浅析 Makefile

Makefile逻辑

Makefile就是将一系列的工作流串在一起自动执行，构成Makefile最基本的要素是目标、依赖、命令。也就是为了实现目标需要哪些依赖并执行什么样的命令。

target: dependences1 dependences2 ...  command1 command2 ...

其中，target表示要生成的目标，dependences表示生成target需要的依赖，而command就是生成target要执行什么命令。在格式上，命令所在行行首都有一个。

比如对于c语言来讲，生成.o文件需要.c源文件，而生成目标二进制文件又需要.o文件。

test: test.o  gcc -o test test.o
test.o: test.c  gcc -c test.c -o test.o

通过上面的例子我们隐约可以感觉到Makefile的解析过程，有点类似函数的递归调用。总是触及到最里层的规则之后，后面的每一次返回实际上都是依赖了上一次的调用。如下图：

当然，在编写代码的时候target相互之间的顺序有可能是打乱的，这里不要太死板。

Makefile的核心逻辑就是上面这点东西，而Makefile的创建有两种方式。

第一，将文件名命令为"Makefile"，然后在Makefile文件所在的目录直接使用make命令就可以自动解析"Makefile"文件的内容。比如下面是我自己的一个c语言项目的Makefile。

第二，任意命名，比如我们使用一个叫makefile_test的文件来编写Makefile内容。在执行make的时候使用-f参数指定文件名。如下：

$ make -f makefile_test

当然，Makefile还支持引用其它的Makefile，格式如下：

include <filename>

伪目标

有些时候，我们希望不生成具体的目标文件，只想执行命令，比如在Linux通过源码安装经常会使用make clean来清除安装产生的额外的中间文件，比如：

test: test.o  gcc -o test test.o
clean:  rm -rf *.o test

按照Makefile的规则clean也是一个目标，但我们不希望生成clean目标文件，就可以使用.PHONY将其声明为伪目标，表示只执行命令，不生成目标文件。例如：

.PHONY: clean
test: test.o  gcc -o test test.o
clean:  rm -rf *.o test

当一个Makefile有多个目标的时候，可以通过参数来指定要执行哪个目标，比如上面的clean：

$ make clean

Makefile变量

Makefile也支持变量，使用上和Shell中的变量很相似，比如：

BUILDDIR=./build
...
build:  mkdir -p $(BUILDDIR)
...

上面声明了一个变量BUILDDIR，然后在build目标中使用$(BUILDDIR)来引用变量。Makefile中变量可以分为三大类：默认变量、自定义变量和自动变量。\

1. 默认变量

默认变量是Makefile的约定，比如：

test:   $(CC) -o test test.c

其中CC就是一个默认变量，在linux下就是编译器cc。其它比较常用的默认变量如下：

关于命令相关的变量

• AR : 函数库打包程序。默认命令是 ar
• AS : 汇编语言编译程序。默认命令是 as
• CC : C语言编译程序。默认命令是 cc
• CXX : C++语言编译程序。默认命令是 g++
• CO : 从 RCS文件中扩展文件程序。默认命令是 co
• CPP : C程序的预处理器（输出是标准输出设备）。默认命令是 $(CC) –E
• FC : Fortran 和 Ratfor 的编译器和预处理程序。默认命令是 f77
• GET : 从SCCS文件中扩展文件的程序。默认命令是 get
• LEX : Lex方法分析器程序（针对于C或Ratfor）。默认命令是 lex
• PC : Pascal语言编译程序。默认命令是 pc
• YACC : Yacc文法分析器（针对于C程序）。默认命令是 yacc
• YACCR : Yacc文法分析器（针对于Ratfor程序）。默认命令是 yacc –r
• MAKEINFO : 转换Texinfo源文件（.texi）到Info文件程序。默认命令是 makeinfo
• TEX : 从TeX源文件创建TeX DVI文件的程序。默认命令是 tex
• TEXI2DVI : 从Texinfo源文件创建TeX DVI 文件的程序。默认命令是 texi2dvi
• WEAVE : 转换Web到TeX的程序。默认命令是 weave
• CWEAVE : 转换C Web 到 TeX的程序。默认命令是 cweave
• TANGLE : 转换Web到Pascal语言的程序。默认命令是 tangle
• CTANGLE : 转换C Web 到 C。默认命令是 ctangle
• RM : 删除文件命令。默认命令是 rm –f

关于命令参数的变量

• ARFLAGS : 函数库打包程序AR命令的参数。默认值是 rv
• ASFLAGS : 汇编语言编译器参数。（当明显地调用 .s 或 .S 文件时）
• CFLAGS : C语言编译器参数。
• CXXFLAGS : C++语言编译器参数。
• COFLAGS : RCS命令参数。
• CPPFLAGS : C预处理器参数。（ C 和 Fortran 编译器也会用到）。
• FFLAGS : Fortran语言编译器参数。
• GFLAGS : SCCS “get”程序参数。
• LDFLAGS : 链接器参数。（如： ld ）
• LFLAGS : Lex文法分析器参数。
• PFLAGS : Pascal语言编译器参数。
• RFLAGS : Ratfor 程序的Fortran 编译器参数。
• YFLAGS : Yacc文法分析器参数

2. 自定义变量

前面我们声明的BUILDDIR就是一个自定义变量，要注意的是，如果声明了一个和默认变量一样的变量就会覆盖默认变量，这也给我们提供了一个改变默认规则的入口。

自定义变量要注意的是赋值方式，在Makefile中有以下几种赋值方式：

• = 延迟赋值，在Makefile运行时才会被赋值
• := 立即赋值，立即赋值是在真正运行前就会被赋值
• ?= 空赋值，如果变量没有设置过才会被赋值
• += 追加赋值，可以理解为字符串的加操作

延迟赋值指的是在Makefile运行时再赋值。

立即赋值和我们的直觉一致

空赋值，是指如果变量没有设置的情况下才会赋值，空赋值只会在变量没有设置的时候才有效

3. 自动变量

Makefile有很多自动变量，这里只介绍几个常用的，分别是<、<、^、$@，其它的可以去参考Makefile文档。

$< 表示第一个依赖的文件，例如：

test: test.o test2.o  echo $<
test.o:
test2.o:

最终结果是test.o，也就是test第一个依赖。

$^ 表示所有依赖，还是上面的例子，例如：

test: test.o test2.o  echo $^
test.o:
test2.o:

最终结果是test.o test2.o，是test全部的依赖。

$@ 表示目标，上面的例子：

test: test.o test2.o  echo $@
test.o:
test2.o:

最终结果是test，也就是Makefile中的test。

Makefile规则

在Makefile中有一些约定俗成的规则，正是这些规则的存在可以大大减少Makefile代码长度，这里我只列出了我认为比较重要的四个规则。

1. 隐含规则

这里以c语言的规则举例，先来看一段Makefile：

main: main.o test.o  cc -o main main.o test.o

在当前目录下，只有main.c和test.c两个文件，并没有.o文件，上面的Makefile之所以能运行，是因为它的隐含规则。对于c语言来讲，如果有地方依赖.o文件，会自动去寻找相同名称的.c文件，并构建出.o文件。

当然隐含规则远没有这么简单，比如Makefile还支持多个步骤的隐形规则链，但这里我们只需要了解到这一步，后面可以查看理详细的文档去深入了解。

2. 通配符

Makefile中支持*、?、_{三个通配符，其意义和shell中的通配符基本一致。比如}表示宿主目录。例如在make clean的时候清除编译中产生的.o中间文件，如下：

clean:  rm -rf *.o

3. 模式匹配

在Makefile中模式匹配使用%来实现，表示匹配任意多个非空字符，相当于shell中的*。模式匹配有什么用呢？假如现在有非常多的.c源文件要生成目标.o文件，我们可以像下面这样写：

%.o: %.c  cc -c %^ -o $@

上面的意思是将所有.c文件都经过编译器编译生成.o文件，其中表示的是所有的依赖，在上面的场景中就是当前目录下所有.c文件。而^表示的是所有的依赖，在上面的场景中就是当前目录下所有.c文件。而表示的是所有的依赖，在上面的场景中就是当前目录下所有.c文件。而@表示目标文件。也就是%.o所代表的所有文件。可以看到模式匹配可以大幅减少Makefile的代码量。

4. 文件搜索

在比较大的工程中，程序可能会有特别多的依赖，Makefile默认会在当前目录下搜索依赖，但是绝大多数情况依赖可能分布在多个目录中，Makefile的VPATH变量可以帮助我们解决依赖搜索的问题，比如：

VPATH=src:../headers

表示Makefile会从src和…headers目录去搜索依赖文件。

VPATH还支持模式匹配，比如

VPATH <pattern> <directories>

比如，下面就表示在headers目录找所有.h文件

vpath %.h headers

还可以通过模式匹配清除搜索目录。注意，这里说的是清除。

VPATH <pattern>

或者清除所有已设置好的目录。

VPATH

Makefile条件分支

Makefile条件分支比较简单，就ifeq和ifneq。比如：

ifeq ($(ARCH), x86)   CC=gcc
else  CC=arm....gcc
endif

这个比较好理解，而ifneq的使用和ifeq几乎是一样的，可以自己试一下。

Makefile函数

Makefile提供了很多内置函数，但这里我只讲其中我认为比较重要的4个函数，分别是：

1. patsubst : 模式匹配与替换

patsubst的原型如下：

$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

其语义是，在text中寻找符合pattern模式的内容替换成replacement的模式。这个函数非常有用，还是以c语言为例，在没有生成.o文件之前我们可以通过.c格式的原文件替换最终得到一组.o文件名。比如：

OBJECTS=$(patsubst %.c,%.o, main.c test.c)

最终main.c和test.c会被分别替换成main.o和test.o，然后将结果赋值给变量OBJECTS。

2. notdir : 去掉路径中的目录

notdir的原型如下：

$(notdir <text>)

有时候我们拿到的是一个文件的全路径，但我们只想要文件名，就可以使用notdir函数，比如src/foo.c，我们只想要foo.c，就可以这样写：

FOO=$(notdir src/foot.c)

3. wildcard : 匹配文件

如果我们要从一堆文件里面挑出符合条件的那部分就可以使用wildcard，它的原型如下：

$(wildcard <pattern>)

比如我们想找出所有.h文件

INCLUDES=$(wildcard *.h)

注意，这里使用的通配符是"*"，这里表示在当前目录找到所有.h文件。

4. foreach : 批量处理

foreach可以重复相同的逻辑去处理一批数据，它的原型如下：

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

比如我们要一次性找到a、b、c三个目录下的所有.c文件，就可以这样写：

DIRS:=a b c
FILES=$(foreach dir, $(dirs), $(wildcard $(dir)/*.c))

foreach的参数有三个，我们分别来看一下

• 表示从中遍历出来的每一项
• 是被遍历的原数据列表，可以类比c语言中的数组
• 在text中是可以引用的也可以使用其它函数，就是foreach函数处理之后的结果，如果中有函数就是函数运行之后的结果。

好了，到这里我们所需要的前置知识都有了。下面来通过一个实际项目将上面的知识点串在一起，实现一个相对比较复杂的Makefile。

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