【Linux系统编程】项目自动化构建工具make/Makefile

介绍：

        make和Makefile是用于编译和构建C/C++程序的工具和文件。Makefile是一个文本文件，其中包含了编译和构建程序所需的规则和指令。它告诉make工具如何根据源代码文件生成可执行文件，里面保存的是依赖关系和依赖方法。make是一个命令行工具，用于根据Makefile文件中定义的依赖关系和依赖方法来生成程序。

make/Makefile的使用：

        在使用此构建工具时，首先，我们要建立一个名称为 Makefile或makefile 文件，这里要注意 的是名称是固定的，不可更改。建立之后就要进入vim编辑步骤，输入依赖关系和依赖方法来对指定程序进行指令控制。

        下面，我们使用最简单的gcc编译操作来对C语言源文件程序进行控制。

[zhu@zhujunhao ~]$ vim Makefile
[zhu@zhujunhao ~]$ cat Makefile
code.exe:code.c       #第一行叫做依赖关系，即对文件code.c进行操作
    gcc code.c -o code.exe   #第二行叫做依赖方法，该方法对code.c文件进行编译
[zhu@zhujunhao ~]$ make  #直接make，开始执行Makefile文件中指令
gcc code.c -o code.exe   #Makefile 的依赖方法操作
[zhu@zhujunhao ~]$ ll
total 24
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  181 Dec  7 09:15 code.c
-rwxrwxr-x 1 zhu zhu 8360 Dec  7 17:02 code.exe   #make形成可执行文件code.exe
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  827 Dec  5 14:52 install.sh
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu   40 Dec  7 17:01 Makefile

      其中，依赖关系是所要针对的文件，上面依赖关系 code.exe:code.c 中的 mybin 叫做目标文件，make 操作的就是此文件，code.c 叫做依赖文件列表，两者之间用 “ : ” 分割。依赖方法是要对此文件进行指令操作，上面的依赖方法 gcc code.c -o code.exe 是对code.c文件进行编译处理。

        这里要注意的是，当我们使用make后，就不能再次使用make对其进行编辑。这时我们需在Makefile文件中对相关东西进行清理工作。如下：

[zhu@zhujunhao ~]$ vim Makefile
[zhu@zhujunhao ~]$ cat Makefile
clear:                           #定义clear的依赖关系
    rm -f code.exe        #clear对应的依赖方法
code.exe:code.c        #定义目标文件code.exe依赖关系
    gcc code.c -o code.exe       #code.exe的依赖方法
[zhu@zhujunhao ~]$ make     #默认执行第一个依赖关系所对应的依赖方法。
rm -f code.exe
[zhu@zhujunhao ~]$ ll
total 12
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu 181 Dec  7 09:15 code.c
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu 827 Dec  5 14:52 install.sh
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  65 Dec  7 18:04 Makefile

[zhu@zhujunhao ~]$ make code.exe     #进行说明执行第二个依赖关系所对应的依赖方法
gcc code.c -o code.exe
[zhu@zhujunhao ~]$ ll
total 24
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  181 Dec  7 09:15 code.c
-rwxrwxr-x 1 zhu zhu 8360 Dec  7 18:05 code.exe
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  827 Dec  5 14:52 install.sh
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu   65 Dec  7 18:04 Makefile

        这里需注意，Makefile 定义的依赖关系中的 “目标文件” 不一定非要是文件，主要作用在于依赖方法，比如上面的 clear 功能就是删除文件操作。这里的 “目标文件” 是一个抽象的概念。

        Makefile和make 形成目标文件的时候，默认是从上到下扫描Makefile文件的，若不加以说明，默认形成的是第一个目标文件。

        上面说到 make 只能编译一次。但是我们发现，当修改源文件时，可再次进行 make 编辑，这是因为make会根据文件所对应时间的修改而再次进行编辑。使用 stat [文件或目录] 可查看【文件或目录i】所对应的详细时间记录。

[zhu@zhujunhao ~]$ stat code.c         #查看code.c文件所对应的时间记录
  File: ‘code.c’
  Size: 181           Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd01h/64769d    Inode: 1052177     Links: 1
Access: (0664/-rw-rw-r--)  Uid: ( 1001/     zhu)   Gid: ( 1001/     zhu)
Access: 2023-12-07 09:15:21.064989027 +0800
Modify: 2023-12-07 09:15:21.060988852 +0800
Change: 2023-12-07 09:15:21.060988852 +0800
 Birth: -

        这里，所对应的时间为Access、Modify、Change三个记录。其中，Access是最近一次对文件进行访问(即读文件)的时间，Modify是最近一次对文件内容进行修改的时间，Change是最近一次对文件属性进行修改的时间。要注意的是Access所对应的文件访问的时间不是每次访问都会更新，在短时间内频繁的访问系统不会更新。这样保证了不会对系统带来太大的负担。

文件时间：

        make编辑文件时查看文件所对应的时间查看的是Modify所对应的时间，也就是说只要Modify所对应的时间被修改，make即可再次进行编辑。这里，我们可使用 touch [文件] 指令，当不存在【文件】时将会创建文件，当存在【文件】时将会全部更新文件所对应的时间。

Makefile/makefile语法使用：       

1，.PHONY的使用

        当我们不想改变文件所对应的时间时进行连续编译，这时需要在Makefile/makefile文件中进行.PHONY修饰伪目标。

[zhu@zhujunhao ~]$ vim Makefile
[zhu@zhujunhao ~]$ cat Makefile
.PHONY:code.exe    #修饰code.exe目标文件，成为一个伪目标，使其总是可以被执行
clean:                      #我们也可用.PHONY修饰clean目标，即.PHONY:clean，使其总是执行
    rm -f code.exe
code.exe:code.c  
    gcc code.c -o code.exe
[zhu@zhujunhao ~]$ make code.exe
gcc code.c -o code.exe
[zhu@zhujunhao ~]$ make code.exe
gcc code.c -o code.exe
[zhu@zhujunhao ~]$ make code.exe
gcc code.c -o code.exe

2，名称的替换

        在Makefile/makefile文件中可用 “ = ” 进行名称替换工作，使用别名时只需用 $(别名) 进行替换即可，如下：

#使用 = 进行名称的替换
   g=gcc
   o=-o
   c=code.c
   exe=code.exe

#使用别名替换，即：$(别名)
   .PHONY:$(exe)    #修饰code.exe目标文件，成为一个伪目标，使其总是可以被执行
   clean:
       rm -f $(exe)
   $(exe):$(c)  
       gcc $^ $(o) $@   # $@代表目标文件，$^代表依赖文件列表     

3，语法推导

        在Makefile/makefile中，若存在多个依赖关系，当make运行其中一个依赖关系的依赖方法时，系统会先判断依赖关系中对应的依赖文件列表，并且对应的依赖文件不存在时，将会自动往下继续寻找，直到找到指定的命令来生成这个目标文件，若找不到，系统将会报出异常；若找到了，系统将会往上不断返回执行对应的指令，以便生成这个目标文件。如下：

[zhu@zhujunhao ~]$ vim makefile
[zhu@zhujunhao ~]$ cat makefile
code.exe:code.o
    gcc $^ -o $@
code.o:code.s
    gcc -c $^ -o $@
code.s:code.i
    gcc -S $^ -o $@
code.i:code.c
    gcc -E $^ -o $@

以上的makefile的工作流程是这样的：

1. 首先，当你运行 make code.exe时，make会检查 code.exe是否已经存在。如果存在，make就不会重新编译。如果不存在，make会找到它的依赖文件code.o，若依赖文件code.o 不存在，系统将往下查找，运行指定的命令来生成这个目标文件。这个过程会一直继续，直到所有的目标文件都被生成。
2. 然后，对于每个目标文件，makefile都会检查是否所有的依赖文件都已经被更新。如果是，那么目标文件就会被重新编译。这个过程会一直继续，直到所有的目标文件都被更新。 如果命令失败了或全部指令运行完之后目标文件还没有被更新，make会停止并显示错误信息。

       总的来说，makefile定义了如何将C语言源代码code.c编译成可执行文件code.exe的过程。在编译过程中，它首先将C语言源代码预处理为中间文件code.i，然后将中间文件编译为汇编文件code.s，接着将汇编文件code.s编译成二进制文件code.o，最后将二进制文件链接为可执行文件code.exe。

[zhu@zhujunhao ~]$ make
gcc -E code.c -o code.i
gcc -S code.i -o code.s
gcc -c code.s -o code.o
gcc code.o -o code.exe

        可看出，Makefile/makefile的程序指令运行中，依赖关系如同栈结构中不断推导进栈，当查找到最终所以属的目标文件时，依赖关系中对应的依赖方法将会不断的出栈运行。这种形式就叫做makefile/Makefile的语法推到过程。

总：使用make和Makefile/makefile可以简化编译和构建程序的过程，只需要编写一个简单的Makefile/makefile文件，就可以自动化地编译和链接程序。同时，Makefile/makefile还可以在不同的平台上使用，使得程序的构建更加灵活和可移植。