【Linux】Makefile常用基础知识梳理！

Linux

发布日期: 2022-02-08

文章字数: 3.3k

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大家好，我是杂烩君。

Hello系列，汇总短而实用的内容。

本次我们来介绍关于Makefile的一些知识。Makefile的教程网上已经很多了，这篇推文也结合网上诸多知识来进行一次梳理及总结。

什么是make、Makefile？

make是一个 **构建工具**，主要用于C/C++项目。

Makefile是一个编译脚本，使用 make 工具解释Makefile（makefile）文件中的指令（编译指令）进行我们的项目编译。

在Linux环境下进行开发，工程源文件较少时，直接使用gcc进行编译。源文件较多及工程复杂时，就可以使用 Makefile（makefile） 来对我们的工程进行管理，然后使用 make 工具解释Makefile（makefile）文件中的指令（编译指令）进行我们的项目编译。即借助Makefile可以做到 自动化编译 。

Makefile的实例

1、基础实例

万年不变helloworld，使用make编译hello.c。对应的Makefile文件：

hello:hello.c
	gcc hello.c -o hello

2、开源项目实例

之前我们在实践分享 | 基于framebuffer的lvgl的移植使用中也是使用Makefile来管理工程：

#
# Makefile
#
CC ?= gcc
LVGL_DIR_NAME ?= lvgl
LVGL_DIR ?= ${shell pwd}
CFLAGS ?= -O3 -g0 -I$(LVGL_DIR)/ -Wall -Wshadow -Wundef -Wmaybe-uninitialized -Wmissing-prototypes -Wno-discarded-qualifiers -Wall -Wextra -Wno-unused-function -Wundef -Wno-error=strict-prototypes -Wpointer-arith -fno-strict-aliasing -Wno-error=cpp -Wuninitialized -Wmaybe-uninitialized -Wno-unused-parameter -Wno-missing-field-initializers -Wtype-limits -Wsizeof-pointer-memaccess -Wno-format-nonliteral -Wno-cast-qual -Wunreachable-code -Wno-switch-default -Wno-switch-enum -Wreturn-type -Wmultichar -Wformat-security -Wno-ignored-qualifiers -Wno-error=pedantic -Wno-sign-compare -Wno-error=missing-prototypes -Wdouble-promotion -Wclobbered -Wdeprecated -Wempty-body -Wtype-limits -Wshift-negative-value -Wstack-usage=1024 -Wno-unused-value -Wno-unused-parameter -Wno-missing-field-initializers -Wuninitialized -Wmaybe-uninitialized -Wall -Wextra -Wno-unused-parameter -Wno-missing-field-initializers -Wtype-limits -Wsizeof-pointer-memaccess -Wno-format-nonliteral -Wpointer-arith -Wno-cast-qual -Wmissing-prototypes -Wunreachable-code -Wno-switch-default -Wswitch-enum -Wreturn-type -Wmultichar -Wno-discarded-qualifiers -Wformat-security -Wno-ignored-qualifiers -Wno-sign-compare
LDFLAGS ?= -lm
BIN = demo


#Collect the files to compile
MAINSRC = ./main.c

include $(LVGL_DIR)/lvgl/lvgl.mk
include $(LVGL_DIR)/lv_drivers/lv_drivers.mk
include $(LVGL_DIR)/lv_examples/lv_examples.mk

OBJEXT ?= .o

AOBJS = $(ASRCS:.S=$(OBJEXT))
COBJS = $(CSRCS:.c=$(OBJEXT))

MAINOBJ = $(MAINSRC:.c=$(OBJEXT))

SRCS = $(ASRCS) $(CSRCS) $(MAINSRC)
OBJS = $(AOBJS) $(COBJS)

## MAINOBJ -> OBJFILES

all: default

%.o: %.c
	@$(CC)  $(CFLAGS) -c $< -o $@
	@echo "CC $<"
    
default: $(AOBJS) $(COBJS) $(MAINOBJ)
	$(CC) -o $(BIN) $(MAINOBJ) $(AOBJS) $(COBJS) $(LDFLAGS)

clean: 
	rm -f $(BIN) $(AOBJS) $(COBJS) $(MAINOBJ)

执行一个make命令很方便地就生成了可执行程序demo。

Makefile的常用知识

前面分享了两个Makefile实例，大概知道Makefile里面都有些什么内容了。我们学习编程语言的时候，最开始都是先学习一些基本的概念及语法，同样的，对于Makefile，我们想要看懂Makefile文件或者要自己能修改、写出Makefile文件，自然也要学习一些Makefile的基本语法。

Makefile的内容很多，这里我们只专注于一些常用的Makefile知识点，基础知识掌握得牢固之后，其它一些冷门的、高级的用法我们在实践中遇到再去查资料学习也不迟。

就比如我们学习编程语言，有了基础之后，就可以去写代码实践了，而不是把厚厚的一本参考书的所有知识点都啃完之后采取动手，一下子输入太多知识而没有及时去实践巩固，就很容易忘记。

本文分享Makefile的如下几点常用知识：

1、基本规则

Makefile文件中最重要的是规则。基本规则的格式如下：

# 基本规则
target:prerequisites 
    command

其中，**target** 为目标，**prerequisites** 为依赖。**command** 为make需要执行的命令。

Makefile文件使用#进行注释。

目标：往往是程序的中间或者最终生成的文件名，比如目标文件、可执行文件等。
依赖：是指用来产生目标文件的输入文件名，一个目标往往依赖于一个或多个文件。
命令：是指任何一个文件发生改动之后，需要重新生成目标文件需要执行的命令，这里可以有多条命令，但是每个命令必须单独占一行，且需要注意的是，每个命令的前面必须有一个 <tab键> ，因为make是用过来识别命令行的，进而完成相应的动作。

对照着我们上面举例的两个Makefile文件，看看是不是都遵循着这样的规则。

2、变量

Makefile中的变量与编程语言中的变量的概念有点不一样，跟C语言的宏倒是有些类似，用于记录一些信息，在Makefile被解析执行时，变量调用的地方就可以使用这些信息。特别是多处要用到同样的信息、用到较长的信息时，定义变量就很有优势。

（1）定义变量

定义变量有赋值的过程，Makefile提供了四种赋值方式，如：

# 直接给变量赋值。
VAR = xxx
# 是在该变量没有被赋值的情况下为其赋值。
VAR ?= xxx
# 将":="右边中包含的变量直接展开给左边的变量赋值。
VAR := xxx
# 追加赋值，可以往变量后面增加新的内容。
VAR += xxx

定义及使用变量：

# 定义变量
VAR = xxx
# 使用变量
$(VAR)

对于以上四种赋值方式，可以看个网上易懂的例子：

例子：
a = 1
b = 2
c := $(a) 3
d = 4
d ?= 5
b += 6
结果：
a=1
c=1 3
d=4
b=2 6

（2）内置变量

Make命令提供一系列内置变量，常用的有：

变量名	说明
CURDIR	当前路径
CC	C语言编译器的名称
CPP	C语言预处理器的名称
CXX	C++语言的编译器名称
RM	删除文件程序的名称
CFLAGS	C语言编译器的编译选项，无默认值
CPPFLAGS	C语言预处理器的编译选项，无默认值
CXXFLAGS	C++语言编译器的编译选项，无默认值

更多内置变量，可查阅：

https://www.gnu.org/software/make/manual/html_node/Implicit-Variables.html

3、分支判断

Makefile中，分支判断有如下几种情况：

ifeq：判断参数是否不相等，相等为 true，不相等为 false。
ifneq：判断参数是否不相等，不相等为 true，相等为 false。
ifdef：判断是否有值，有值为 true，没有值为 false。
ifndef：判断是否有值，没有值为 true，有值为 false。

使用方法类似C语言中的if用法。格式如：

ifeq (ARG1, ARG2)
...
else
...
endif

例如根据不同的CPU架构选择不同的编译器：

ARCH ?= x86
ifeq ($(ARCH),x86)
	CC = gcc
else
	CC = arm-linux-gnueabihf-gcc
endif

hello:hello.c
	$(CC) hello.c -o hello
	@echo $(CC)

在echo前面加上echo可以关闭回显。

上面这一段Makefile中的变量arch的值默认为x86，我们也可以在执行make命令时指定变量的值，就可以在不修改Makefile文件的情况下灵活地切换编译器，如：

make ARCH=x86
make ARCH=arm

4、头文件依赖

有些工程用，各模块有自己的一个Makefile文件，提供给工程总的Makefile文件使用。总的Makfile文件可以使用关键字 include 包含其它Makefile文件，格式如：

include <filenames>

例如上面实例中的：

include $(LVGL_DIR)/lvgl/lvgl.mk
include $(LVGL_DIR)/lv_drivers/lv_drivers.mk
include $(LVGL_DIR)/lv_examples/lv_examples.mk

5、显示规则与隐式规则

（1）显示规则

**显式规则**。显式规则说明了，如何生成一个或多的的目标文件。这是由 Makefile 的书写者明显指出，要生成的文件，文件的依赖文件，生成的命令。如

hello:hello.o
    gcc hello.o -o hello

这就是一条显示规则。工程较简单时，常常使用显示规则来编写Makefile。但工程的结构比较复杂时，Makefile文件中常常会穿插着一些隐式规则来简化Makefile。下面看看是什么时隐式规则。

（2）隐式规则

隐式规则 。隐含规则是系统或用户预先定义好的一些特殊规则，主要是一些常用的依赖关系和更新命令。隐含规则中出现的目标文件和依赖文件都只使用文件的扩展名。

如果Makefile 文件里面没有显式给出文件的依赖关系的时候，make 就会根据文件的扩展名找到相应的隐含规则，然后按照隐含规则来更新目标。隐式规则的例子如：

hello:hello.o
    $(CC) $^ -o $@

其中，**$@** 代表了目标文件，**$<** 代表了所有依赖文件。其中， $@ 与 $< 也称作系统的 自动化变量 。类似的还有如下几个常用的自动化变量：

$%：与 $@ 类似，但 $% 仅匹配“库”类型的目标文件。
$<：依赖中的第一个目标文件。
$^：所有的依赖文件。
$+：所有的依赖目标，即使依赖中有重复的也原样保留。
$?：所有比目标要新的依赖目标。

6、实目标与伪目标

Makefile 文件中的目标分为两类：实目标和伪目标。

（1）实目标

实目标是真正要生成的以文件形式存放在磁盘上的目标。如：

hello:hello.o
    $(CC) $^ -o $@

其中，**hello** 文件就是实目标。

（2）伪目标

伪目标不要求生成实际的文件，它主要是用于完成一些辅助操作。如：

clean:
    rm -rf hello.o hello

其中的 clean 就是一个伪目标。我们在命令里面输入命令： make clean 就可以执行删除操作：

rm -rf hello.o hello

但是这种书写形式不是很严谨，因为可能在当前目录下面存在文件名为 clean 的文件，因为这时候，后面没有依赖文件，所以make 就认为这个文件是最新的，所以就不会执行 rm -rf hello.o hello 。所以为了避免这种情况的发生，Makefile使用**.PHONY** 来区分伪目标，使用如：

.PHONY:clean
clean:
    rm -rf hello.o hello

使用 .PHONY 说明clean是一个伪目标。

类似 .PHONY 这样的特殊的内置目标名称还有很多，可查阅：

https://www.gnu.org/software/make/manual/html_node/Special-Targets.html#Special-Targets

7、函数

Makefile中有很多使用的内置函数，借助这些函数可以使我们的Makefile更为简洁。Makefile函数的调用方式与使用变量的方式类似，如：

$(函数名 参数)

或者：

${函数名 参数}

下面介绍一些常用的函数：

（1）wildcard函数

wildcard函数用于获取文件列表，并使用空格分隔开。语法如：

$(wildcard 匹配规则)

例如我们有如下工程：

我们可以使用wildcard函数获取src文件夹下的文件：

SRC_FILES = $(wildcard src/*.c)

target1:
	@echo $(SRC_FILES)

（2）patsubst函数

patsubst函数功能为模式字符串替换。语法如：

$(patsubst 匹配规则, 替换规则, 输入的字符串)

patsubst函数看起来貌似有点复杂，不做过多解释，看个例子就知道什么意思了。还是使用上面的例子：

OBJ_FILES = $(patsubst %.c, %.o, hello.c)

target1:
	@echo $(OBJ_FILES)

我们输入的hello.c符合匹配规则**%.c，所以按照替换规则%.o**进行替换得到hello.o。

%是一个通配符，用于匹配任意个字符。

（3）subst函数

subst函数功能为字符串替换。语法如：

$(subst 源字符串, 目标字符串, 输入的字符串)

例子：

INPUT_STR = hello world
OUTPUT_STR = $(subst hello, HELLO, $(INPUT_STR))

target1:
	@echo $(OUTPUT_STR)

subst函数把输入字符串 hello world 中的源字符串hello替换成目标字符串HELLO。

（4）notdir函数

notdir函数用于去除文件路径中的目录部分。语法如：

$(notdir 文件名)

使用上面的例子来演示：

SRC_FILES = $(notdir src/src1.c)

target1:
	@echo $(SRC_FILES)

notdir函数去掉了src/src1.c前面的路径src/，输出src1.c。这里只是输出了一个文件，我们可以与上面的wildcard函数结合使用输出多个文件，如：

SRC = $(wildcard src/*.c)
SRC_FILES = $(notdir $(SRC))

target1:
	@echo $(SRC_FILES)

先是使用wildcard函数获取带有路径的文件列表，再使用notdir函数去掉前面的路径。

更多内置函数可查阅：

https://www.gnu.org/software/make/manual/html_node/Functions.html

练习

根据我们上面学习的知识，我们可以来练习给如下工程编写一个Makefile文件：

Makefile：

# 默认架构
ARCH ?= x86

# 源文件目录
SRCS_DIR = src

# 头文件目录
INCS_DIR = inc

# 编译输出目录
BUILD_DIR = build

# 源文件
SRCS = $(wildcard $(SRCS_DIR)/*.c)

# 头文件
INCS = $(wildcard $(INCS_DIR)/*.h)

# 目标文件
OBJS = $(patsubst %.c, $(BUILD_DIR)/%.o, $(notdir $(SRCS)))

# C编译选项，显示警告
CFLAGS = -Wall

# 目标APP
TARGET_APP = hello_makefile

# 根据ARCH选择编译器
ifeq ($(ARCH), x86)
	CC = gcc
else
	CC = arm-linux-gnueabihf-gcc
endif

# 链接
$(BUILD_DIR)/$(TARGET_APP):$(OBJS) 
	$(CC) -o $@ $^ -I$(INCS_DIR) $(CFLAGS)

# 编译
$(BUILD_DIR)/%.o:$(SRCS_DIR)/%.c $(INCS)
	@mkdir -p $(BUILD_DIR)
	$(CC) -c -o $@ $< -I$(INCS_DIR) $(CFLAGS)

# 清除
.PHTHY:clean
clean:
	rm -rf $(BUILD_DIR)