Linux/Unix環境下的make和makefile詳解
Pathetique
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塊，對於一個包
括幾百個源文件的應用程序，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個源文
件之間紛繁複雜的相互關係。而且如此多的源文件，如果每次都要鍵入gcc命令進行編
譯的話，那對程序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
可以只對程序員在上次編譯后修改過的部分進行編譯。因此，有效的利用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及其描述文件
makefile。
Makefile文件
Make工具最主要也是最基本的功能就是通過makefile文件來描述源程序之間
的相互關係並自動維護編譯工作。而makefile 文件需要按照某種語法進行編寫，文件
中需要說明如何編譯各個源文件並連接生成可執行文件，並要求定義源文件之間的依賴
關係。makefile 文件是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護編譯信息的
常用方法，只是在集成開發環境中，用戶通過友好的界面修改 makefile 文件而已。
在 UNIX 系統中，習慣使用 Makefile 作為 makfile 文件。如果要使用其
他文件作為 makefile，則可利用類似下面的 make 命令選項指定 makefile 文件：
$ make -f Makefile.debug
例如，一個名為prog的程序由三個C源文件filea.c、fileb.c和filec.c以及
庫文件LS編譯生成，這三個文件還分別包含自己的頭文件a.h 、b.h和c.h。通常情況
下，C編譯器將會輸出三個目標文件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的文件，但filec.c不用。即在filea.c和fileb.c里
都有這樣的聲明：
#include "defs"
那麼下面的文檔就描述了這些文件之間的相互聯繫:
---------------------------------------------------------
#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文件。
從上面的例子注意到，第一個字元為 # 的行為註釋行。第一個非註釋行指
定prog由三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o鏈接生成。第三行描述了如何從
prog所依賴的文件建立可執行文件。接下來的4、6、8行分別指定三個目標文件，以及
它們所依賴的.c和.h文件以及defs文件。而5、7、9行則指定了如何從目標所依賴的文
件建立目標。
當filea.c或a.h文件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文件的程序編譯中尤其重要。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
腳本也可以達到自動編譯的效果，但是，Shell 腳本將全部編譯任何源文件，包括哪些
不必要重新編譯的源文件，而 make 工具則可根據目標上一次編譯的時間和目標所依賴
的源文件的更新時間而自動判斷應當編譯哪個源文件。
Makefile文件作為一種描述文檔一般需要包含以下內容:
◆ 宏定義
◆ 源文件之間的相互依賴關係
◆ 可執行的命令
Makefile中允許使用簡單的宏指代源文件及其相關編譯信息，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（）。
下面都是有效的宏引用：
$(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文
件帶來很大的方便。
---------------------------------------------------------
# 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，將連接三個目標文件和庫文件LS；但是
如果在make命令后帶有新的宏定義：
make "LIBES= -LL -LS"
則命令行後面的宏定義將覆蓋makefile文件中的宏定義。若LL也是庫文件，此時
make命令將連接三個目標文件以及兩個庫文件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字元串
時要使用下述宏定義：
STRINGNAME=
Make命令
在make命令后不僅可以出現宏定義，還可以跟其他命令行參數，這些參數指
定了需要編譯的目標文件。其標準形式為：
target1 :[:][;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行參數中只含有一個":"，此時command序列通常和
makefile文件中某些定義文件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，那麼將調用系統默認的目標文件生成規則。
如果命令行參數中含有兩個冒號"::"，則此時的command序列也許會和
makefile中所有描述文件依賴關係的行有關。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"的出錯信號，例如makefile文件
中出現了錯誤的目標文件名或者出現了以連字元打頭的命令字元串，make操作一般會就
此終止，但如果make后帶有"-i"參數，則make將忽略此類出錯信號。
Make命本身可帶有四種參數：標誌、宏定義、描述文件名和目標文件名。其
標準形式為：
Make
Unix系統下標誌位flags選項及其含義為：
-f file 指定file文件為描述文件，如果file參數為"-"符，那麼描述文
件指向標準輸入。如果沒有"-f"參數，則系統將默認當前目錄下名為makefile或者名為
Makefile的文件為描述文件。在Linux中， GNU make 工具在當前工作目錄中按照
GNUmakefile、makefile、Makefile的順序搜索 makefile文件。
-i 忽略命令執行返回的出錯信息。
-s 沉默模式，在執行之前不輸出相應的命令行信息。
-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 更新目標文件。
-q make操作將根據目標文件是否已經更新返回"0"或非"0"的狀態信
息。
-p 輸出所有宏定義和目標文件描述。
-d Debug模式，輸出有關文件和檢測時間的詳細信息。
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文件時，利用該選項指定搜索目錄。
-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。
通過命令行參數中的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選項中指定的目標文件。
如果命令行中沒有指定目標，則系統默認target指向描述文件中第一個目標文件。
通常，makefile 中還定義有 clean 目標，可用來清除編譯過程中的中間文
件，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
產生的所有中間文件。
《解決方案》
隱含規則
在make 工具中包含有一些內置的或隱含的規則，這些規則定義了如何從不
同的依賴文件建立特定類型的目標。Unix系統通常支持一種基於文件擴展名即文件名后
綴的隱含規則。這種後綴規則定義了如何將一個具有特定文件名後綴的文件（例如.c文
件），轉換成為具有另一種文件名後綴的文件（例如.o文件）：
.c:.o
$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
系統中默認的常用文件擴展名及其含義為：
.o 目標文件
.c C源文件
.f FORTRAN源文件
.s 彙編源文件
.y Yacc-C源語法
.l Lex源語法
在早期的Unix系統系統中還支持Yacc-C源語法和Lex源語法。在編譯過程
中，系統會首先在makefile文件中尋找與目標文件相關的.C文件，如果還有與之相依賴
的.y和.l文件，則首先將其轉換為.c文件后再編譯生成相應的.o文件；如果沒有與目標
相關的.c文件而只有相關的.y文件，則系統將直接編譯.y文件。
而GNU make 除了支持後綴規則外還支持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
標和依賴文件之間的關係，例如下面的模式規則定義了如何將任意一個 file.c 文件轉
換為 file.o 文件：
%.c:%.o
$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
#EXAMPLE#
下面將給出一個較為全面的示例來對makefile文件和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源文件還包括了Yacc語法。本例選自"Unix
Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284
下面是描述文件的具體內容：
---------------------------------------------------------
#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)
----------------------------------------------------------
通常在描述文件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
最後的數字信息是執行"@size make"命令的輸出結果。之所以只有輸出結果
而沒有相應的命令行，是因為"@size make"命令以"@"起始，這個符號禁止列印輸出它
所在的命令行。
描述文件中的最後幾條命令行在維護編譯信息方面非常有用。其中"print"
命令行的作用是列印輸出在執行過上次"make print"命令后所有改動過的文件名稱。系
統使用一個名為print的0位元組文件來確定執行print命令的具體時間，而宏$?則指向那
些在print文件改動過之後進行修改的文件的文件名。如果想要指定執行print命令后，
將輸出結果送入某個指定的文件，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源代碼，而不是現成的可執行文件，這就要
求用戶根據自己系統的實際情況和自身的需要來配置、編譯源程序后，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。
