5Makefile详解

Makefile是一个自动化的编译工具，关系到整个工程的编译规则，极大的提高了软件开发的效率。

（1）Makefile的编译规则

//Makefile 也可以写作 makefile
1）如果这个工程没有编译过，那么我们的所有C文件都要编译并被链接。 2）如果这个工程的某几个C文件被修改，那么我们只编译被修改的C文件，并链接目标程序。 3）如果这个工程的头文件被改变了，那么我们需要编译引用了这个头文件的所有C文件，并链接目标程序。

（2）Makefile的书写规则

规则的三个要素：目标、依赖、命令

 //Makefile格式 
 target ... : prerequisites ... command
 //解释
 target：目标文件，可以是object file,也可以是可执行文件，还可以是一个标签；
 prerequisites:生成target所需要的目标或者文件；
command:任意shell命令

（3）Makefile的工作原理

//当执行make命令生成目标文件时
1.make命令使用时会在当前目录下寻找名为Makefile或者makefile的文件； 2.如果找到，它将会把文件中第一个target当作最终的目标文件； 3.如果target已然存在，并且它所依赖的所有文件的修改时间都没更改，则返回；否则执行后面的内容； 4.一层一层往前推，类似一个堆栈，直到到达所依赖的文件是.h和.c或者.cpp文件为止，此时便可以链式推导生成最终的目标文件了；

（4）gcc和g++命令概述

1）gcc和g++简介

GCC（GNU Compiler Collection） GNU编译器套件

gcc和g++均是GCC的一部分，gcc是GNU的c编译器，g++是GNU的c++编译器；

gcc将后缀名为.c的文件当作c程序，将后缀名为.cpp的文件当作c++程序；

g++将后缀名为.c和cpp的均当作c++程序；

2）区别

g++和gcc均可以编译链接c或者c++程序，使用方法有稍微的区别，g++编译链接c程序时可能调用gcc；gcc编译链接c++时，由于c++是c的超集，需要指定使用c++的动态库libstdc++.so；

范例如下，是等价的

// 存在一个main.cpp
g++ main.cpp -o test
// 链库的-l参数必须放置在源码之后
gcc main.cpp -lstdc++ -o test
gcc main.cpp -o test -lstdc+

3) GNU的编译步骤

1.预处理（Preprocessing）
//由预处理器cpp完成，将.cpp源文件预处理为.i文件。
g++  -E  test.cpp  -o  test.i

2.编译（Compilation）。由编译器cc1plus完成，将.i文件编译为.s的汇编文件。使用-S选项，只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。
g++ -S test.i -o test.s

3.汇编（Assembly）。由汇编器as完成，将.s文件汇编成.o的二进制目标文件。
g++  -c  test.s  -o  test.o

4.链接（Linking）。由链接器ld，将.o文件连接生成可执行程序。
g++ test.o  -o  test.out
g++ test.o  -o  test

（5）Makefile使用简介

1）变量的定义和使用

#定义编译器
cc = gcc 
或者
cc = g++ #定义编译参数 -w 不显示任何警告信息  -W 只显示错误警告信息  -Wall 显示所有警告信息
CFLAG = -g  -Wall -W
#定义待链接的库 -L后指明待链接的库所在的路径 -l参数待链接的库名
LIBRARY + = -L /usr/lib/ -lstdc++
#添加宏定义
DEBUG = MYDEF
DEF = -D$(DEBUG)
#使用  -o参数建议放在编译命令最后，否则可能会将源文件删除  -g参数必须放置在-o参数之前
    $(cc) $(CFLAG) $(DEF) $(源文件) -o $(目标文件) $(LIBRARY)

在变量的使用过程中，分为两种，递归展开式变量和直接展开式变量

//递归展开式变量
A = $(B)
B = $(C)
C = ME
则 A = ME,其优点是前面使用的变量可以使用后续定义的变量的值,缺点是有可能陷入无限循环
//直接展开式变量
A = aaa
B := $(A)bbb
A = ccc
则 B的值为 aaabbb，后续定义的A的值与其无关
如果写法为
A = aaa
B = $(A)bbb
A = ccc
则最终 B的值为 cccbbb

2）$相关变量

$^    所有的依赖目标的集合。以空格分隔。如果在依赖目标中有多个重复的，那个这个变量会去除重复的依赖目标，只保留一份。
[email protected]    表示规则中的目标文件集。在模式规则中，如果有多个目标，那么，"[email protected]"就是匹配于目标中模式定义的集合
$?    所有比目标新的依赖目标的集合。以空格分隔。
$<    依赖目标中的第一个目标名字。如果依赖目标是以模式（即"%"）定义的，那么"$<"将是符合模式的一系列的文件集。注意，其是一个一个取出来的。
$(@D) 表示"[email protected]"的目录部分（不以斜杠作为结尾)，如果"[email protected]"值是"dir/foo.o"，那么"$(@D)"就是"dir"，而如果"[email protected]"中没有包含斜杠的话，其值就是"."（当前目录） 。 
$(@F) 表示"[email protected]"的文件部分，如果"[email protected]"值是"dir/foo.o"，那么"$(@F)"就是"foo.o"，"$(@F)"相当于函数"$(notdir [email protected])"

// 例1
%.o : %.c
gcc  -c  $<  -o  [email protected]
把所以的c文件编译生成对应的o文件，$<代表每次取的c文件，[email protected]代表每次c文件对应的目标文件
// 例2
main ： main.o  test.o  test1.o  test2.o
gcc  -o  [email protected]  $^
把所有的o文件编译生成可执行的main文件，$^代表所以的依赖文件集合（main.o  test.o  test1.o  test2.o），@代表目标文件（main）
// 例3
lib : test.o  test1.o  test2.o
ar r lib $?
把有更新的依赖文件重新打包到库lib中， 如果只有test1.o更新，则$?代表test1.o， 如果test.o  test1.o都有更新，则$?代表test.o  test1.o的集合。

3）伪目标 clean build rebuild all

CC := gcc
Target := helloworld.out

$(Target) : func.o main.o
    $(CC) -o $(Target) main.o func.o

main.o : main.c
    $(CC) -c main.c -o main.o
func.o : func.c
    $(CC) -c func.c -o func.o

.PHONY : rebuild clean build

rebuild : clean build

build : $(Target)
#    @echo "build"    
clean :
#    @echo "clean"
    rm *.o $(Target)

在上述Makefile中，clean伪目标作用是将编译链接过程中所有生成文件全部删除，回到make执行的初始状态；build的作用是生成target，与make的作用相同；rebuild伪目标依赖于clean 和 build，当用户输入make rebuild时，实际上等效于make clean ，make build依此执行，build依赖于target，此时会将target重新生成，整个工程因此重新编译链接并生成。all伪目标适用于在同一个makefile中生成多个目标库文件时使用。

4）函数

GNU make提供了很多的函数，可以在Makefile文件中调用这些函数来进行文件名、变量以及命令等的处理。

（1） patsubst  主要对字符串进行运算和分析
用法：$(patsubst pattern,replacement,text)
功能：将text文本中出现的所有pattern替换为replacement
例子：$(patsubst %.c,%.o,a.c,b.o,c.c)
输出：a.o,c.o
（2） dir 主要用于获取文件的路径
用法:  $(dir text)
功能： 将text中所有文件的对应目录输出
例子： $(dir main.cpp,libstdc++d)
输出   ./,/usr/lib/
（3）notdir 抽取除去路径意外的其它信息
用法： $(notdir text)
功能： 去除text中所有包含的路径，只留下文件信息
例子： $(notdir /home/perfect/Mywork/C/main.c ./Makefile）
输出： main.c Makefile
（4） suffix 获得后缀名
用法：$(suffix text)
功能：将text中所有文件只留下后缀名
例子：$(suffix a.c,b.c)
输出 .c,.c
（5） addsuffix 给源目标文件添加前缀
用法：$(addprefix param,text)
功能：将text中每个源文件添加上合适的前缀后缀后输出
例子：$(addprefix -l,$(LIBS))
输出：完成的库名
（6） wildcard 扩展通配符
用法：$(wildcard PATTERN...)
功能：获取所有复合PATTERN格式的文件
例子：$(wildcard *.c)
输出：当前目录下所有的.c文件
复杂例子：$(patsubst %.c,%.o,$(wildcard *.c))
首先获取当前路径下所有的.c文件，然后将.c后缀名更改为.o后缀名并返回；

5）include关键字

include命令用于将最新的子Makefile包含进当前Makefile文件，再根据当前Makefile对文件进行编译链接；适用于当系统过大时，Makefile复杂时进行拆分。

（6）Makefile简单范例

//clac_test.h
#ifndef _CALC_TEST_H_ #define _CALC_TEST_H_
namespace test { int add(int a,int b); }

//calc_test.cpp
#include "calc_test.h"
namespace test { int add(int a,int b) { return a + b ; } }

//make_test.h
#ifndef _MAKE_TEST_ #define _MAKE_TEST_ #include <iostream>
namespace test { class MakeTest { public: void run(); }; } #endif

//make_test.cpp
#include "make_test.h" #include "calc_test.h"
namespace test { void MakeTest::run() { int a = 10; int b = 10; std::cout<<test::add(a,b)<<std::endl; } }

//main.cpp #include "string.h" #include "make_test.h"

using namespace std; int main() { test::MakeTest makeTest;// = new MakeTest();
 makeTest.run(); return 0; }

方法1：直接使用g++命令

g++ calc_test.cpp  make_test.cpp main.cpp -o test

方法2：直接使用gcc命令

gcc calc_test.cpp make_test.cpp main.cpp -lstdc++ -o test

方法3：全量的Makefile

test : main.o calc_test.o make_test.o g++ main.o calc_test.o make_test.o -o test main.o : main.cpp g++ -c main.cpp -o main.o calc_test.o : calc_test.cpp g++ -c calc_test.cpp -o calc_test.o make_test.o : make_test.cpp g++ -c make_test.cpp -o make_test.o main.cpp : make_test.h make_test.cpp : make_test.h calc_test.h calc_test.cpp : calc_test.h .PHONY : clean clean : rm test *.o

方法4：Makefile（隐晦推导）

test : main.o calc_test.o make_test.o g++ main.o calc_test.o make_test.o -o test main.o : make_test.h main.cpp g++ -c main.cpp make_test.cpp make_test.o : make_test.h calc_test.h g++ -c make_test.cpp calc_test.cpp calc_test.o : calc_test.h g++ -c calc_test.cpp .PHONY: clean clean: rm test *.o

方法5：Makefile（变量定义）

objects = calc_test.o make_test.o main.o test:$(objects) gcc -o test $(objects) -lstdc++ $(objects):calc_test.h make_test.h .PHONY:clean clean: rm test *.o

（7）Makefile处理多目标文件

1)单一Makefile利用伪目标 all

新建文件test.cpp 编译为 temp库

//test.cpp
#include <iostream>

int main() { std::cout<<10<<std::endl; return 0; }

//Makefile
all : test temp
temp : test.cpp
        gcc test.cpp -o temp -lstdc++
test : calc_test.cpp make_test.cpp main.cpp
        g++ calc_test.cpp make_test.cpp main.cpp -o test
.PHONY : clean
clean :
        rm test temp

2）当有多个Makefile时，每个Makefile一个目标文件

新建rapidmain.cpp（当前路径下有rapidxml的所有头文件）

//rapidmain.cpp
#include <iostream>
#include "rapidxml_print.hpp"
#include "rapidxml_utils.hpp"
#include "rapidxml.hpp"

using namespace std;

int main()
{
  rapidxml::xml_document<> doc;
  rapidxml::xml_node<> *declaration = doc.allocate_node(rapidxml::node_declaration);
  declaration->append_attribute(doc.allocate_attribute("version","1.0"));
  declaration->append_attribute(doc.allocate_attribute("encoding","utf-8"));
  doc.append_node(declaration);

  std::cout<<doc<<endl;
  return 0;
}

新建Makefile.rapidxml文件

rapid : rapidmain.cpp
        g++ -I ./rapidxml/ rapidmain.cpp -o rapid
.PHONY : clean
        rm rapid

新建Makefile.maketest文件

objects = calc_test.o make_test.o main.o

test:$(objects)
        gcc -o test $(objects) -lstdc++
$(objects):calc_test.h make_test.h
.PHONY :clean
clean:
        rm test *.o

方法1.新建总Makefile（采用伪目标和make命令）

all :
        make -f Makefile.rapidxml
        make -f Makefile.maketest
        // make -C [路径名] 进入指定路径执行make命令

方法2.新建总 Makefile（多个目标时，使用include包含子Makefile）

all : test rapid
include Makefile.maketest
include Makefile.rapidxml

5Makefile详解

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