执行test目标的命令。

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在这个规则下有一个bug，就是遇到同名文件的情况（这里以clean同名文件为例子），**因为在makefile里并没有clean的依赖项文件。**之前是因为没有clean这个东西，所以执行会很顺利。

我们在虚拟机上新建一个名为clean的文件，我们先make，再执行make clean。此时根据makefile的规则，系统没有检测到clean发生改变（因为存在同名文件clean），那么执行make clean时就不会正确执行：

解决办法：我们把clean设置为假想目标就能解决这个问题。
我们稍微改一下makefile:

这里使用了 .PHONY 目标，它告诉 Make 这个目标不对应真实的文件名。这样做的目的是防止与同名的实际文件冲突，同时确保即使存在同名文件，make clean 也能正常执行。
这回我们再实验一下就对了：

3.3、即时变量 延时变量

我们写一个新的makefile:

这个 Makefile 定义了两个变量 A 和 B，然后在 all 目标中使用了这两个变量。以下是中文解释：

A := abc 表示定义了一个变量 A，其值为 “abc”。:= 是一种赋值方式，表示覆盖先前的值。(即刻确定)
B = 123 表示定义了一个变量 B，其值为 “123”。= 也是一种赋值方式，但是它是延迟赋值，即在使用变量时才会展开。（延迟确定）

all 目标中使用了 echo $(A) 和 echo $ (B) 分别输出变量 A 和 B 的值。在 Makefile 中，$() 用于引用变量的值。echo 是一个在命令行中常用的命令，用于将文本输出到标准输出设备（通常是终端）。在类Unix系统（如Linux）和类似的命令行环境中，echo 命令通常用于显示文本。

我们make一下看看效果：

我们可以在echo前面加上@ ：

这样就不会打印命令本身了：

到这里我们还看不出即时变量和延时变量的区别，我们再makefile添一些代码：

A是即可确定，但此时C还并没被赋值，所以这时会打印空
B是使用时才确定，所以不会为空
我们实验一下：

我们如果更改C=abc的位置呢：

最后结果还是不影响：（即C位置不影响B，系统会对makefile整体进行分析）

最后我们再介绍两种符号：+= ?=
在makefile里我们做如下更改：

make一下看看效果：

1）+= 运算符：用于追加值到变量。使用 += 时，它会将右侧的值追加到已经存在的变量值的末尾。如果变量之前未定义，则行为类似于简单的赋值。
2）?= 运算符：用于给变量赋值，但仅在该变量之前未定义时才赋值。使用 ?= 时，它会检查变量是否已经定义，如果已定义则不进行赋值，否则将变量赋予指定的默认值。

总结：
1）：= 即时变量
2）= 延时变量
3）？=延时变量 是第一次定义才起效果
4）+= 附加 它是即时变量还是延时变量 取决于前面

四、Makefile的函数

4.1、foreach

foreach 是GNU Make中的一个函数，用于进行循环迭代。其基本语法如下：

$(foreach var, list, text)

var: 循环中的临时变量，表示每次迭代中的当前元素。

list: 要迭代的列表，可以是以空格分隔的多个元素。

text: 在每次迭代中对var进行操作的文本块。

我们写一个新的makefile:

A=a b c: 定义了一个变量A，包含三个元素a、b和c。
B=$(foreach f, $(A), $(f).o): 使用foreach循环，将A中的每个元素加上.o后缀，并将结果存储到变量B中。
all:: 定义了一个目标规则名为all。@echo B = $(B): 在执行all目标时，打印出变量B的值。
最后结果：

4.2、filter

filter 是GNU Make中的一个函数，用于从列表中筛选出符合指定条件的元素。其基本语法如下：

$(filter pattern..., text)

pattern…: 一个或多个模式，用于指定筛选条件。可以包含通配符 %。
text: 要进行筛选的文本块，通常是一个以空格分隔的元素列表。
filter函数会返回text中符合给定模式的元素列表。模式之间使用空格分隔。

filter函数还支持反向操作，使用filter-out可以筛选出不符合指定条件的元素。例如：

C = $(filter-out a%, $(A))

在这个例子中，匹配A中不以字母’a’开头的元素。

我们写一个新的Makefile:

C = a b c d/: 定义了一个变量C，包含四个元素a、b、c和d/。
D = $(filter %/, $©): 使用filter函数，从C中筛选出以’/'结尾的元素，存储到变量D中。在这个例子中，D的值为d/。
E = $(filter-out %/, $©): 使用filter-out函数，从C中筛选出不以’/'结尾的元素，存储到变量E中。在这个例子中，E的值为a b c。

最后结果：

4.3、wildcard

wildcard 是 GNU Make 中的一个函数，用于匹配文件名模式，返回匹配到的文件列表。其基本语法如下：

$(wildcard pattern)

pattern: 文件名模式，可以包含通配符 * 和 ?。
wildcard 函数会返回符合指定文件名模式的文件列表。通常，这个函数用于获取文件列表并将其赋值给一个变量，以便在 Makefile 中进一步处理这些文件。
我们写一个新的makefile:

files=$(wildcard *.c)：使用 wildcard 函数匹配当前目录下所有以 .c 结尾的文件，并将结果存储到变量 files 中。
最后结果：

扩展应用：可以用检查目录下面哪些文件是真实存在的

定义了一个变量 files2 包含了一组源文件名，然后使用 wildcard 函数来获取这些文件的实际存在的文件列表并存储在变量 files3 中。（注意d.c e.c是不存在的）
最后结果：

4.4、patsubst

patsubst 是在 Makefile 中用来替换模式的函数之一。它用于将一个字符串中符合指定模式的部分替换成另一个模式。基本语法是：

$(patsubst pattern,replacement,text)

pattern 是要匹配的模式，可以包含 % 通配符，表示零个或多个字符。
replacement 是替换的模式。
text 是要进行替换操作的原始文本。

我们改一下makefile:

Makefile 中，定义了一个变量 files2 包含了一组源文件名，其中包含一个不是以 .c 结尾的文件 abc。接着，使用 patsubst 函数将每个源文件名的扩展名从 .c 替换为 .d，并将结果存储在变量 dep_files 中。

最后结果：

五、Makefile升级

5.1、包含头文件在内的依赖关系（自动生成依赖文件）

我们使用前面一样的程序来进行实验：
a.c:

#include 
void funB();
void funC();
int main() {
	funB();
	funC();
	return 0;
}

b.c:

#include 
void funB() {
	printf("hello B!\n");

}

c.c：（进行了一点点修改）

#include 
#include "c.h"
void funC() {
	printf("This is C=%d\n",C);
}

新建一个c.h

#define C 1 

然后我们make加执行一下：


我们这里做一个小小的改动，把头文件中define的数从1改为2：

#define C 2 

然后我们再make一下看看效果：

我们可以看到make并没有顺利执行，而且C依然为1 ，说明还是有点小问题

那这是因为什么原因导致的呢：？
因为我们的c.c是依赖于c.h的，但是makefile中并没有把这种依赖关系写出来，所以makefile也不知道c.h更新了。

我们再makefile中重新添加了：

c.o:c.c c.h

然后我们再make一下就对了：

但是这样做是不可能的，在大型项目里面，我们每一个C文件几乎都有头文件，我们不可能手动把这些头文件的依赖关系一行行在makefile全部都写出来，我们需要自动去生成这些规则。

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在讲解今天的正式内容前，我们先介绍三个查看依赖关系的命令：

gcc -M c.c

上述命令会使用 gcc 编译器并使用 -M 选项来生成 c.c 源文件的依赖关系，是立刻打印出来

gcc -M -MF c.d c.c

这个命令也会生成 c.c 源文件的依赖关系，但是通过 -MF c.d 选项指定了输出文件为 c.d。这意味着生成的依赖关系将被保存到 c.d 文件中，而不是输出到标准输出流。

gcc -c -o c.o c.c -MD -MF c.d

这个命令用于编译 c.c 源文件为目标文件 c.o。参数 -c 表示编译成目标文件，-o c.o 指定输出文件为 c.o。-MD 选项用于生成 .d 文件，-MF c.d 则指定生成的依赖关系文件为 c.d。这意味着除了生成目标文件 c.o 外，还会生成一个描述依赖关系的文件 c.d。

按照我们刚刚介绍的gcc依赖关系规则，我们修改一下makefile:


（ls 命令用于列出目录中的文件和子目录。而 ls -a 命令也会列出目录中所有的文件和子目录，包括以 . 开头的隐藏文件或隐藏目录，这些文件或目录在普通的 ls 命令中是不可见的。）

从这里我们可以看到这些依赖关系被自动生成出来了
刚刚makefile里的这句话就可以不用写了：

c.o:c.c c.h

我们再改一下makefile:

这一行使用了 Makefile 中的函数 patsubst，它用于替换模式。具体来说，% 是一个通配符，表示每个目标文件名。$(patsubst$(objs)) 的作用是将目标文件列表中的每个目标文件名（a.o, b.o, c.o）替换成相应的依赖关系文件名（.a.o.d, .b.o.d, .c.o.d）。

可以看到我们的依赖文件已经被生成出来了。

接下来我们再改一改，把这些检测到的依赖文件包含进去：

objs=a.o b.o c.o
dep_files:=$(patsubst %,.%.d,$(objs))
dep_files:=$(wildcard $(dep_files))

这里定义了目标文件列表 objs 和依赖关系文件列表 dep_files。使用 patsubst 函数将目标文件列表转换为相应的依赖关系文件列表，然后通过 wildcard 函数获取实际存在的依赖关系文件。

ifneq ($(dep_files),)
include $(dep_files)
endif

这里使用条件语句检查是否存在依赖关系文件列表 dep_files，如果存在，则通过 include 关键字包含这些依赖关系文件。这样，Make 就能够了解源文件之间的依赖关系，从而在需要重新编译时执行相应的规则。

我们这时候试一下修改c.h里的宏定义如下：

#define C 3 

这时候我们再make就不会再出现之前的情况了：即宏定义改了make之后打印出来依然不变的情况
最后结果：

我们可以看到改为了3，make后就自动识别了头文件的依赖关系，打印出来了3，实现了我们最初的目标：自动识别依赖关系（自动生成依赖文件）。

5.2、添加CFLAGS

我们在makefile里添加几条命令：

CFLAGS=-Werror 设置了一个编译选项，即启用了 -Werror。这个选项的含义是将所有警告视为错误，即编译过程中如果产生了任何警告，就会导致编译失败。这样做的目的是强制要求代码中不允许存在任何警告，以确保代码的质量和稳定性。

CFLAGS 是一个用于存储传递给 C 编译器的额外参数和标志的 Makefile 变量。这些参数和标志可以影响编译的行为，例如警告级别、优化选项、头文件路径等 在 Makefile 中使用 CFLAGS 变量有助于集中管理编译选项，使得构建过程更加灵活和易于维护。

当你设置 CFLAGS 时，可以包含各种编译器选项，这些选项会影响代码的编译和生成。以下是一些常见的 CFLAGS 选项的例子：

启用调试信息：

CFLAGS = -g

这个选项启用了编译器生成的调试信息，有助于在调试阶段中进行源代码级别的调试。

优化级别：

CFLAGS = -O2

这个选项启用了优化级别 2，以提高生成代码的运行性能。可选的优化级别包括 -O0（无优化）、-O1、-O2、-O3 等。

指定头文件搜索路径：

CFLAGS = -I/path/to/include

这个选项指定了编译器在搜索头文件时要查找的路径。

定义宏：

CFLAGS = -DDEBUG

这个选项定义了一个名为 DEBUG 的宏，可以在源代码中使用条件编译。

关闭某些警告：

CFLAGS = -Wno-unused-variable

这个选项关闭了关于未使用变量的警告。

启用全部警告：

CFLAGS = -Wall -Wextra

这个选项启用了大多数可用的警告，帮助开发者发现潜在的问题。

指定目标架构：

CFLAGS = -march=native

这个选项根据编译运行代码的计算机的架构进行优化。

来个实际点的makefile例子：

CC = gcc
CFLAGS = -g

# 目标文件
TARGET = my_program

# 源文件
SRC = main.c

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(SRC)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SRC)

clean:
    rm -f $(TARGET)

在这个例子中：

CC 定义了编译器的可执行文件（gcc）。
CFLAGS 包含了编译器选项 -g，表示启用调试信息。
TARGET 定义了目标文件的名称为 my_program。
SRC 定义了源文件的名称为 main.c。

Makefile 中的规则：
all 是默认目标，它依赖于 $(TARGET)，当你运行 make 时，它将编译生成目标文件。
$(TARGET) 的规则指定了如何生成目标文件。在这里，它使用 gcc 编译器，传递了 CFLAGS 和源文件，生成可执行文件 my_program。
clean 规则用于清理生成的文件，执行 make clean 将删除可执行文件。

六、通用Makefile模板

这个意思就是找一个经典的makefile模板 以后要写自己的makefile就在这个基础上改就行了