Make 编译脚本上手

考察下面的示例代码：

main.c

#include <stdio.h>

int main(){
    printf("hello world!");
    return 0;
}

正常情况下，通过 gcc 在命令行将其编译后产出相应文件，可执行文件或 object 文件等。

$ gcc -o main.out main.c

上面命令编译后运行 main.out 可执行文件。

$ ./main.out
hello world!

Make 工具

通过 make 命令，可以将上面的编译进行有效自动化管理。通过将从输入文件到输出文件的编译无则编写成 Makefile 脚本，Make 工具将自动处理文件间依赖及是否需要编译的检测。

make 命令所使用的编译配置文件可以是 Makefile，makefile 或 GUNMake。

其中定义任务的基本语法为：

target1 [target2 ...]: [pre-req-1 pre-req-2 ...]
	[command1
	 command2
	 ......]

上面形式也可称作是一条编译规则（rule）。

其中，

• target 为任务名或文件产出。如果该任务不产出文件，则称该任务为 Phony Targets。make 内置的 phony target 有 all, install 及 clean 等，这些任务都不实际产出文件，一般用来执行一些命令。
• pre-req123... 这些是依赖项，即该任务所需要的外部输入，这些输入可以是其他文件，也可以是其他任务产出的文件。
• command 为该任务具体需要执行的 shell 命令。

Makefile 示例

比如文章最开始的编译，可通过编写下面的 Makefile 来完成：

Makefile

all:main.out

main.out: main.c
	gcc -o main.out main.c

clean:
	rm main.out

上面的 Makefile 中定义了三个任务，调用时可通过 make <target name> 形式来调用。

比如:

$ make main.out
gcc -o main.out main.c

产出 main.out 文件。

再比如：

$ make clean
rm main.out

该 clean 任务清除刚刚生成的 main.out 文件。

三个任务中，all 为内置的任务名，一般一个 Makefile 中都会包含，当直接调用 make 后面没有跟任务名时，默认执行的就是 all。

$ make
gcc -o main.out main.c

命令的换行

如果一条编译规则中所要执行的 shell 命令有单条很长的情况，可通过 \ 来换行。

main.out: main.c
    gcc \
    -o main.out \
    main.c

注意 \ 与命令结尾处需要间隔一个空格，否则识别出错。

main.out: main.c
    gcc\ # 🚨
    -o main.out\ # 🚨
    main.c

任务间的依赖

前面调用 all 的效果等同于调用 main.out 任务，因为 all 的输入依赖为 main.out 文件。Make 在执行任务前会先检查其输入的依赖项，执行 all 时发现它依赖 main.out 文件，于是本地查找，发现本地没有，再从 Makefile 中查找看是否有相应任务会产生该文件，结果确实有相应任务能产生该文件，所以先执行能够产生依赖项的任务。

增量编译

使用 Makefile 进行编译有个好处是，在执行任务时，它会先检查依赖项是否比需要产出的文件新，如果说依赖项更新新，则说明我们需要产出的目标文件属于过时的产物，需要重新生成。

什么意思。比如上面的示例，当执行

$ make main.out 

试图生成 main.out 产出时，会检查这个任务的依赖文件 main.c 是否有修改过。

比如前面我们已经执行过该任务产生过 main.out。再次执行时，会得到如下提示：

$ make main.out 
make: `main.out' is up to date.

NOTE: 上面是 Mac 上最新版本的 Make 工具（GNU Make 3.81）的提示语，老版或其他变种工具得到的可能是 Nothing to be done for \main.out` `。

现在对输入文件 main.c 进行修改：

#include <stdio.h>

int main(){
-     printf("hello world!");
+     printf("hello wayou!");
    return 0;
}

再次执行 make main.out 会发现任务正常执行并产生了新的输出，

$ make main.out
gcc -o main.out main.c

$ ./main.out
hello wayou!⏎

这里 main.c 修改后，它在文件上来说，就比 main.out 更新了，所以我们说 main.out 这个目标， 过时（out-dated） 了。

过时的任务才会被重新执行，而未过时的会跳过，并输出相应信息。

以上，Makefile 天然实现了增量编译的效果，在大型项目下会节省不少编译时间，因为它只编译过期的任务。

Phony 类型任务的执行

需要注意的是，phony 类型的任务永远都属于过时类型，即，每次 make 都会执行。因为这种类型的任务它没有文件产出，就无所谓检查，它的主体只是调用了另外的命令而以。

拿这里的 all 来说，当我们执行 make 或 make all 时，得到：

$ make
make: Nothing to be done for `all'.

这里看不出来 all 有没有执行，因为目前它还没有包含任何一句命令，调用 all 后实际执行的是它的依赖文件 main.out 中的任务，而因为后者已经是最新的了，所以无须执行，所以得到了如上的输出。

为了验证 phony 类型任务是否每次都执行，向 all 及 main.out 中添加 echo 命令打印一些信息、

all:main.out
+	echo "[all] done"

main.out: main.c
	gcc -o main.out main.c
+	echo "[main.out] done"

clean:
	rm main.out

再次执行：

$ make
echo "[all] done"
[all] done

$ make
echo "[all] done"
[all] done

$ make main.out
make: `main.out' is up to date.

可以看到，属于 phony 类型的任务 all 每次都会执行其中定义的 shell 命令，而非 phony 类型的任务 main.out 则走了增量编译的逻辑。

变量/宏

Makefile 中可使用变量（宏）来让脚本更加灵活和减少冗余。

其中变量使用 $ 加圆括号或花括号的形式来使用，$(VAR)，定义时类似于 C 中定义宏，所以变量也可叫 Makefile 中的宏，

CC=gcc

这里定义 CC 表示 gcc 编译工具。然后在后续编译命令中，就可以使用 $(CC) 代替 gcc 来书写 shell 命令了。

+ CC=gcc

all:main.out

main.out: main.c
-	gcc -o main.out main.c
+	$(CC) -o main.out main.c

clean:
	rm main.out

这样做的好处是什么？因为编译工具可能随着平台或环境或需要编译的目标不同，而不同。比如 gcc 只是用来编译 C 代码的，如果是 C++ 你可能要用 g++ 来编译。如果是编译 WebAssembly 则需要使用 emcc。

无论怎样变，我们只需要修改定义在文件开头的 CC 变量即可，无须修改其他地方。这当然只是其中一点好处。

自动变量/Automatic Variables

自动变量/Automatic Variables 是在编译规则匹配后工具进行设置的，具体包括：

• $@：代表产出文件名
• $*：代表产出文件名不包括扩展名
• $<：依赖项中第一个文件名
• $^：空格分隔的去重后的所有依赖项
• $+：同上，但没去重
• $?：同上，但只包含比产出更新的那些依赖

这些变量都只有一个符号，区别于正常用字母命名的变量需要使用 $(VAL) 的形式来使用，自动变量无需加括号。

利用自动变量，前面示例可改造成：

CC=gcc

TARGET=main.out

all:$(TARGET)

$(TARGET): main.c
	$(CC) -o $@ $^

clean:
	rm $(TARGET)

减少了重复代码，更加易于维护，需要修改时，改动比较小。

VPATH & vpath

可通过 VPATH 指定依赖文件及产出文件的搜索目录。

VPATH = src include

通过小写的 vpath 可指定具体的文件名及扩展名类型，

vpath %.c src
vpath %.h include

此处 % 表示文件名。

依赖规则/Dependency Rules

Main.o : Main.h Test1.h Test2.h
Test1.o : Test1.h Test2.h
Test2.o : Test2.h

像这种，只定义了产出与依赖没包含任务命令的无则，叫作依赖无则。因为它只定义了某个产出依赖哪些输入，故名。

这种规则可达到这种效果，即，右边任何文件有变更，左边的产出便成为过时的了。

匹配规则/Pattern Rules

区别于明确指定了产出与依赖，如果一条规则包含通配符，则称作匹配规则（Pattern Rules）。

比如，

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

上面定义了这么一条编译规则，将所有匹配到的 c 文件编译成 Object 产出。

有什么用？

这种规则一般不是直接调用的，是被其他它规则触间接使用。比如上面的依赖规则。

%.o : %.cpp
  g++ -g -o $@ -c $<

Main.o : Main.h Test1.h Test2.h
Test1.o : Test1.h Test2.h
Test2.o : Test2.h

当右侧这些头文件有变动时，左边的产出会在 make 时被检测到过时，于是会被执行。当执行时匹配规则 %.o 会被匹配到，所以匹配规则里面的命令会执行，从而将 cpp 文件编译成相应 Object 文件。达到了依赖更新后批量更新产出的目的，而不写成这样：

Main.o : Main.h Test1.h Test2.h
    g++ -g -o $@ -c $<
Test1.o : Test1.h Test2.h
    g++ -g -o $@ -c $<
Test2.o : Test2.h
    g++ -g -o $@ -c $<

一个实际一点的示例

添加 lame 依赖到项目并将其编译打包。

首先下载并解压 lame 到项目目录：

$ wget https://sourceforge.net/projects/lame/files/lame/3.100/lame-3.100.tar.gz
$ tar -zxvf lame-3.100.tar.gz

主程序中调用 lame，这只仅简单地打印其版本信息：

main.c

#include <stdio.h>
#include "./lame-3.100/include/lame.h"

int main() {
  const char* ver = get_lame_version();
  printf("lame ver: %s", *ver);
  return 0;
}

编译项目的 Makefile:

Makefile

CC=gcc

TARGET=main.out
ENTRY=main.c
LAME_DIR=lame-3.100

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(ENTRY) $(LAME_DIR)/libmp3lame/.libs/libmp3lame.a
	$(CC) -o $@ \
	$^

$(LAME_DIR)/libmp3lame/.libs/libmp3lame.a: 
	cd $(LAME_DIR); ./configure ; make

clean:
	rm $(TARGET)

编译并运行：

$ make
$ ./main.out
lame ver: 3⏎

以上。

相关资源

• GCC and Make Compiling, Linking and Building C/C++ Applications
• Using Implicit Rules