Makefile

编译工具及构建工具介绍

在之前的课程中,都是直接使用gcc对代码进行编译,这对简单的工程是可以的,但当我们遇到复杂的工程时,每次用gcc等编译工具去操作就会显得很低效。因此make工具就出现了, make的出现是为了解决手动编译和链接大型工程的问题,它可以避免重复的工作,提高效率,保证正确性。make工具就根据makefile中的命令进行编译和链接的。但是当工程非常大的时候,手写makefile也是非常麻烦的,如果换了个平台makefile又要重新修改,因此更高级的一些构建系统或者工具工具像cmake、qmake、ninja和auto make就出现了,它们可以根据一些配置文件来自动化编译和链接软件项目。

cmake:是一个跨平台的构建系统,它可以根据CMakeLists.txt中的指令来生成不同平台和工具的工程文件,例如Makefile、Visual Studio解决方案、Ninja文件等。cmake可以支持多种语言和多种架构,它还提供了一些高级功能,如测试、打包、安装等。

qmake:是一个用于Qt项目的构建系统,它可以根据.pro或.pri中的指令来生成Makefile或其他形式的工程文件。

ninja:是一个小巧而快速的构建工具,它可以根据ninja.build中的规则来执行编译和链接命令。ninja主要关注于性能和效率,它可以利用多核处理器和并行处理来加速构建过程。ninja通常不需要用户直接编写
配置文件,而是由其他构建系统(如cmake)来生成

auto make:是一个用于生成Makefile.in文件的工具,Makefile.in是一种用于auto conf的配置文件格式,auto conf是一个用于生成configure脚本的工具。configure脚本是一个用于检测系统环境并生成最终的Makefile文件的脚本Makefile.am是一种用于auto make的配置文件格式,它包含了一些指令和变量,用于定义程序或库的源文件、目标文件、依赖关系和编译选项等。

make:是一个经典而通用的构建工具,它可以根据Makefile中的规则来执行编译和链接命令。make可以支持多种平台和工具,它还提供了一些高级功能,如条件判断、函数调用、模式匹配。

Makefile的使用

编译的四个阶段

编译的四个过程:预处理(Pre-Processing)、编译(Compiling)、汇编 (Assembliang)、链接(Linking)

Makefile的规则

target ... : prerequisites ...
<tab缩进>command
<tab缩进>...
<tab缩进>...
  • target:也就是一个目标文件,可以是 Object File,也可以是执行文件。还可以是一个标签( Label),
    对于标签这种特性,在后续的讲“伪目标”中会有叙述。
  • prerequisites:要生成那个 target 所需要的文件或是目标
  • command :也就是 make 需要执行的任意shell命令。

Makefile一个示例:

debug:
	@echo "hello world"		# @的作用:是否输出执行的命令

注意:在makefile中使用#号注释

如果,我们要编译下面这个最简单的例子:

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("hello world!\n");
	return 0;
}

Makefile修改如下:

debug:
	@echo "hello world"
	
test:
	gcc -o hello hello.c

执行命令make test 可以生成 hello文件, 执行make debug可以输出“hello world”:

注意:如果make后面不跟目标名,默认执行第一个目标,上述Makefile中也即执行debug目标。

也可以在Makefile中加入清理工程的规则:如下所示

debug:
	@echo "hello world"
test:
	gcc -o hello hello.c
clean:
	rm hello

伪目标

如果一个目标和一个实际文件同名,那么make会认为该目标已经是最新的,不需要重新生成,也不会执
行其命令。通过将目标声明为伪目标.PHONY: debug,可以避免这种情况,强制执行其命令

示例:在文件中先创建了一个与目标clean同名的文件,执行make clean时提示已是最新,导致clean目标下的shell命令没有执行。

debug:
	@echo "hello world"
test:
	gcc -o hello hello.c
clean:
	rm hello

修改Makefile文件,将clean说明为伪目标。会强制执行clean目标下的命令,最终输出hello文件

debug:
	@echo "hello world"
test:
	gcc -o hello hello.c
clean:
	rm hello
.PHONY: clean

基本语法

变量赋值和预定义变量

Makefile中的变量赋值运算符有四种,分别是=:=?=+=$符号表示取变量的值,当变量名多于一个字符时,使用"( )"

  • = 表示延迟展开赋值,即变量的值是在使用时才确定,可能会受到后面的赋值影响。例如,VAR_A = A,VAR_B = $(VAR_A) B,VAR_A = AA,那么最后VAR_B的值是AA B,而不是A B

    VAR_A = A
    VAR_B = $(VAR_A) B
    VAR_A = AA
    
    debug:
    	@echo $(VAR_B)
    
    ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
    AA B
    
  • := 表示直接赋值,即变量的值是在定义时就确定,不会受到后面的赋值影响。例如,VAR_A := A, VAR_B := $(VAR_A) B,VAR_A := AA,那么最后VAR_B的值是A B,而不是AA B。

    VAR_A := A
    VAR_B := $(VAR_A) B
    VAR_A := AA
    
    debug:
    	@echo $(VAR_B)
    
    ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
    A B
    
  • ?=表示条件赋值,即只有当变量没有被赋值时,才使用等号后面的值作为变量的值。例如,VAR ?= new_value,如果VAR在之前没有被赋值,那么VAR的值就为new_value,否则保持原来的值不变。

    VAR ?= new_value
    
    debug:
    	@echo $(VAR)
    
    ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
    new_value
    

    变量VAR前面已经赋值

    VAR = old_value
    VAR ?= new_value
    
    debug:
    	@echo $(VAR)
    
    ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
    old_value
    
  • += 表示追加赋值,即将等号后面的值追加到变量原来的值之后,形成一个新的值。例如,VAR += new_value,如果VAR在之前没有被赋值,那么VAR的值就为new_value,如果VAR在之前被赋值为
    old_value,那么VAR的值就为old_value new_value

    VAR = old_value
    VAR += new_value
    
    debug:
    	@echo $(VAR)
    
    ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
    old_value new_value
    

$符的其他用法:

  • $^:表示所有的依赖文件

  • $@:表示生成的目标文件

  • $<:代表第一个依赖文件

注释和换行符

采用#进行一行注释

采用\作为续行符

变量的替换引用

语法格式:

$(var:a=b)或${var:a=b}		#表示把变量var的值中的a后缀替换成b后缀

示例:把变量src的值中的.c后缀替换成.o后缀,赋值给变量obj。

src := a.c b.c c.c
obj := $(src:c=o)

debug:
	@echo $(obj) 
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
a.o b.o c.o

总结示例

# 这是一个Makefile的注释
TARGET = hello #TARGET延迟赋值hello
CC := gcc #CC立即赋值gcc
CC += -g #CC追加赋值-g, gcc -g表示添加调试信息,可用于gdb的调试

SRC = hello.c
OBJ = $(SRC:.c=.o) #变量的替换引用,把hello.c的.c替换成.o

debug :
	@echo "hello world"
	echo $(SRC)
	echo $(OBJ)
	
$(TARGET): $(SRC)
	$(CC) -o $@ $<		# $(CC) -o ${TARGET} hello.c

compile: $(TARGET)

clean:
	@rm hello hello.o -r
	
.PHONY: clean compile

Makefile的函数

基本格式:$(<function> <arguments>)或者是${<function> <arguments>}。function:是函数名,arguments:是函数的参数,参数之间要用逗号分隔开,参数和函数名之间使用空格分开。调用函数的时候要使用字符“$”,后面可以跟小括号或者大括号。

wildcard

用于扩展通配符,返回与通配符匹配的文件列表。格式如下

$(wildcard arguments)

通配符

是一种特殊的字符,可以表示多个文件名或目录名,常见的通配符有 *?,分别表示任意长度的任意字符和单个任意字符。

比如:*.c 表示所有以 .c 结尾的文件名。a?.txt 表示所有以 a 开头,中间有一个任意字符,以 .txt 结尾的文件名。

示例:表示查找并返回src目录下所有的.c文件, *表示通配符, 匹配一个或者多个任意字符。

注意:该函数不会递归查找。只能查当前目下的文件

SRC = $(wildcard src/*.c)

debug:
	@echo $(SRC)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ ls
clean  hello2.c  hello3.c  hello.c  Makefile  test
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
./hello2.c ./hello3.c ./hello.c

shell

用于执行shell命令

$(shell <cmd> <args>)

返回值:返回命令执行结果

参数介绍:

  • cmd:需要执行的命令
  • args:参数列表

示例:表示查找当前目录及子目录下的所有.c文件结尾的代码源文件

SRC := $(shell find ./ -name '*.c')

debug:
	@echo $(SRC)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ ls
clean  hello2.c  hello3.c  hello.c  Makefile  test
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ cd ./test
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo/test$ ls
hello4.c
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo/test$ cd ../
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
./test/hello4.c ./hello.c ./hello2.c ./hello3.c

patsubst

用于替换文本中的内容。

$(patsubst pattern,replacement,text)

返回值:patsubst 函数会在 text 中找到所有符合 pattern 的单词,并用 replacement 替换它们,然后
返回替换后的文本。

参数介绍:

  • pattern:字符串。被替换的字符串,可以包含通配符 % 的模式,表示匹配任意长度的任意字符。
  • replacement:字符串。替换字符串,也可以包含 %,表示用 pattern 中匹配的字符替换。
  • text:是一个要处理的文本,可以包含多个以空格分隔的单词。

示例:

#包含通配符
SRC = a.c b.c c.c
OBJ = $(patsubst %.c,%.o,$(SRC))

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
a.o b.o c.o
#不包含通配符
SRC = hello world
OBJ = $(patsubst world,ten,$(SRC))

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
hello ten

subst

用于替换文本中的内容。

$(subst from,to,text)

返回值:subst 函数会在 text 中找到所有的 from,并用 to 替换它们,然后返回替换后的字符串。

参数介绍:

  • from:是要被替换的字符或单词
  • to:是替换后的字符或单词
  • text:是要处理的字符串。

示例

OBJ = $(subst e,E,hello ten)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
hEllo tEn

综合示例

test@test:~/makefiletest$ tree
.
├── Makefile
└── src
	└── test.c

#Makefile内容
CC = gcc
CC += -g
SRC := $(shell find . -name *.c)
TARGET := $(patsubst %.c, %,$(subst src,obj, $(SRC)))

debug:
	@echo "hello world"
	echo $(SRC)
	echo $(TARGET)
$(TARGET): $(SRC)
	mkdir -p obj
	$(CC) -o $@ $<

compile: $(TARGET)
clean:
	@rm obj -r
	
.PHONY: clean compile

/*test.c内容*/
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("hello world\n");
	return 0;
}

执行make compile,生成生成obj/test

pg@pg-Default-string:~/makefiletest$ tree -a
.
├── Makefile
├── obj
│ 	└── test
└── src
	└── test.c

dir

dir 函数是一个用于从文件名序列中提取目录部分的函数

$(dir NAMES...)

优化上述Makefile

CC = gcc
CC += -g
SRC := $(shell find . -name *.c)
TARGET := $(patsubst %.c, %,$(subst src,obj, $(SRC)))

debug:
	@echo "hello world"
	echo $(SRC)
	echo $(TARGET)
	
$(TARGET): $(SRC)
	mkdir -p $(dir $(TARGET))
	$(CC) -o $@ $<
	
compile: $(TARGET)
clean:
	@rm $(dir $(TARGET)) -r

.PHONY: clean compile

suffix

从文件名序列中取出各个文件名的后缀。

$(suffix <names...>)

示例

OBJ = $(suffix hello.c test/hello4.txt ten)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
.c .txt

basename

从文件名序列中取出各个文件名的前缀部分。返回文件名序列的前缀序列,如果文件没有前缀,则返回空字串。

$(basename <names...>)

示例

OBJ = $(basename hello.c test/hello4.txt ten)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
hello test/hello4 ten

addsuffix

把后缀加到文件序列中的每个单词后面。返回加过后缀的文件名序列。

$(addsuffix .c,foo bar)

示例

OBJ = $(addsuffix .c,foo bar)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
foo.c bar.c

addprefix

把前缀加到中的每个单词后面。返回加过前缀的文件名序列。

$(addprefix src/,foo bar)

示例

OBJ = $(addprefix src/,foo bar)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
src/foo src/bar

foreach

把list中使用空格分割的单词依次取出并赋值给变量var, 然后执行text表达式

$(foreach <var>,<list>,<text>)

示例

files = ten zzz nb
OBJ = $(foreach file,$(files),$(file).c)

debug:
	@echo $(OBJ)
ten@ten-virtual-machine:~/H616/demo$ make
ten.c zzz.c nb.c

条件判断

ifeq/ifneq

ifeq语句 : 判断参数 是否相等,相等为 true, 否则是 false。可以没有else

ifeq (arg1, arg2)
	#arg1 arg2 相等执行这里的语句
else
	#arg1 arg2 不相等执行这里的语句
endif

ifneq语句:判断参数 是否不等,不等为 true, 否则为 false。可以没有else

ifneq (arg1, arg2)
	#arg1 arg2 不相等执行这里的语句
else
	#arg1 arg2 相等执行这里的语句
endif

ifdef/ifndef

ifdef 语句: 判断参数 是否有值 ,有值为 true, 否则是 false。可以没有else

ifdef var
	#如果定义了var,执行这里的内容
else
	#如果没定义var,执行这里的内容
endif

ifndef : 判断参数 是否没有值 ,没有值为 true, 否则为 false。可以没有else

infdef var
	#如果没定义var,执行这里的内容
else
	#如果定义var,执行这里的内容
endif

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