【Linux】自动化构建工具 —— make/makefileLinux第一个小程序 - 进度条

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上一篇博客：Linux编译器 gcc/g++的使用&&初识动静态链接库

一、前言

上篇博客，我们学习了 gcc 编译器。学会了如何在 Linux 上编译C语言代码。如果有上百个源文件，难道一个个都用 gcc 编译为 .o 文件，最后将它们一起链接起来？

有没有一种方法，使编译更加快捷，一定程度实现自动化编译？
可以使用 make/makefile 构建一个简单的自动化工具。

二、概念

makefile ：

makefile 是一个文件。它是一个工程文件的编译规则，描述了整个工程的编译链接等规则。
写好的 makefile 文件可以使用一行命令来完成 “自动化编译” ，从而完成对工程的编译，极大提高效率。

make ：

make 是一个命令工具，用来一个解释 makefile 中文件中的指令。
当已经编写好 makefile 文件后，只需要使用 make ，就可以执行 makefile 中的内容。

一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，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。所以使用好 make/makefile ，可以使得开发更加得心应手。

总结：make 是一条指令，makefile 是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

三、代码实现

在讲解 make/makefile 之前，我们先写一个小 demo ，以这个 demo 为基准，对其进行讲解。

makefile 文件需要创建在当前工程的目录下，makefile 文件的名称可以为 makefile 或 Makefile

假设当前工程下已经有了一个 test.c ，我们直接开始 demo 的编写：

这样 makefile 就编写好了，就两句话，这时编写的 makefile 可以完成对程序的编译。

我们返回终端，使用 make 就可以对 test.c 进行编译：

使用 make 指令后，makefile 的第二行内容被打印在终端，并且生成了可执行程序 test ，test 程序也是可以执行的。

四、实现原理

1、依赖关系和依赖方法

在 Makefile 文件中，有这样一句话：

test:test.c

刚刚测试过我们知道 test 是目标文件，而 test.c 则是原始文件。

而 test.c 经过 gcc test.c -o test 生成 test 文件。

它们的关系 ：

• test 依赖 test.c 生成，所以 test.c 是 test 的依赖文件 。它们之间的关系被称为 依赖关系 。
• test.c 生成 test 需要通过 gcc test.c -o test 指令，这条指令就是 依赖方法 。

依赖关系 和 依赖方法 如何理解呢？

我们通过一个 makefile 理解一下：

在 makefile 文件中，共有四组依赖关系和依赖方法 ，当使用 make 调用 makefile 文件中内容时，便开始执行 makefile 中的内容：

test 依赖于 test.o ，但是 test.o 并不存在，跳转到下一组依赖关系
test.o 依赖于 test.s ，但是 test.s 并不存在，跳转到下一组依赖关系
test.s 依赖于 test.i ，但是 test.i 不存在，跳转到下一组依赖关系
test.i 依赖于 test.c ，test.c 存在，这时开始执行依赖方法

由此开始，逐渐执行上面的依赖方法，一层层回退，逐渐生成 test.i 、test.s 、test.o ，最后生成可执行程序，make 执行完毕。我们发现，这一过程就像 数据结构的栈 。

当目标文件所依赖的文件不存在时，就会将依赖方法入栈，知道依赖关系匹配了，再执行相应的依赖方法，在按照栈的规则，逐渐将栈中的元素出栈，规则满足后进先出。

为了验证这些步骤是否都被执行，我们 make 一下看看：

依赖方法对应的文件都产生了，所以依赖关系和依赖方法必须同时具备并正确，缺一不可 。

2、清理

平时写代码时，经常需要反复编译，执行代码。

而在下一次重新编译之前，需要清理一下上次生成的可执行程序。但是清理的时候可能清理错误，不小心把源文件删了，这时又造成了问题。

而上面的步骤，我们也生成了很多附加文件(如 test.i 等)。

所以我们基于 demo 增加一个清理功能：

使用 make 测试一下：

文件也都删除了。

这是为什么，新增语句是什么意思？

① .PHONY 伪目标

.PHONY 修饰的对象是伪目标，伪目标的特性是：总是被执行的。

.PHONY 修饰的一定能被反复执行，但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰。

多次执行 make 和 make clean 试试：

注：makefile 默认从上到下扫描只会执行第一组的依赖关系和依赖方法，所以默认执行第一组，这时使用 make 就可以；而 clean 为第二组，所以需要 make clean ，加上对应的关系。同理，对于第一组，使用 make test 也能执行。

第一组关系没有被 .PHONY 修饰，而不能重复执行。但是第二组 clean 可以重复执行 。
但是怎么证明 .PHONY 修饰对象之后，对象能被反复执行？我们再验证一下，给 test 加上修饰：

加上 .PHONY 修饰后，make 可以执行多次了，证明了 .PHONY 的作用。

但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰，就比如 clean ：

当 clean 去掉修饰之后，依然能被反复执行。

② .PHONY 的取舍

一般对于编译来说，是不加 .PHONY 修饰的。

因为编译是十分耗时间，特别是当工程量很大的时候，编译一两小时都不为过。所以防止对未修改的程序反复编译 ，一般编译时不加修饰。

但是 清理clean 是可以多次执行的，因为删除不太浪费时间，且可以反复清理，确认是否清理完毕。并且为了肯定清理可以被多次执行，所以通常用 .PHONY 修饰。

3、make 确定是否编译的方法

上面我们测试 make 时，发现当编译过一次后，继续使用 make 就无法继续编译了。但是 clean 是可以不加修饰反复执行的。 make 是如何确定是否要编译？

对于程序来说，时间有两条线。第一条是源代码时间的一条线，第二条是形成的可执行程序的时间的一条线 。而它们之间的次序，是先有源代码，再有可执行程序。

所以只要可执行程序的最近修改时间比源文件的修改时间晚，就认为当前可执行程序是最新的，为了减少时间和其他开销，于是不执行编译；反之执行编译 。

我们再重新生成可执行程序，并重复 make ，观察它们的时间：
这里就要用到 stat 指令，它的 modify 就是最近修改时间 ，如果对 stat 指令不了解的可以看这一篇：【Linux】基本指令(一) （在 ls 指令部分）

可执行程序 test 的时间明显比 源代码 test.c 晚，所以 make 并不能起作用。

那么基于对这个概念的理解，我们能否用其他方法再次执行 make ？

touch 指令为创建一个文件。若文件不存在则会创建一个文件；若文件存在则会把文件时间更新到最新。

使用 touch 更新一下 test.c 的时间，用 stat 观察时间，并反复 make 试试：

由此，我们发现可以使用 touch 来 “欺骗” make 来反复编译。这也侧面证明了： make 对于是否编译的决策是基于修改时间，而并不是基于文件内容是否修改 。

4、完整代码

test:test.cgcc test.c -o test 
.PHONY:clean                                                      
clean:rm -f test.i test.s test.o test

对于依赖关系而言，: 左边为目标文件，: 右边为依赖文件
依赖方法前需要有一个 tab ，为固定格式
: 右边可以有多个依赖文件 ，: 右边通常被称为依赖文件列表
对于 : 右边，目标文件对应的依赖文件列表可以为空 (例如 clean)
makefile 默认执行第一组的依赖关系和依赖方法，对于第一组可以直接使用 make 执行，后面则需要 make + 目标文件
.PHONY 修饰的 伪目标可反复执行 ，但反复执行的不一定是伪目标

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行缓冲区的概念

首先，我们来感受一下行缓冲区的存在，在Linux当中以下代码的运行结果是什么样的？

对于此代码，当然是先输出字符串hello world然后休眠3秒之后结束运行。那么对于以下代码呢？

可以看到代码中仅仅删除了字符串后面的’\n’，那么代码的运行结果还与之前相同吗？
答案是不相同，该代码的运行结果是：先休眠3秒，然后打印字符串hello world之后结束运行。该现象就证明了行缓冲区的存在。

显示器对应的是行刷新，即当缓冲区当中遇到’\n’或是缓冲区被写满才会被打印出来，而在第二份代码当中并没有’\n’，所以字符串hello world先被写到缓冲区当中去了，然后休眠3秒后，直到程序运行结束时才将hello world打印到显示器当中。

\r和\n

\r： 回车，使光标回到本行行首。
\n： 换行，使光标下移一格。

而我们键盘上的Enter键实际上就等价于\n+\r。

既然是\r是使光标回到本行行首，那么如果我们向显示器上写了一个数之后再让光标回到本行行首，然后再写一个数，不就相当于将前面一个数字覆盖了吗？但不使用’\n’进行换行怎么将缓冲区当中数据打印出来？

这里我们可以使用fflush函数，该函数可以刷新缓冲区，即将缓冲区当中的数据刷新到显示器中。
对此我们可以编写一个倒计时的程序。

在输出下一个数之前都让光标先回到本行行首，就得到了倒计时的效果。

进度条代码及效果展示

知道了\r这个概念我们就可以实现一个简单的进度条了。

效果展示：

总结：

今天我们学习了自动化构建工具 —— make/makefile ，重点了解了 make/makefile 的规则上。实际开发中，好的 make/makefile 可以让项目开发事半功倍。接下来，我们将继续学习其他Linux环境基础工具的基本使用及配置。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。

当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~