【Linux】基础开发工具（下）

一、自动化构建工具

平时用 gcc / g++ 编译代码时，每次都要手动输入编译命令。尤其是当项目包含多个源文件时，重复输入命令不仅繁琐，还容易出错。有没有办法自动化完成编译过程，一键生成可执行文件呢？
答案是：make 与 makefile

1. 什么是 make 和 Makefile？

make 是一个自动化构建工具，而 Makefile 是配合 make 使用的配置文件，它们的组合可以帮你解决手动重复输入编译命令的问题。
简单说：make是一条指令，makefile是一个文件。

2. 如何自动化构建可执行程序？

简单认识一下 make 和 makefile 如何自动化构建可执行程序。
第一步：在源代码同级目录下，创建一个文件名为：makefile / Makefile 的文件。（首字母大小写均可）

第二步：在文件内部写上一些语句用来构建可执行程序

目标可执行程序文件名:依赖的文件名 //依赖关系gcc xxx -o xxx       //依赖方法
//第二行要紧跟着以tab键开头

冒号右面又叫依赖文件列表，依赖文件可能有多个。

第三步：执行make命令，即可自动形成可执行程序

3. Makefile 的核心思想

根据依赖关系和依赖方法形成目标文件。

例如：小明想和小明爸爸要生活费，并且小明只能用学校公用电话。

场景一：
小明给爸爸打电话说：爸，我是你儿子。（表明依赖关系）
如果此时小明不再说话，此时小明爸爸会一脸蒙圈，回复：干啥？
小明继续说：给我打钱！（表明依赖方法）
此时小明爸爸明白了小明的意思：转账2000元。

场景二：
小明给小李爸爸打电话说：我是小明，给我打钱！
此时小李的爸爸依然会一脸蒙圈，回复：？？？打错了吧？（依赖关系不匹配）

场景三：
小明想追求心仪的女同学小美，直接跟小美表白。（直接表明依赖方法）
小美说：你是谁呀，我都不认识你，算了吧。（没有先产生依赖关系）

场景四：
小明想追求心仪的女同学小花，这次有经验了，先给小花讲解数学题，又经常约小花一起共进晚餐（先产生依赖关系）
在某次一起共进晚餐时，和小花表白。（再表明依赖方法）
小花说：我也喜欢你！

所以，成事需要依赖方法和依赖关系同时存在、匹配，且往往需先建立依赖关系，再执行方法。
Makefile 核心逻辑：
依赖关系 = “我和对方的关系” = “目标和依赖文件的关系”
依赖方法 = “怎么让对方行动” = “怎么用命令处理文件”
顺序原则 = “先混熟，再提需求” = “先处理依赖项，再生成目标”

4. 如何清理可执行文件？

先打开Makefile，添加新配置，如图：

.PHONY:clean
clean:rm -f ok

当想要删除可执行文件时，执行make clean就会自动进行rm

5. make 的工作原理

5.1 make 的执行顺序

make 会自顶向下扫描makefile文件，默认形成第一个目标文件
如果想指定形成目标文件，语法：make 目标文件
我们将 clean 和 ok 调换一下顺序

可以发现，再次执行make指令，就默认执行rm了，只有执行make ok才执行gcc指令

5.2 为什么 make 要检查文件是否更新？

make 工具通过检查文件更新状态，仅重新编译必要的文件，从而大幅提高编译效率。

5.2.1 避免重复编译，节省时间

假设一个项目包含 100 个源文件，其中只有 1 个文件被修改：
不检查更新时：每次执行 make 都需重新编译全部 100 个文件，耗时可能长达数十分钟。
检查更新时：make 仅编译被修改的文件及其依赖项，其他文件直接复用之前的编译结果（如 .o 目标文件），节省大量时间。

5.2.2 时间戳检查机制

make 会比较 依赖文件（如 .c、.h）和 目标文件（如 .o） 的修改时间戳。
若依赖文件的时间戳比目标文件新（即依赖文件被修改过），则认为目标文件 “过时”，需要重新编译。
若所有依赖文件未更新，则跳过编译目标文件。

简单说：通过对比源文件（依赖文件）和可执行程序（目标文件）的修改时间（Modify time）


总结：make 检查文件更新的核心目的是实现增量编译—— 仅更新过时的文件，在保证编译结果正确性的前提下最大化提升效率。这一机制通过 Makefile 定义的依赖关系和文件时间戳对比实现，是现代软件开发中构建工具的基础设计思想。

5.3 .PHONY伪目标

在 Makefile 中，伪目标（Phony Target） 的依赖方法总是会被执行。
伪目标是一种特殊的目标，它不代表一个实际的文件，而是作为执行一组命令的标识。通过.PHONY声明：

为什么伪目标的依赖方法总是执行？

1. make 的默认行为
   对于普通目标，make 会：
   检查目标文件是否存在。
   比较目标文件与依赖文件的修改时间。
   仅当目标不存在或依赖更新时，才执行命令。

2. 伪目标打破时间戳检查
   伪目标没有对应的文件，因此 make 无法检查其时间戳。当你执行 make clean 时：
   make 发现 clean 是伪目标，直接执行对应的命令，不检查任何条件。
   即使当前目录存在名为 clean 的文件，.PHONY 声明会让 make 忽略它。

简单说：凡是被.PHONY修饰的伪目标，忽略对比修改时间，总是能被执行。

由于clean被.PHONY修饰：

在ok目标文件前加上.PHONY，可以发现，和上面的clean一样，可以一直被执行。

补充知识：make 依赖关系推导

make 会进行依赖关系的推导，直到依赖文件是存在的

类似将依赖方法不断入栈，推导完毕出栈执行方法。

补充知识：分阶段编译

一般在编译时，我们通常不会直接把文件从 .c 直接到可执行文件，而是先从 .c 到 .o 再到可执行。
为什么要分阶段编译？

1. 效率更高：只修改一个源文件时，只需重新编译对应的 .o 文件，无需重新编译整个项目。
2. 模块化开发：不同模块可以独立编译，最后链接在一起，便于团队协作。
3. 复用性：可以将常用功能编译为静态库或动态库，供多个项目复用。

6. Makefile 扩展语法

讲解这部分知识，是为了能让我们的Makefile文件变的更加通用，假设未来有变更，直接修改变量即可。

6.1 定义变量

下面讲解一下如何将Makefile文件写的更加通用
首先定义一批变量

BIN=ok
SRC=test.c
OBJ=test.o
CC=gcc
RM=rm -f

将所有可以被变量替换的指令替换，用这种形式：$(变量)

可以发现可以正常使用make

6.2 多个源文件

当我们想把非常多的源文件编译形成一个可执行文件时，该怎么办呢？
第一种方法：SRC=$(shell ls *.c)，在Makefile中可以通过这种方法使用shell指令

第二种方法：SRC=$(wildcard *.c)，Makefile中的内部语法

6.3 多个.o文件

把所有的源文件的.c后缀替换为.o，形成OBJ
OBJ=$(SRC:.c=.o)
此时，OBJ就等于所有的同名.o文件了

6.4 测试是否可行

测试多个源文件是否正确

make回显问题：
make默认会对指令进行回显，如果不想回显，在不想回显的指令前加上@符号

测试多个目标文件是否正确

加了@符号之后就不会再多回显一次了。
正常显示，一段.c文件，一段.o文件。并且确实都是源文件的同名.o文件。

6.5 $^ 和 $@

此时 SRC 和 OBJ 不再是单一文件，他们表示的都是多个文件
依然可以是用之前的方法：

$(BIN):$(OBJ)gcc $(OBJ) -o $(BIN)

更优方法：

$(BIN):$(OBJ)gcc $^ -o $@

如图，$^表示所有的OBJ文件，$@表示BIN文件

6.6 %通配符与<

%.o:%.c$(CC) -c $<

6.7 测试一下

6.8 清理文件

6.9 自定义输出信息

BIN=ok    
SRC=$(wildcard *.c)    
OBJ=$(SRC:.c=.o)    
CC=gcc    
RM=rm -f    $(BIN):$(OBJ)    @$(CC) $^ -o $@    @echo "链接 $^ 成 $@"
%.o:%.c    @$(CC) -c $<    @echo "编译 $< 成 $@".PHONY:clean    
clean:    $(RM) $(OBJ) $(BIN).PHONY:test
test:                        @echo $(SRC)                            @echo $(OBJ)  

这样就直观很多了：

6.10 Makefile 扩展语法汇总

BIN=proc.exe # 定义变量
CC=gcc
#SRC=$(shell ls *.c) # 采⽤shell命令⾏⽅式，获取当前所有.c⽂件名
SRC=$(wildcard *.c) # 或者使⽤ wildcard 函数，获取当前所有.c⽂件名
OBJ=$(SRC:.c=.o) # 将SRC的所有同名.c 替换 成为.o 形成⽬标⽂件列表
LFLAGS=-o # 链接选项
FLAGS=-c # 编译选项
RM=rm -f # 引⼊命令$(BIN):$(OBJ)@$(CC) $(LFLAGS) $@ $^ # $@:代表⽬标⽂件名。 $^: 代表依赖⽂件列表@echo "linking ... $^ to $@"%.o:%.c # %.c 展开当前⽬录下所有的.c。 %.o: 同时展开同名.o@$(CC) $(FLAGS) $< # %<: 对展开的依赖.c⽂件，⼀个⼀个的交给gcc。@echo "compling ... $< to $@" # @：不回显命令.PHONY:clean
clean:$(RM) $(OBJ) $(BIN) # $(RM): 替换，⽤变量内容替换它.PHONY:test # 测试$符号的作用
test:@echo $(SRC)@echo $(OBJ)