Makefile 及其工作原理
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> 用这个方便的工具来更有效的运行和编译你的程序。
当你需要在一些源文件改变后运行或更新一个任务时，通常会用到 `make` 工具。`make` 工具需要读取一个 `Makefile`（或 `makefile`）文件，在该文件中定义了一系列需要执行的任务。你可以使用 `make` 来将源代码编译为可执行程序。大部分开源项目会使用 `make` 来实现最终的二进制文件的编译，然后使用 `make install` 命令来执行安装。
本文将通过一些基础和进阶的示例来展示 `make` 和 `Makefile` 的使用方法。在开始前，请确保你的系统中安装了 `make`。
### 基础示例
依然从打印 “Hello World” 开始。首先创建一个名字为 `myproject` 的目录，目录下新建 `Makefile` 文件，文件内容为：
```
say_hello:
echo "Hello World"
```
在 `myproject` 目录下执行 `make`，会有如下输出：
```
$ make
echo "Hello World"
Hello World
```
在上面的例子中，“say_hello” 类似于其他编程语言中的函数名。这被称之为目标。在该目标之后的是预置条件或依赖。为了简单起见，我们在这个示例中没有定义预置条件。`echo ‘Hello World'` 命令被称为步骤。这些步骤基于预置条件来实现目标。目标、预置条件和步骤共同构成一个规则。
总结一下，一个典型的规则的语法为：
```
目标: 预置条件
步骤
```
作为示例，目标可以是一个基于预置条件（源代码）的二进制文件。另一方面，预置条件也可以是依赖其他预置条件的目标。
```
final_target: sub_target final_target.c
Recipe_to_create_final_target
sub_target: sub_target.c
Recipe_to_create_sub_target
```
目标并不要求是一个文件，也可以只是步骤的名字，就如我们的例子中一样。我们称之为“伪目标”。
再回到上面的示例中，当 `make` 被执行时，整条指令 `echo "Hello World"` 都被显示出来，之后才是真正的执行结果。如果不希望指令本身被打印处理，需要在 `echo` 前添加 `@`。
```
say_hello:
@echo "Hello World"
```
重新运行 `make`，将会只有如下输出：
```
$ make
Hello World
```
接下来在 `Makefile` 中添加如下伪目标：`generate` 和 `clean`：
```
say_hello:
@echo "Hello World"
generate:
@echo "Creating empty text files..."
touch file-{1..10}.txt
clean:
@echo "Cleaning up..."
rm *.txt
```
随后当我们运行 `make` 时，只有 `say_hello` 这个目标被执行。这是因为`Makefile` 中的第一个目标为默认目标。通常情况下会调用默认目标，这就是你在大多数项目中看到 `all` 作为第一个目标而出现。`all` 负责来调用它他的目标。我们可以通过 `.DEFAULT_GOAL` 这个特殊的伪目标来覆盖掉默认的行为。
在 `Makefile` 文件开头增加 `.DEFAULT_GOAL`：
```
.DEFAULT_GOAL := generate
```
`make` 会将 `generate` 作为默认目标：
```
$ make
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt
```
顾名思义，`.DEFAULT_GOAL` 伪目标仅能定义一个目标。这就是为什么很多 `Makefile` 会包括 `all` 这个目标，这样可以调用多个目标。
下面删除掉 `.DEFAULT_GOAL`，增加 `all` 目标：
```
all: say_hello generate
say_hello:
@echo "Hello World"
generate:
@echo "Creating empty text files..."
touch file-{1..10}.txt
clean:
@echo "Cleaning up..."
rm *.txt
```
运行之前，我们再增加一些特殊的伪目标。`.PHONY` 用来定义这些不是文件的目标。`make` 会默认调用这些伪目标下的步骤，而不去检查文件名是否存在或最后修改日期。完整的 `Makefile` 如下：
```
.PHONY: all say_hello generate clean
all: say_hello generate
say_hello:
@echo "Hello World"
generate:
@echo "Creating empty text files..."
touch file-{1..10}.txt
clean:
@echo "Cleaning up..."
rm *.txt
```
`make` 命令会调用 `say_hello` 和 `generate`：
```
$ make
Hello World
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt
```
`clean` 不应该被放入 `all` 中，或者被放入第一个目标中。`clean` 应当在需要清理时手动调用，调用方法为 `make clean`。
```
$ make clean
Cleaning up...
rm *.txt
```
现在你应该已经对 `Makefile` 有了基础的了解，接下来我们看一些进阶的示例。
### 进阶示例
#### 变量
在之前的实例中，大部分目标和预置条件是已经固定了的，但在实际项目中，它们通常用变量和模式来代替。
定义变量最简单的方式是使用 `=` 操作符。例如，将命令 `gcc` 赋值给变量 `CC`：
```
CC = gcc
```
这被称为递归扩展变量，用于如下所示的规则中：
```
hello: hello.c
${CC} hello.c -o hello
```
你可能已经想到了，这些步骤将会在传递给终端时展开为：
```
gcc hello.c -o hello
```
`${CC}` 和 `$(CC)` 都能对 `gcc` 进行引用。但如果一个变量尝试将它本身赋值给自己，将会造成死循环。让我们验证一下：
```
CC = gcc
CC = ${CC}
all:
@echo ${CC}
```
此时运行 `make` 会导致：
```
$ make
Makefile:8: *** Recursive variable 'CC' references itself (eventually). Stop.
```
为了避免这种情况发生，可以使用 `:=` 操作符（这被称为简单扩展变量）。以下代码不会造成上述问题：
```
CC := gcc
CC := ${CC}
all:
@echo ${CC}
```
#### 模式和函数
下面的 `Makefile` 使用了变量、模式和函数来实现所有 C 代码的编译。我们来逐行分析下：
```
# Usage:
# make # compile all binary
# make clean # remove ALL binaries and objects
.PHONY = all clean
CC = gcc # compiler to use
LINKERFLAG = -lm
SRCS := $(wildcard *.c)
BINS := $(SRCS:%.c=%)
all: ${BINS}
%: %.o
@echo "Checking.."
${CC} ${LINKERFLAG} $< -o $@
%.o: %.c
@echo "Creating object.."
${CC} -c $<
clean:
@echo "Cleaning up..."
rm -rvf *.o ${BINS}
```
* 以 `#` 开头的行是评论。
* `.PHONY = all clean` 行定义了 `all` 和 `clean` 两个伪目标。
* 变量 `LINKERFLAG` 定义了在步骤中 `gcc` 命令需要用到的参数。
* `SRCS := $(wildcard *.c)`：`$(wildcard pattern)` 是与文件名相关的一个函数。在本示例中，所有 “.c”后缀的文件会被存入 `SRCS` 变量。
* `BINS := $(SRCS:%.c=%)`：这被称为替代引用。本例中，如果 `SRCS` 的值为 `'foo.c bar.c'`，则 `BINS`的值为 `'foo bar'`。
* `all: ${BINS}` 行：伪目标 `all` 调用 `${BINS}` 变量中的所有值作为子目标。
* 规则：
```
%: %.o
@echo "Checking.."
${CC} ${LINKERFLAG} $< -o $@
```
下面通过一个示例来理解这条规则。假定 `foo` 是变量 `${BINS}` 中的一个值。`%` 会匹配到 `foo`（`%`匹配任意一个目标）。下面是规则展开后的内容：
```
foo: foo.o
@echo "Checking.."
gcc -lm foo.o -o foo
```
如上所示，`%` 被 `foo` 替换掉了。`$<` 被 `foo.o` 替换掉。`$<`用于匹配预置条件，`$@` 匹配目标。对 `${BINS}` 中的每个值，这条规则都会被调用一遍。
* 规则：
```
%.o: %.c
@echo "Creating object.."
${CC} -c $<
```
之前规则中的每个预置条件在这条规则中都会都被作为一个目标。下面是展开后的内容：
```
foo.o: foo.c
@echo "Creating object.."
gcc -c foo.c
```
* 最后，在 `clean` 目标中，所有的二进制文件和编译文件将被删除。
下面是重写后的 `Makefile`，该文件应该被放置在一个有 `foo.c` 文件的目录下：
```
# Usage:
# make # compile all binary
# make clean # remove ALL binaries and objects
.PHONY = all clean
CC = gcc # compiler to use
LINKERFLAG = -lm
SRCS := foo.c
BINS := foo
all: foo
foo: foo.o
@echo "Checking.."
gcc -lm foo.o -o foo
foo.o: foo.c
@echo "Creating object.."
gcc -c foo.c
clean:
@echo "Cleaning up..."
rm -rvf foo.o foo
```
关于 `Makefile` 的更多信息，[GNU Make 手册][1]提供了更完整的说明和实例。
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via: https://opensource.com/article/18/8/what-how-makefile
作者：[Sachin Patil][a]
选题：[lujun9972](https://github.com/lujun9972)
译者：[Zafiry](https://github.com/zafiry)
校对：[wxy](https://github.com/wxy)
本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
[a]:https://opensource.com/users/psachin
[1]:https://www.gnu.org/software/make/manual/make.pdf