Linux | makefile简单教程 | Makefile的工作原理

前言 

在学习完了Linux的基本操作之后，我们知道在linux中编写代码，编译代码都是要手动gcc命令，来执行这串代码的。

 但是我们难道在以后运行代码的时候，难道都要自己敲gcc命令嘛？这是不是有点太烦了？

 在vs中，我们编写好代码之后，直接点击构建项目，就会直接帮我们自动化构建好了，我们在linux中构建的时候，有的时候上百个文件，还是比较麻烦的，所以到底有没有一些简单的做法呢？当然是有的啦~

这个工具呢就是Makefile/make项目自动化构建工具。

• 会不会写Makefile，从一个侧面说明了一个人是否具有完成大型工程的能力；
• 一个工程的源文件不计其数，其按类型、功能、模板分别放在一个若干个目录中，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；
• 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，整个工程就完成自动化编译，极大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make，linux下GNU的make。可见，Makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。
• make是一个命令，Makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

实例理解

 在上图中，mytest:text.c与gcc -o mytest test.c是匹配的，clean:与rm -f mytest是匹配的。这两组中的每个第一句是依赖关系，两组的下面称为依赖方法。

Makefile实现原理

以图为例（与上图例子一致，为了方便大家查看，就在下面也放一份）：

 Makefile文件写好之后，当我们实际在命令行运行make的时候，对应的make程序，会在当前目录下找这个Makefile，读取Makefile里面的内容：

• make会根据Makefile里面的内容，完成编译、清理工作。
• 根据Makefile里面的依赖关系，将依赖关系以依赖方法形成目标文件。

（如上图：编译器就会知道依赖关系test.c文件形成mytest的目标文件，那么怎么形成呢？就是根据对应的gcc -o mytest test.c这样的依赖方法）

依赖关系

那么到底如何理解依赖关系和依赖方法呢？

这里就给大家将一个小故事咯~便于大家理解：

小明是某大学里的在校生，这天他没有生活费了。他就打电话给那个人：“爸！我是你儿子！”在小明看来，你是我爸你就应该给我生活费；但是在老爹看来，你小子说这话是啥意思？你想干啥？老爹是一脸懵啊。小明挂了电话之后，就又想了想：“爸！我是你儿子！给我点生活费！”这下他老爹才懂了，原来他儿子没有生活费了，想要生活费。

所以在上面的小故事中，“我是你儿子”就是依赖关系，“给我点生活费”就是依赖方法。在日常生活中，我们也难免得需要拜托谁做一件什么事，在计算机中也是一样的，完成一件事的必然要素少不了依赖关系与依赖方法。

在上图中的依赖关系如下：

其实，我们知道程序翻译运行的过程为：预处理、编译、汇编和链接。

翻译的过程	gcc命令		说明
预处理 （进行宏替换）	gcc -E test.c -o test.i	-E 让gcc在预处理结束后，就停止编译 “从现在开始进行程序的翻译，预处理完成，就停下来”	宏替换 去注释 头文件展开 条件编译 生成.i文件
编译 （生成编译）	gcc -S test.i -o test.s	-S 只进行编译不进行汇编，生成汇编代码 “从现在开始进行程序的编译，汇编完成就停下来”	检查代码规范性 检查语法错误 （确认无误后汇编） 将C语言代码翻译成汇编语言 生成.s文件
汇编	gcc -C test.o -o test.o	-C “从开始带现在进行程序的翻译”，汇编完成就停下来	将汇编语言编译成二进制目标文件 生成.o文件
链接	gcc test.o -o my.exe		形成可执行程序 生成.exe文件

所以将上面gcc -o mytest test.c指令写完整就是如下：

诶？很奇怪啊，怎么感觉顺序呢不太对？在这里我们就要说一下Makefile的工作原理了：

• Makefile在执行过程中，是从上往下进行扫描的；
• 当它看到的第一个文件时，其实并不是.c文件，第一个是.o文件；
• 也就是识别的从上往下，第一组依赖关系；
• 可是识别的依赖关系中的.o文件并不存在，所以它下面的命令，也就是依赖方法不能被执行，就无法形成可执行程序；
• 所以Makefile就会自动在后续，继续再找下一组依赖关系，根据下一组依赖关系来形成.o文件；
• 但是在形成.o文件还是需要依赖.s文件，依次类推直到遇到依赖文件存在.c文件；
• 所以存在.c文件，就会有.i文件、.s文件以及.o文件；
• 所以就下往上执行了，很类似与递归问题。

在上图中：

• 上面的文件 mytest ,它依赖 mytest.o
• mytest.o , 它依赖 mytest.s
• mytest.s , 它依赖 mytest.i
• mytest.i , 它依赖 mytest.c

• make、Makefile会自动根据文件中的依赖关系，进行自动推导，帮助我们执行所有相关的依赖方法。

这里注意一下，因为Makefile就是类似于一个选择器，里面包含了各种指令的选项，但是一般默认智慧运行第一个依赖关系所对应的指令，所以上面的各组依赖关系是可以乱序的，但是必须要将最重要的一条指令放在最前面，如下图：

 上面的依赖关系，是为了让大家能够理解，这里不建议大家写成这样，直接就gcc -o mytest test.c指令就可以。

依赖文件列表

依赖文件列表可以为多个文件，按照空格分割分。

mytest:依赖文件1 依赖文件2 依赖文件3 ...

 

我们刚刚也说了clean:与rm -f mytest是匹配的。根据上图我们也不难看出，clean后面是空的，也就是说clean不依赖任何文件，也就是说：

• 依赖文件列表可以为空。 

依赖方法

依赖方法的指令前必须打一个[Tab]键，按四下空格会报错。

多条依赖方法

• 依赖方法不限于一条，可以是多条的。 

项目清理

.PHONY含义

在Makefile文件执行的时候，如下图，我们发现在使用make的时候默认执行的是Makefile文件中的第一对的依赖关系和依赖方法：

• Makefile默认形成第一个可执行文件。

 其次，我们看下边运行过程：

make: `mytest' is up to date. ：当前可执行程序是最新的。

• 所以Makefile会在源代码的内容没有修改，没有变化时，Makefile默认就会拦截再一次的make命令。

那么如果今天我们就想让其一直执行，不要拦截，即使在没有被修改源码的情况下，也要让make指令一直执行，那么怎么做呢？只需要：

• .PHONY : XXX 
• XXX对应的方法总是要被执行的。

 当然我们理解了原理之后，小编还是建议大家之后再清理的命令加上总是可执行即可。所以我们目前标准的就是以下5行：

以后我们需要的Makefile文件

通配符认识

符号	含义
$^	所有依赖文件列表
$@	所有目标文件
$<	所有依赖文件的第一个文件

 在这里，我们可以将$，理解为取内容。

如下图，gcc在编译的过程，Makefile会自动进行符号替换：

• 把对应的$@就会自动替换为目标文件；
• 把对应的$^就会自动替换为所有依赖文件。

变量

Makefile也是支持变量的。但是并不是之前学习的编程语言中的整形、浮点型int/double=1/1.0等等。Makefile是解释性的，所以它的变量直接就是符号，比如说，“‘形成的可执行程序’为‘XX’”：

• bin是“目标文件可执行程序”的变量 ；
• src是“依赖文件列表”的变量；
• $可以理解为去内容；
• $(bin)：取出bin变量中的内容，即目标文件；
• $(src)：取出src变量中的内容，即依赖文件列表；
• $@：所有的目标文件；
• $^：所有的依赖文件列表。

在执行make的时候，Makefile就会进行变量替换，可以理解成为宏的替换，也可以执行程序。

将来你可能会有很多地方遇到使用make的项目与文件，那就只需要将变量的内容修改，就可以完成不同文件的make指令进行执行，就会很简单方便。

make指令打印隐藏

在命令行输入make指令之后，系统都会自己打印出我们底层所输入的依赖方法对应的指令，那么如何将make指令进行隐藏也就是让它不再打印呢？

直接在命令前面加一个“@”符号：

推荐使用的Makefile模板

bin=test.exe    
src=test.c      
    @gcc -o $@ $^
    @echo "compiler $(src) to $(bin)..."
.PHONY:clean
clean:
    @rm -f $(bin)
    @echo "clean project..."

• 其中echo是打印字符串。 

如下图就会有提示信息：

必熟知知识

为什么Makefile对最新的可执行程序，默认不想重新形成？

今天，我们编译的代码只有一个源文件，以后我们编译的源代码是两千个源文件，成百上千个源文件，在我们修改bug的时候，可能只是修改几行代码，做完改动之后，如果我们要将所有的源文件重新编译一遍，那么就是效率很低，又或者说，如果我们没有修改，又make的话，那么编译器又会重新编译，假如一个文件需要用0.1秒，那么成百上千个代码就需要十几分钟甚至几个小时，所以效率是极其低的。

• 所以在Makefile为了调高效率，就默认对最新的可执行程序，不重新形成。

Makefile怎么知道程序需要被编译的呢？

ACM时间是Linux系统下分别代表Access，Modify和Change三个时间。

• Access：文件最近被访问的时间（访问）
• Modify : 文件内容最近被修改的时间（修改）
• Change : 文件属性最近被修改的时间（改变）

当然我们要知道的是：

• 源代码与可执行程序的文件内容最近被修改的时间（修改）一定是不同的。 

因为我们基本先写源代码，再进行编译；所以可执行程序一般是比源代码的时间更新的。如果修改的源代码，那么此时源代码比可执行程序的时间更新，所以就需要重新编译。

Makefile怎么知道程序需要被编译的呢？

• 对比可执行程序的最近修改时间和源文件最近的修改时间，谁更新。如果可执行程序更新，就不需要重新编译了；反之，源文件更新，就需要重新编译。

所以我们在用vs写代码的时候，出现错误 ，再修改了很多次，仍旧报这个错误，这个时候，可以重新清理一下，重新构建一下，重新生成解决方案，这个问题就会可能解决。