【Linux必备工具】自动化构建工具makefile的使用详解

🚀前言

项目构建时遇到的各种挑战如文件编译顺序、库链接、依赖文件的管理等，在不同开发环境中会有不同的解决方案。

在 Visual Studio (VS) 环境中，这些问题往往被自动处理，运行直接 Ctrl + F5 就可以了，编译个项目非常轻轻松松。 但那是因为 VS 帮你自动维护了对应的项目结构！

那如果我们需要去手动实现呢：多文件 我们应该先编译哪一个程序？链接需要哪些库？整个项目结构，该如何维护......在 Linux 环境中，我们需要更手动、细致地管理这些方面。为了解决这个问题，Linux 提供了自动化构建工具 Makefile。

1. Make和Makefile的基本概念

🎈1.1 Make是什么？

• 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。

🎈1.2 Makefile是什么？

• Makefile 是一个 文件。它是一个工程文件的编译规则，它记录了原始码如何编译的详细信息、描述了整个工程的编译链接等规则。
• Makefile 是 Linux 下用于管理文件依赖和编译顺序的一个重要工具。它用于定义项目中的各个源文件如何编译链接，可以极大地提高开发效率。
• 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🔥🔥

🎈1.3 Makefile的语法了解

target（目标文件)：文件1 文件2（依赖文件列表）		//依赖关系
 
<Tab>gcc -o 欲建立的执行文件 目标文件1 目标文件2		///依赖方法
	 command
	 ...
	 ...

target就是我们想要建立的信息，一般称作 目标文件。而后面的依赖文件列表就是具有相关性的 object files，也就是目标文件所依赖的文件（可以是一个或多个，也可以没有）

简述一下其基本的语法规则：

• 目标文件与依赖文件列表文件之间要使用 ：（冒号） 来隔开目标文件：依赖文件列表。
• target可以是一个目标文件、执行文件，甚至可以是一个标签【后面会提到的伪目标】。
• 依赖方法前面必须加 Tab空格键。
• 依赖方法以gcc为例，也可以是其他的shell指令【command】。

综上所述： 我们可以了解到 Makefile 文件中定义了一系列规则，指定文件编译顺序、文件依赖关系及各文件的编译方法。而 make 命令是一个解释 Makefile 文件的命令工具，可以完成项目的自动化构建。

2. Make和Makefile的使用

2.1 基本使用

• 创建Makefile：

touch Makefile

• 编写Makefile:

vim Makefile

• 编写要生成的可执行程序mybin和项目清理clean：

（注：clean 只是我们声明出来的名字，当然也可以声明为其他的）

注意：

• 对于 test:test.c ，冒号左侧是目标文件，右侧是它的依赖文件，所以就可以说它们之间存在一种 【依赖关系】，只有 test.c 存在才可以有 test。
• 那要如何通过 test.c去生成 test 呢❓ 此时就需要使用到下面的这句 gcc指令 gcc -o test test.c 👉它叫做 【依赖方法】
• 使用make命令生成可执行程序

make

等生成可执行程序后，再输入命令 ./filename，其中 filename 是可执行文件的名称，就可以运行程序。

• 使用make命令进行项目清理

make clean

2.2 基本语法规则

Makefile 中包括依赖关系(目标、依赖)和依赖方法(命令)。 下面是 Makefile 中一些要素的基本语法规则：

🧩2.2.1 第一行不空行

原因：第一行通常是一个目标，例如 all: 或者 clean:。在 Makefile 中，空行被视为分隔符，用于区分不同的规则或目标。 当 Make 工具解析 Makefile 文件时，它会忽略空行，并将第一行之后的非空行视为第一个规则或目标。如果第一行是一个空行，可能会导致 Make 工具不正确地解释 Makefile，从而产生意外的行为或错误。

🧩2.2.2 目标

目标：指定了要生成的文件或要执行的操作名。 例如：上面的test就是要生成的目标文件名。

🧩2.2.3 命令

命令（依赖方法）：包含了生成目标所需的具体操作步骤，通常是一条或多条 Shell 命令。 第二行必须以Tab开头，不能是空格（注意：按四下空格会报错），紧接着是生成目标文件的命令。 例如：上面的gcc test -o test.c

🧩2.2.4 伪目标

伪目标：伪目标是指在 Makefile 中.PHONY定义的不对应实际文件的目标，通常用于执行一些特定的操作，比如清理临时文件。 例如：上面的clean目标用于执行清理操作，删除test文件。 注：make默认执行的是第一行的命令，一般把清理工作放在最后面

🧩2.2.5 其他

注释：使用 # 符号来添加注释，注释从 # 开始一直到该行的末尾。 变量：可以使用变量来存储命令选项、编译器名称等信息，然后在规则中引用这些变量。 语法格式：VAR_NAME = value 取消回显：由于调用make命令，其会默认显示回显，因此一般通过使用 @ 加在命令前面取消回显 条件判断：可以使用条件判断（ifeq、ifdef 等）来根据不同的条件执行不同的命令。 函数：Makefile 支持一些内置函数，可以用于字符串处理、文件查找等操作。

使用make和make clean，就可以方便地完成项目自动化构建和清理。

3. Makefile 工作原理

1. makefile 或者Makefile 文件会被make从上到下扫描，如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“test”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件
2. 如果test文件不存在，或是test所依赖的后面的test.o文件的文件修改时间要比test这个文件新（可以用 touch 测试），那么，他就会执行后面所定义的命令来生成test这个文件。
3. 如果test所依赖的test.o文件不存在，那么make会在当前文件中找目标为test.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成test.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
4. 当然，你的C文件和H文件是存在的啦，于是make会生成 test.o 文件，然后再用 test.o 文件声明make的终极任务，也就是执行文件test了。
5. 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。
6. 在找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错，而对于所定义的命令的错误，或是编译不成功，make根本不理。
7. make只管文件的依赖性，即，如果在我找了依赖关系之后，冒号后面的文件还是不在，那么对不起，我就不工作啦。

注意：make 默认只生成一个可执行程序

🌸3.1 make/Makefile识别文件新旧

make命令不是每次都会重新编译，只有更改过的文件才会重新编译。（提高编译效率） 若源代码没有更改也重新编译，那么每次预处理编译汇编链接的时间比较长，成本高

make/Makefile是如何知道文件更改过的？ 答：通过源文件的修改时间和形成的可执行程序(也是文件)的修改时间做对比。

重新编译的本质：重新写入一个二进制的可执行文件(bin文件)，文件的修改时间会跟着更改。

1. 第一次的时候，一定是先有源文件，才有bin文件。 源文件的修改时间 < bin文件的修改时间
2. 第二 ~~ N 次的时候，我们对源文件做任何修改的时候, 源文件的修改时间 > bin文件的修改时间​​​​​ 重新编译形成可执行

大部分情况下重新编译都没问题，问题的产生不仅仅是修改新文件就能解决的。有些历史问题需要重新清理项目才可以解决。

文件 = 内容 + 属性，所以文件的ACM时间肯定与内容或属性有关。 Access（最近访问时间）：普通文本文件打开：cat、vim，或者对目录进入、ls显示等 Modify （对内容修改）：当文件内容发生变化时，修改时间（mtime）会被更新。 Change（对属性修改）：当文件的权限、所有者、链接数或文件名甚至文件大小发生变化时，更改时间（ctime）会被更新。 注：

• 三种时间会出现联动，例如对内容修改，Access和Change时间也会更改。
• Access时间不是每次访问时都更改，读取查看文件操作最频繁，如果每次都改的话，比较浪费时间，因为文件一般都在磁盘存放，更改时间的本质就是访问磁盘。但是访问磁盘的速度比较慢（相对cpu而言），读取查看文件操作又是很频繁，如果每次都更改Access time的话，系统效率就会降低很多，所以就会隔一段时间更改一次。 （具体间隔时间和是否间隔，由内核版本决定）
• 使用touch命令可以修改ACM时间。 -a 选项 修改Access时间，但同时也修改了change时间，因为access时间也是属性。 -m 选项 修改Modify时间，但是Change时间也会跟着改。

综上，我们知道 make 是通过对比源文件和bin文件的Modify时间确定文件新旧的。

🌸3.2 .PHONY修饰的伪目标总是被执行

.PHONY 配置项的目标clean并不是其他文件生成的实际文件，使make命令会自动绕过隐含规则搜索过程，也就是说执行命令make clean会自动忽略名为"clean"文件的存在，因此声明 .PHONY 配置项会改善性能，并且不需要担心实际同名文件存在与否😮。 【通俗一点说】：.PHONY 修饰的目标clean并不是某个依赖项生成的实际文件，因此make命令不再去搜寻当前文件夹下是否有clean文件，这样少去做一些事，自然会改善性能，并且不用担心当前文件夹下是否有同名的文件。

通过时间对比，可以做到不让有些代码进行重新编译(不让某些操作进行)。

如上：右边的test被.PHONY修饰，则多次make时，都会执行gcc命令，把可执行程序重新形成。

🌸3.3 make/Makefile具有依赖性的推导能力

💢 越是接近目标文件的命令，就越是要写在前面。因为程序是按照递归的方式进行依赖文件查找的，看到第一行有一个没见过的依赖文件，就往下一行进行查找，以此类推。

对于gcc的编译，我们都知道要生成一个可执行程序需要经过预处理、编译、汇编和连接，中间会产生.i，.o，.s文件。但是在上面的操作中都没有生成中间文件。 但是我们知道一件事：生成bin文件，就需要对应的.o文件。

以Makefile的推导过程如下：（类似一个栈结构）

test.o: test.s
  gcc -c test.s -o test.o
   
test.s: test.i
  gcc -S test.i -o test.s
   
test.i: test.c
  gcc -E test.c -o test.i
                                                                                                                                                                                                                 .PHONY:clean
clean:
  rm -f test test.o test.s test.i

但是一般都不会写成这么复杂，一般都是如下写法：

4. Makefile小知识

🍉4.1 替换

🥝 4.2 通配符

此外：Makefile中可以编写变量，表达式之间不建议带空格 通过 $(变量名) 来引用变量的值。

@ 和 ^，前者表示:左侧被编译的所有内容，即【目标文件】，后者表示:之后所有内容，即【依赖文件】。

此时，当我们再去make的时候，就可以发现这个特殊符号自动替换成了:两侧的【目标文件】和【依赖文件】。

🍍4.3 生成多个可执行程序

一般来说make 默认只生成一个可执行程序如下：

但是我们可以做出以下修改：

📖总结

一般来说，对于一个文件要生成其对应的可执行程序，我们一般这样操作：

// 生成 code.c 可执行程序
code: code.c
  gcc -o $@ $^

.PHONY: clean
clean:
  rm -f code      

以上就是Make 和 Makefile的全部内容啦，后面我们就要讲到进度条的相关内容，就会运用到这一节的知识，敬请期待咯！！！ 💞 💞 💞那么本篇到此就结束，希望我的这篇博客可以给你提供有益的参考和启示，感谢大家支持！！！祝大家天天开心