Linux/Unix環境下的Make和Makefile詳解_unix linux

Linux/Unix環境下的Make和Makefile詳解 

　　無論是在Linux還是在Unix環境中，make都是一個非常重要的編譯命令。不管是自己進行項目開發還是安裝應用軟體，我們都經常要用到make或make install。利用make工具，我們可以將大型的開發項目分解成為多個更易於管理的模組，對於一個包括幾百個源檔案的應用程式，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個源檔案之間紛繁複雜的相互關係。而且如此多的源檔案，如果每次都要鍵入gcc命令進行編譯的話，那對程式員來說簡直就是一場災難。而make工具則可自動完成編譯工作，並且可以只對程式員在上次編譯後修改過的部分進行編譯。因此，有效利用make和makefile工具可以大大提高項目開發的效率。同時掌握make和makefile之後，您也不會再面對著Linux下的應用軟體手足無措了。

　　但令人遺憾的是，在許多講述Linux應用的書籍上都沒有詳細介紹這個功能強大但又非常複雜的編譯工具。在這裡我就向大家詳細介紹一下make及其描述檔案makefile。

　　Makefile檔案

　　Make工具最主要也是最基本的功能就是通過makefile檔案來描述來源程式之間的相互關係並自動維護編譯工作。而makefile 檔案需要按照某種文法進行編寫，檔案中需要說明如何編譯各個源檔案並串連產生可執行檔，並要求定義源檔案之間的依賴關係。makefile 檔案是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護編譯資訊的常用方法，只是在整合式開發環境中，使用者通過友好的介面修改 makefile 檔案而已。

　　在 UNIX 系統中，習慣使用 Makefile 作為 makfile 檔案。如果要使用其他檔案作為 makefile，則可利用類似下面的 make 命令選項指定 makefile 檔案：

　　$ make -f Makefile.debug

　　例如，一個名為prog的程式由三個C源檔案filea.c、fileb.c和filec.c以及庫檔案LS編譯產生，這三個檔案還分別包含自己的標頭檔a.h 、b.h和c.h。通常情況下，C編譯器將會輸出三個目標檔案filea.o、fileb.o和filec.o。假設filea.c和fileb.c都要聲明用到一個名為defs的檔案，但filec.c不用。即在filea.c和fileb.c裡都有這樣的聲明：

　　#include "defs"

　　那麼下面的文檔就描述了這些檔案之間的相互聯絡:

　　---------------------------------------------------------
　　#It is a example for describing makefile
　　prog : filea.o fileb.o filec.o
　　cc filea.o fileb.o filec.o -LS -o prog
　　filea.o : filea.c a.h defs
　　cc -c filea.c
　　fileb.o : fileb.c b.h defs
　　cc -c fileb.c
　　filec.o : filec.c c.h
　　cc -c filec.c
　　----------------------------------------------------------

　　這個描述文檔就是一個簡單的makefile檔案。

　　從上面的例子注意到，第一個字元為 # 的行為注釋行。第一個非注釋行指定prog由三個目標檔案filea.o、fileb.o和filec.o連結產生。第三行描述了如何從prog所依賴的檔案建立可執行檔。接下來的4、6、8行分別指定三個目標檔案，以及它們所依賴的.c和.h檔案以及defs檔案。而5、7、9行則指定了如何從目標所依賴的檔案建立目標。

　　當filea.c或a.h檔案在編譯之後又被修改，則 make 工具可自動重新編譯filea.o，如果在前後兩次編譯之間，filea.C 和a.h 均沒有被修改，而且test.o還存在的話，就沒有必要重新編譯。這種依賴關係在多源檔案的程式編譯中尤其重要。通過這種依賴關係的定義，make 工具可避免許多不必要的編譯工作。當然，利用Shell指令碼也可以達到自動編譯的效果，但是，Shell 指令碼將全部編譯任何源檔案，包括哪些不必要重新編譯的源檔案，而 make 工具則可根據目標上一次編譯的時間和目標所依賴的源檔案的更新時間而自動判斷應當編譯哪個源檔案。

　　Makefile檔案作為一種描述文檔一般需要包含以下內容:

　　◆ 宏定義
　　◆ 源檔案之間的相互依賴關係
　　◆ 可執行檔命令

　　Makefile中允許使用簡單的宏指代源檔案及其相關編譯資訊，在Linux中也稱宏為變數。在引用宏時只需在變數前加$符號，但值得注意的是，如果變數名的長度超過一個字元，在引用時就必須加圓括弧（）。

　　下面都是有效宏引用：

　　$(CFLAGS)
　　$2
　　$Z
　　$(Z)

　　其中最後兩個引用是完全一致的。

　　需要注意的是一些宏的預定義變數，在Unix系統中，$*、$@、$?和$<四個特殊宏的值在執行命令的過程中會發生相應的變化，而在GNU make中則定義了更多的預定義變數。關於預定義變數的詳細內容，宏定義的使用可以使我們脫離那些冗長乏味的編譯選項，為編寫makefile檔案帶來很大的方便。

　　---------------------------------------------------------
　　# Define a macro for the object files
　　OBJECTS= filea.o fileb.o filec.o
　　# Define a macro for the library file
　　LIBES= -LS
　　# use macros rewrite makefile
　　prog: $(OBJECTS)
　　cc $(OBJECTS) $(LIBES) -o prog
　　……
　　---------------------------------------------------------

　　此時如果執行不帶參數的make命令，將串連三個目標檔案和庫檔案LS；但是如果在make命令後帶有新的宏定義：

　　make "LIBES= -LL -LS"

　　則命令列後面的宏定義將覆蓋makefile檔案中的宏定義。若LL也是庫檔案，此時make命令將串連三個目標檔案以及兩個庫檔案LS和LL。

　　在Unix系統中沒有對常量NULL作出明確的定義，因此我們要定義NULL字串時要使用下述宏定義：

　　STRINGNAME=

　　Make命令

　　在make命令後不僅可以出現宏定義，還可以跟其他命令列參數，這些參數指定了需要編譯的目標檔案。其標準形式為：

　　target1 [target2 …]:[:][dependent1 …][;commands][#…]
　　[(tab) commands][#…]

　　方括弧中間的部分表示可選項。Targets和dependents當中可以包含字元、數字、句點和"/"符號。除了引用，commands中不能含有"#",也不允許換行。

　　在通常的情況下命令列參數中只含有一個":"，此時command序列通常和makefile檔案中某些定義檔案間依賴關係的描述行有關。如果與目標相關連的那些描述行指定了相關的command序列，那麼就執行這些相關的command命令，即使在分號和(tab)後面的aommand欄位甚至有可能是NULL。如果那些與目標相關連的行沒有指定command，那麼將調用系統預設的目標檔案建置規則。

　　如果命令列參數中含有兩個冒號"::"，則此時的command序列也許會和makefile中所有描述檔案依賴關係的行有關。此時將執行那些與目標相關連的描述行所指向的相關命令。同時還將執行build-in規則。

　　如果在執行command命令時返回了一個非"0"的出錯訊號，例如makefile檔案中出現了錯誤的目標檔案名或者出現了以連字號打頭的命令字串，make操作一般會就此終止，但如果make後帶有"-i"參數，則make將忽略此類出錯訊號。

　　Make命本身可帶有四種參數：標誌、宏定義、描述檔案名稱和目標檔案名。其標準形式為：

　　Make [flags] [macro definitions] [targets]

　　Unix系統下標誌位flags選項及其含義為：

　　-f file　　指定file檔案為描述檔案，如果file參數為"-"符，那麼描述檔案指向標準輸入。如果沒有"-f"參數，則系統將預設目前的目錄下名為makefile或者名為Makefile的檔案為描述檔案。在Linux中， GNU make 工具在當前工作目錄中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的順序搜尋 makefile檔案。
　　-i 　　忽略命令執行返回的出錯資訊。
　　-s 　　沉默模式，在執行之前不輸出相應的命令列資訊。
　　-r 　　禁止使用build-in規則。
　　-n 　　非執行模式，輸出所有執行命令，但並不執行。
　　-t 　　更新目標檔案。
　　-q　　 make操作將根據目標檔案是否已經更新返回"0"或非"0"的狀態資訊。
　　-p　　 輸出所有宏定義和目標檔案描述。
　　-d　　 Debug模式，輸出有關檔案和檢測時間的詳細資料。

　　Linux下make標誌位的常用選項與Unix系統中稍有不同，下面我們只列出了不同部分：

　　-c dir　　 在讀取 makefile 之前改變到指定的目錄dir。
　　-I dir 　　當包含其他 makefile檔案時，利用該選項指定搜尋目錄。
　　-h 　　help文擋，顯示所有的make選項。
　　-w 　　在處理 makefile 之前和之後，都顯示工作目錄。

　　通過命令列參數中的target ，可指定make要編譯的目標，並且允許同時定義編譯多個目標，操作時按照從左向右的順序依次編譯target選項中指定的目標檔案。如果命令列中沒有指定目標，則系統預設target指向描述檔案中第一個目標檔案。

　　通常，makefile 中還定義有 clean 目標，可用來清除編譯過程中的中間檔案，例如：

　　clean:
　　rm -f *.o

　　運行 make clean 時，將執行 rm -f *.o 命令，最終刪除所有編譯過程中產生的所有中間檔案。

　　隱含規則

　　在make 工具中包含有一些內建的或隱含的規則，這些規則定義了如何從不同的依賴檔案建立特定類型的目標。Unix系統通常支援一種基於副檔名即檔案名稱尾碼的隱含規則。這種尾碼規則定義了如何將一個具有特定檔案名稱尾碼的檔案（例如.c檔案），轉換成為具有另一種檔案名稱尾碼的檔案（例如.o檔案）：

　　.c:.o
　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
　　系統中預設的熱門檔案副檔名及其含義為：
　　.o 　目標檔案
　　.c 　C源檔案
　　.f 　FORTRAN源檔案
　　.s 　彙編源檔案
　　.y 　Yacc-C源文法
　　.l 　Lex源文法

　　在早期的Unix系統系統中還支援Yacc-C源文法和Lex源文法。在編譯過程中，系統會首先在makefile檔案中尋找與目標檔案相關的.C檔案，如果還有與之相依賴的.y和.l檔案，則首先將其轉換為.c檔案後再編譯產生相應的.o檔案；如果沒有與目標相關的.c檔案而只有相關的.y檔案，則系統將直接編譯.y檔案。

　　而GNU make 除了支援尾碼規則外還支援另一種類型的隱含規則--模式規則。這種規則更加通用，因為可以利用模式規則定義更加複雜的依賴性規則。模式規則看起來非常類似於正則規則，但在目標名稱的前面多了一個 % 號，同時可用來定義目標和依賴檔案之間的關係，例如下面的模式規則定義了如何將任意一個 file.c 檔案轉換為 file.o 檔案：

　　%.c:%.o
　　$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
　　#EXAMPLE#

　　下面將給出一個較為全面的樣本來對makefile檔案和make命令的執行進行進一步的說明，其中make命令不僅涉及到了C源檔案還包括了Yacc文法。本例選自"Unix Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284

下面是描述檔案的具體內容：

　　---------------------------------------------------------
　　#Description file for the Make command
　　#Send to print
　　P=und -3 | opr -r2
　　#The source files that are needed by object files
　　FILES= Makefile version.c defs main.c donamc.c misc.c file.c \
　　dosys.c gram.y lex.c gcos.c
　　#The definitions of object files
　　OBJECTS= vesion.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o
　　LIBES= -LS
　　LINT= lnit -p
　　CFLAGS= -O
　　make: $(OBJECTS)
　　cc $(CFLAGS) $(OBJECTS) $(LIBES) -o make
　　size make
　　$(OBJECTS): defs
　　gram.o: lex.c
　　cleanup:
　　-rm *.o gram.c
　　install:
　　@size make /usr/bin/make
　　cp make /usr/bin/make ; rm make
　　#print recently changed files
　　print: $(FILES)
　　pr $? | $P
　　touch print
　　test:
　　make -dp | grep -v TIME>1zap
　　/usr/bin/make -dp | grep -v TIME>2zap
　　diff 1zap 2zap
　　rm 1zap 2zap
　　lint: dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c gram.c
　　$(LINT) dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c \
　　gram.c
　　rm gram.c
　　arch:
　　ar uv /sys/source/s2/make.a $(FILES)
　　----------------------------------------------------------

　　通常在描述檔案中應象上面一樣定義要求輸出將要執行的命令。在執行了make命令之後，輸出結果為：

　　$ make
　　cc -c version.c
　　cc -c main.c
　　cc -c donamc.c
　　cc -c misc.c
　　cc -c file.c
　　cc -c dosys.c
　　yacc gram.y
　　mv y.tab.c gram.c
　　cc -c gram.c
　　cc version.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o \
　　-LS -o make
　　13188+3348+3044=19580b=046174b

　　最後的數字資訊是執行"@size make"命令的輸出結果。之所以只有輸出結果而沒有相應的命令列，是因為"@size make"命令以"@"起始，這個符號禁止列印輸出它所在的命令列。

　　描述檔案中的最後幾條命令列在維護編譯資訊方面非常有用。其中"print"命令列的作用是列印輸出在執行過上次"make print"命令後所有改動過的檔案名稱。系統使用一個名為print的0位元組檔案來確定執行print命令的具體時間，而宏$?則指向那些在print檔案改動過之後進行修改的檔案的檔案名稱。如果想要指定執行print命令後，將輸出結果送入某個指定的檔案，那麼就可修改P的宏定義：

　　make print "P= cat>zap"

　　在Linux中大多數軟體提供的是原始碼，而不是現成的可執行檔，這就要求使用者根據自己系統的實際情況和自身的需要來配置、編譯來源程式後，軟體才能使用。只有掌握了make工具，才能讓我們真正享受到到Linux這個自由軟體世界的帶給我們無窮樂趣。