Linux/Unix环境下的make和makefile详解

testing · 发表于 2004-11-8 22:15:39

linux和unix下的集成开发环境可没有windows这么强大，掌握makefile的制作方法，也是很有意义的，虽然开发人员一般都会做好makefile，测试人员学一学，也是好事情。

   Pathetique
   　　无论是在Linux还是在Unix环境中，make都是一个非常重要的编译命令。不
管是自己进行项目开发还是安装应用软件，我们都经常要用到make或make install。利
用make工具，我们可以将大型的开发项目分解成为多个更易于管理的模块，对于一个包
括几百个源文件的应用程序，使用make和makefile工具就可以简洁明快地理顺各个源文
件之间纷繁复杂的相互关系。而且如此多的源文件，如果每次都要键入gcc命令进行编
译的话，那对程序员来说简直就是一场灾难。而make工具则可自动完成编译工作，并且
可以只对程序员在上次编译后修改过的部分进行编译。因此，有效的利用make和
makefile工具可以大大提高项目开发的效率。同时掌握make和makefile之后，您也不会
再面对着Linux下的应用软件手足无措了。
   　　但令人遗憾的是，在许多讲述Linux应用的书籍上都没有详细介绍这个功能
强大但又非常复杂的编译工具。在这里我就向大家详细介绍一下make及其描述文件
makefile。
   Makefile文件
   　　Make工具最主要也是最基本的功能就是通过makefile文件来描述源程序之间
的相互关系并自动维护编译工作。而makefile 文件需要按照某种语法进行编写，文件
中需要说明如何编译各个源文件并连接生成可执行文件，并要求定义源文件之间的依赖
关系。makefile 文件是许多编译器--包括 Windows NT 下的编译器--维护编译信息的
常用方法，只是在集成开发环境中，用户通过友好的界面修改 makefile 文件而已。
   　　在 UNIX 系统中，习惯使用 Makefile 作为 makfile 文件。如果要使用其
他文件作为 makefile，则可利用类似下面的 make 命令选项指定 makefile 文件：
   　　$ make -f Makefile.debug
   　　例如，一个名为prog的程序由三个C源文件filea.c、fileb.c和filec.c以及
库文件LS编译生成，这三个文件还分别包含自己的头文件a.h 、b.h和c.h。通常情况
下，C编译器将会输出三个目标文件filea.o、fileb.o和filec.o。假设filea.c和
fileb.c都要声明用到一个名为defs的文件，但filec.c不用。即在filea.c和fileb.c里
都有这样的声明：
   　　#include "defs"
   　　那么下面的文档就描述了这些文件之间的相互联系:
   　　---------------------------------------------------------
   　　　#It is a example for describing makefile
   　　　prog : filea.o fileb.o filec.o
   　　　cc filea.o fileb.o filec.o -LS -o prog
   　　　filea.o : filea.c a.h defs
   　　　cc -c filea.c
   　　　fileb.o : fileb.c b.h defs
   　　　cc -c fileb.c
   　　　filec.o : filec.c c.h
   　　　cc -c filec.c
   　　----------------------------------------------------------
   　这个描述文档就是一个简单的makefile文件。
   　　从上面的例子注意到，第一个字符为 # 的行为注释行。第一个非注释行指
定prog由三个目标文件filea.o、fileb.o和filec.o链接生成。第三行描述了如何从
prog所依赖的文件建立可执行文件。接下来的4、6、8行分别指定三个目标文件，以及
它们所依赖的.c和.h文件以及defs文件。而5、7、9行则指定了如何从目标所依赖的文
件建立目标。
   　　当filea.c或a.h文件在编译之后又被修改，则 make 工具可自动重新编译
filea.o，如果在前后两次编译之间，filea.C 和a.h 均没有被修改，而且 test.o 还
存在的话，就没有必要重新编译。这种依赖关系在多源文件的程序编译中尤其重要。通
过这种依赖关系的定义，make 工具可避免许多不必要的编译工作。当然，利用 Shell
脚本也可以达到自动编译的效果，但是，Shell 脚本将全部编译任何源文件，包括哪些
不必要重新编译的源文件，而 make 工具则可根据目标上一次编译的时间和目标所依赖
的源文件的更新时间而自动判断应当编译哪个源文件。
   Makefile文件作为一种描述文档一般需要包含以下内容:
   　　◆ 宏定义
   　　◆ 源文件之间的相互依赖关系
   　　◆ 可执行的命令
   　　Makefile中允许使用简单的宏指代源文件及其相关编译信息，在Linux中也
称宏为变量。在引用宏时只需在变量前加$符号，但值得注意的是，如果变量名的长度
超过一个字符，在引用时就必须加圆括号（）。
   　　下面都是有效的宏引用：
   　　$(CFLAGS)
   　　$2
   　　$Z
   　　$(Z)
   　　其中最后两个引用是完全一致的。
   　　需要注意的是一些宏的预定义变量，在Unix系统中，$*、$@、$?和$<四个特
殊宏的值在执行命令的过程中会发生相应的变化，而在GNU make中则定义了更多的预定
义变量。关于预定义变量的详细内容，
   　　宏定义的使用可以使我们脱离那些冗长乏味的编译选项，为编写makefile文
件带来很大的方便。
   　　---------------------------------------------------------
   　　　# Define a macro for the object files
   　　　OBJECTS= filea.o fileb.o filec.o
   　　　# Define a macro for the library file
   　　　LIBES= -LS
   　　　# use macros rewrite makefile
   　　　prog: $(OBJECTS)
   　　　cc $(OBJECTS) $(LIBES) -o prog
   　　　……
   　　---------------------------------------------------------
   　　此时如果执行不带参数的make命令，将连接三个目标文件和库文件LS；但是
如果在make命令后带有新的宏定义：
   　　make "LIBES= -LL -LS"
   则命令行后面的宏定义将覆盖makefile文件中的宏定义。若LL也是库文件，此时
make命令将连接三个目标文件以及两个库文件LS和LL。
   　　在Unix系统中没有对常量NULL作出明确的定义，因此我们要定义NULL字符串
时要使用下述宏定义：
   　　STRINGNAME=
   Make命令
   　　在make命令后不仅可以出现宏定义，还可以跟其他命令行参数，这些参数指
定了需要编译的目标文件。其标准形式为：
   　　target1 [target2 …]:[:][dependent1 …][;commands][#…]
   　　[(tab) commands][#…]
   　　方括号中间的部分表示可选项。Targets和dependents当中可以包含字符、
数字、句点和"/"符号。除了引用，commands中不能含有"#",也不允许换行。
   　　在通常的情况下命令行参数中只含有一个":"，此时command序列通常和
makefile文件中某些定义文件间依赖关系的描述行有关。如果与目标相关连的那些描述
行指定了相关的command序列，那么就执行这些相关的command命令，即使在分号和
(tab)后面的aommand字段甚至有可能是NULL。如果那些与目标相关连的行没有指定
command，那么将调用系统默认的目标文件生成规则。
   　　如果命令行参数中含有两个冒号"::"，则此时的command序列也许会和
makefile中所有描述文件依赖关系的行有关。此时将执行那些与目标相关连的描述行所
指向的相关命令。同时还将执行build-in规则。
   　　如果在执行command命令时返回了一个非"0"的出错信号，例如makefile文件
中出现了错误的目标文件名或者出现了以连字符打头的命令字符串，make操作一般会就
此终止，但如果make后带有"-i"参数，则make将忽略此类出错信号。
   　　Make命本身可带有四种参数：标志、宏定义、描述文件名和目标文件名。其
标准形式为：
   　　Make [flags] [macro definitions] [targets]
   　　Unix系统下标志位flags选项及其含义为：
   　　-f file　指定file文件为描述文件，如果file参数为"-"符，那么描述文
件指向标准输入。如果没有"-f"参数，则系统将默认当前目录下名为makefile或者名为
Makefile的文件为描述文件。在Linux中， GNU make 工具在当前工作目录中按照
GNUmakefile、makefile、Makefile的顺序搜索 makefile文件。
   　　-i 　　忽略命令执行返回的出错信息。
   　　-s 　　沉默模式，在执行之前不输出相应的命令行信息。
   　　-r 　　禁止使用build-in规则。
   　　-n 　　非执行模式，输出所有执行命令，但并不执行。
   　　-t 　　更新目标文件。
   　　-q　　 make操作将根据目标文件是否已经更新返回"0"或非"0"的状态信
息。
   　　-p　　输出所有宏定义和目标文件描述。
   　　-d　　 Debug模式，输出有关文件和检测时间的详细信息。
   　　Linux下make标志位的常用选项与Unix系统中稍有不同，下面我们只列出了
不同部分：
   　　-c dir　　在读取 makefile 之前改变到指定的目录dir。
   　　-I dir 　　当包含其他 makefile文件时，利用该选项指定搜索目录。
   　　-h 　　help文挡，显示所有的make选项。
   　　-w 　　在处理 makefile 之前和之后，都显示工作目录。
   　　通过命令行参数中的target ，可指定make要编译的目标，并且允许同时定
义编译多个目标，操作时按照从左向右的顺序依次编译target选项中指定的目标文件。
如果命令行中没有指定目标，则系统默认target指向描述文件中第一个目标文件。
   　　通常，makefile 中还定义有 clean 目标，可用来清除编译过程中的中间文
件，例如：
   　　clean:
   　　rm -f *.o
   　　运行 make clean 时，将执行 rm -f *.o 命令，最终删除所有编译过程中
产生的所有中间文件。
   隐含规则
   　　在make 工具中包含有一些内置的或隐含的规则，这些规则定义了如何从不
同的依赖文件建立特定类型的目标。Unix系统通常支持一种基于文件扩展名即文件名后
缀的隐含规则。这种后缀规则定义了如何将一个具有特定文件名后缀的文件（例如.c文
件），转换成为具有另一种文件名后缀的文件（例如.o文件）：
   　　.c:.o
   　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
   　　系统中默认的常用文件扩展名及其含义为：
   　　.o 　目标文件
   　　.c 　C源文件
   　　.f 　FORTRAN源文件
   　　.s 　汇编源文件
   　　.y 　Yacc-C源语法
   　　.l 　Lex源语法
   　　在早期的Unix系统系统中还支持Yacc-C源语法和Lex源语法。在编译过程
中，系统会首先在makefile文件中寻找与目标文件相关的.C文件，如果还有与之相依赖
的.y和.l文件，则首先将其转换为.c文件后再编译生成相应的.o文件；如果没有与目标
相关的.c文件而只有相关的.y文件，则系统将直接编译.y文件。
   　　而GNU make 除了支持后缀规则外还支持另一种类型的隐含规则--模式规
则。这种规则更加通用，因为可以利用模式规则定义更加复杂的依赖性规则。模式规则
看起来非常类似于正则规则，但在目标名称的前面多了一个 % 号，同时可用来定义目
标和依赖文件之间的关系，例如下面的模式规则定义了如何将任意一个 file.c 文件转
换为 file.o 文件：
   　　%.c:%.o
   　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
   #EXAMPLE#
   　　下面将给出一个较为全面的示例来对makefile文件和make命令的执行进行进
一步的说明，其中make命令不仅涉及到了C源文件还包括了Yacc语法。本例选自"Unix
Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284
   　　下面是描述文件的具体内容：
   　　---------------------------------------------------------
   　　　#Description file for the Make command
   　　　#Send to print
   　　　P=und -3 | opr -r2
   　　　#The source files that are needed by object files
   　　　FILES= Makefile version.c defs main.c donamc.c misc.c file.c \
   　　　dosys.c gram.y lex.c gcos.c
   　　　#The definitions of object files
   　　　OBJECTS= vesion.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o
   　　　LIBES= -LS
   　　　LINT= lnit -p
   　　　CFLAGS= -O
   　　　make: $(OBJECTS)
   　　　cc $(CFLAGS) $(OBJECTS) $(LIBES) -o make
   　　　size make
   　　　$(OBJECTS): defs
   　　　gram.o: lex.c
   　　　cleanup:
   　　　-rm *.o gram.c
   　　　install:
   　　　@size make /usr/bin/make
   　　　cp make /usr/bin/make ; rm make
   　　　#print recently changed files
   　　　print: $(FILES)
   　　　pr $? | $P
   　　　touch print
   　　　test:
   　　　make -dp | grep -v TIME>1zap
   　　　/usr/bin/make -dp | grep -v TIME>2zap
   　　　diff 1zap 2zap
   　　　rm 1zap 2zap
   　　　lint: dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c gram.c
   　　　$(LINT) dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c \
   　　　gram.c
   　　　rm gram.c
   　　　arch:
   　　　ar uv /sys/source/s2/make.a $(FILES)
   　　----------------------------------------------------------
   　　通常在描述文件中应象上面一样定义要求输出将要执行的命令。在执行了
make命令之后，输出结果为：
   　　$ make
   　　cc -c version.c
   　　cc -c main.c
   　　cc -c donamc.c
   　　cc -c misc.c
   　　cc -c file.c
   　　cc -c dosys.c
   　　yacc gram.y
   　　mv y.tab.c gram.c
   　　cc -c gram.c
   　　cc version.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o \
   　　-LS -o make
   　　13188+3348+3044=19580b=046174b

   　　最后的数字信息是执行"@size make"命令的输出结果。之所以只有输出结果
而没有相应的命令行，是因为"@size make"命令以"@"起始，这个符号禁止打印输出它
所在的命令行。
   　　描述文件中的最后几条命令行在维护编译信息方面非常有用。其中"print"
命令行的作用是打印输出在执行过上次"make print"命令后所有改动过的文件名称。系
统使用一个名为print的0字节文件来确定执行print命令的具体时间，而宏$?则指向那
些在print文件改动过之后进行修改的文件的文件名。如果想要指定执行print命令后，
将输出结果送入某个指定的文件，那么就可修改P的宏定义：
   　　make print "P= cat>zap"
   　　在Linux中大多数软件提供的是源代码，而不是现成的可执行文件，这就要
求用户根据自己系统的实际情况和自身的需要来配置、编译源程序后，软件才能使用。
只有掌握了make工具，才能让我们真正享受到到Linux这个自由软件世界的带给我们无
穷乐趣。