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@lishuhuakai 2016-11-04T13:24:29.000000Z 字数 7056 阅读 2146

makefile高级应用

makefile

make是Linux下的一款程序自动维护工具,配合makefile的使用,就能够根据程序中模块的修改情况,自动判断应该对那些模块重新编译,从而保证软件是由最新的模块构成。
本文分为上下两部分,我们在上一篇文章中分别介绍了make和makefile的一些基本用法,在本文中,我们会对make和makefile的功能做进一步的介绍。

一、构建多个目标

有时候,我们想要在一个makefile中生成多个单独的目标文件,或者将多个命令放在一起,比如,在下面的示例mymakefile3中我们将添加一个clean 选项来清除不需要的目标文件,然后用install选项将生成的应用程序移动到另一个目录中去。这个makefile跟前面的mymakefile较为相似,不同之处笔者用黑体加以标识:

  1. all: main
  2. # 使用的编译器
  3. CC = gcc
  4. # 安装位置
  5. INSTDIR = /usr/local/bin
  6. # include文件所在位置
  7. INCLUDE = .
  8. # 开发过程中所用的选项
  9. CFLAGS = -g -Wall ansi
  10. # 发行时用的选项
  11. # CFLAGS = -O -Wall –ansi
  12. main: main.o f1.o f2.o
  13. $(CC) -o main main.o f1.o f2.o
  14. main.o: main.c def1.h
  15. $(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c main.c
  16. f1.o: f1.c def1.h def2.h
  17. $(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c f1.c
  18. f2.o: f2.c def2.h def3.h
  19. $(CC) -I$(INCLUDE) $(CFLAGS) -c f2.c
  20. clean:
  21. -rm main.o f1.o f2.o
  22. install: main
  23. @if [ -d $(INSTDIR) ]; \
  24. then \
  25. cp main $(INSTDIR);\
  26. chmod a+x $(INSTDIR)/main;\
  27. chmod og-w $(INSTDIR)/main;\
  28. echo Installed in $(INSTDIR)“;\
  29. else \
  30. echo Sorry, $(INSTDIR) does not exist”;\
  31. fi

在这个makefile中需要注意的是,虽然这里有一个特殊的目标all,但是最终还是将main作为目标。因此,如果执行make命令时没有在命令行中给出一个特定目标的话,仍然会编译连接main程序。
其次要注意后面的两个目标:clean和install。目标clean没有依赖模块,因为没有时间标记可供比较,所以它总被执行;它的实际意图是引出后面的rm命令来删除某些目标文件。我们看到rm命令以-开头,这时即使表示make将忽略命令结果,所以即使没有目标供rm命令删除而返回错误时,make clean依然继续向下执行。
接下来的目标install依赖于main,所以make知道必须在执行安装命令前先建立main。用于安装的指令由一些shell命令组成。
因为make调用shell来执行规则,并且为每条规则生成一个新的shell,所以要用一个shell来执行这些命令的话,必须添加反斜杠,以使所有命令位于同一个逻辑行上。这条命令用@开头,表示在执行规则前不会向标准输出打印命令。
为了安装应用程序,目标install会一条接一条地执行若干命令,并且执行下一个之前,不会检查上一条命令是否成功。若想只有当前面的命令取得成功时,随后的命令才得以执行的话,可以在命令中加入&&,如下所示:

  1. @if [ -d $(INSTDIR) ]; \
  2. then \
  3. cp main $(INSTDIR) &&\
  4. chmod a+x $(INSTDIR)/main && \
  5. chmod og-w $(INSTDIR/main && \
  6. echo Installed in $(INSTDIR)“ ;\
  7. else \
  8. echo Sorry, $(INSTDIR) does not exist ; false ; \
  9. fi

这是shell的“与”指令,只有当在前的命令成功时随后的命令才被执行。这里不必关心前面命令是否取得成功,只需注意这种用法就可以了。
要想在/usr /local/bin目录安装新命令必须具有特权,所以调用make install命令之前,可以让Makefile使用一个不同的安装目录,或者修改该目录的权限,或切换到root用户。如下所示:

  1. $ rm *.o main
  2. $ make -f Mymakefile3
  3. gcc -I. -g -Wall -ansi -c main.c
  4. gcc -I. -g -Wall -ansi -c f1.c
  5. gcc -I. -g -Wall -ansi -c f2.c
  6. gcc -o main main.o f1.o f2.o
  7. $ make -f Mymakefile3
  8. make: Nothing to be done for all’.
  9. $ rm main
  10. $ make -f Mymakefile3 install
  11. gcc -o main main.o f1.o f2.o
  12. Installed in /usr/local/bin
  13. $ make -f Mymakefile3 clean
  14. rm main.o f1.o f2.o
  15. $

让我们对此作一简单介绍,首先删除main和所有目标文件程序,由于将all作为目标,所以make命令会重新编译main。当我们再次执行make命令时,由于main是最新的,所以make什么也不做。之后,我们删除main程序文件,并执行make install,这会重新建立二进制文件main并将其复制到安装目录。最后,运行make clean命令,来删去所有目标程序。

二、内部规则

迄今为止,我们已经能够在makefile中给出相应的规则来指出具体的处理过程。实际上,除了我们显式给出的规则外,make还具有许多内部规则,这些规则是由预先规定的目标、依赖文件及其命令组成的相关行。在内部规则的帮助下,可以使makefile变得更加简洁,尤其是在具有许多源文件的时候。现在以实例加以说明,首先建立一个名为foo.c的C程序源文件,文件内容如下所示:

  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. printf(“Hello World\n”);
  5. exit(EXIT_SUCCESS);
  6. }

现在让我们用make命令来编译它:

  1. $ make foo
  2. cc foo.c -o foo
  3. $

您会惊奇地发现,尽管我们没有指定makefile,但是make仍然能知道如何调用编译器,并且调用的是cc而不是gcc编译器。这在Linux上没有问题,因为cc常常会链接到gcc程序。这完全得益于make内建的内部规则,另外这些内部规则通常使用宏,所以只要为这些宏指定新的值,就可以改变内部规则的默认动作,如下所示:

  1. $ rm foo
  2. $ make CC=gcc CFLAGS=”-Wall -g foo
  3. gcc -Wall -g foo.c -o foo
  4. $

用make命令加-p选项后,可以打印出系统缺省定义的内部规则。它们包括系统预定义的宏、以及产生某些种类后缀的文件的内部相关行。内部规则涉及的文件种类很多,它不仅包括C源程序文件及其目标文件,还包括SCCS文件、yacc文件和lex文件,甚至还包括Shell文件。
当然,我们更关心的是如何利用内部规则来简化makefile,比如让内部规则来负责生成目标,而只指定依赖关系,这样makefile就简洁多了,如下所示:

  1. main.o: main.c def1.h
  2. f1.o: f1.c def1.h def2.h
  3. f2.o: f2.c def2.h def3.h

三、后缀规则

前面我们已经看到,有些内部规则会根据文件的后缀(相当于Windows系统中的文件扩展名)来采取相应的处理。换句话说,这样当make见到带有一种后缀的文件时,就知道使用哪些规则来建立一个带有另外一种后缀的文件,最常见的是用以.c结尾的文件来建立以.o结尾的文件,即把源文件编译成目标程序,但是不连接。

现在举例说明后缀规则的应用。有时候,我们需要在不同的平台下编译源文件,例如Windows和Linux。假设我们的源代码是C++编写的,那么Windows下其后缀则为.cpp。不过Linux使用的make版本没有编译.cpp文件的内部规则,倒是有一个用于.cc的规则,因为在UNIX操作系统中c++文件扩展名通常为.cc。

这时候,要么为每个源文件单独指定一条规则,要么为make建立一条新规则,告诉它如何用.cpp为扩展名的源文件来生成目标文件。如果项目中的源文件较多的话,后缀规则就可以派上用场了。要添加一条新后缀规则,首先在makefile文件中加入一行来告诉make新后缀是什么;然后就可以添加使用这个新后缀的规则了。这时,make要用到一条专用的语法:

  1. .<旧后缀名>.<新后缀名>:

它的作用是定义一条通用规则,用来将带有旧后缀名的文件变成带有新后缀名的文件,文件名保持不变,如要将.cpp文件编译成.o文件,可以使用一个新的通用规则:

  1. .SUFFIXES: .cpp
  2. .cpp.o:
  3. $(CC) -xc++ $(CFLAGS) -I$(INCLUDE) -c $<

上面的“.cpp .o:”告诉make 这些规则用于把后缀为.cpp的文件转换成后缀为.o的文件。其中的标志“-xc ++”的作用是告诉gcc这次要编译的源文件是c++源文件。这里,我们使用一个宏$<来通指需要编译的文件的名称,不管这些文件名具体是什么。我们只需知道,所有以.cpp为后缀的文件将被编译成以.o为后缀的文件,例如以是app.cpp的文件将变成app.o。

注意,我们只跟make说明如何把.cpp文件变成.o文件就行了,至于如何从目标程序文件变成二进制可执行文件,因为make早已知晓,所以就不用我们费心了。所以,当我们调用make程序时,它会使用新规则把类似app.cpp这样的程序变成app.o,然后使用内部规则将app.o文件连接成一个可执行文件app。

现在,make已经知道如何处理扩展名为.cpp的c++源文件,除此之外,我们还可以通过后缀规则将文件从一种类型转换为另一种类型。不过,较新版本的make包含一个语法可以达到同样的效果。例如,模式规则使用%作为匹配文件名的通配符,而不单独依赖于文件扩展名。以下模式规则相当于上面处理.cpp的规则,具体如下所示:

  1. %.cpp: %o
  2. $(CC) -xc++ $(CFLAGS) -I$(INCLUDE) -c $<

四、用make管理程序库

一般来说,程序库也是一种由一组目标程序构成的以.a为扩展名的文件,所以,Make命令也可以用来管理这些程序库。实际上,为了简化程序库的管理,make程序还专门设有一个语法:lib (file.o),这意味着目标文件file.o以库文件lib.a的形式存放,这意味着lib.a库依赖于目标程序file.o。此外,make命令还具有一个内部规则用来管理程序库,该规则相当于如下内容:

  1. .c.a:
  2. $(CC) -c $(CFLAGS) $<
  3. $(AR) $(ARFLAGS) $@ $*.o

其中,宏$(AR)$(ARFLAGS)分别表示指令AR和选项rv。如上所见,要告诉make用.c文件生成.a库,必须用到两个规则:第一个规则是说把源文件编译成一个目标程序文件。第二个规则表示使用ar 指令向库中添加新的目标文件。

所以,如果我们有一个名为filed的库,其中含有bar.o文件,那么第一规则中的$<会被替换为bar.c;在第二个规则中的$@被库名filed.a所替代,而$*将被bar所替代。

下面举例说明如何用make来管理库。实际上,用make来管理程序库的规则是很简单的。比如,我们可以将前面示例加以修改,让f1.of2.o放在一个称为mylib.a的程序库中,这时的Makefile几乎无需改变,而新的mymakefile4看上去是这样的:

  1. all: main
  2. # 使用的编译器
  3. CC = gcc
  4. # 安装位置
  5. INSTDIR = /usr/local/bin
  6. # include文件所在位置
  7. INCLUDE = .
  8. # 开发过程中使用的选项
  9. CFLAGS = -g -Wall ansi
  10. # 用于发行时的选项
  11. # CFLAGS = -O -Wall –ansi
  12. # 本地库
  13. MYLIB = mylib.a
  14. main: main.o $(MYLIB)
  15. $(CC) -o main main.o $(MYLIB)
  16. $(MYLIB): $(MYLIB)(f1.o) $(MYLIB)(f2.o)
  17. main.o: main.c def1.h
  18. f1.o: f1.c def1.h def2.h
  19. f2.o: f2.c def2.h def3.h
  20. clean:
  21. -rm main.o f1.o f2.o $(MYLIB)
  22. install: main
  23. @if [ -d $(INSTDIR) ]; \
  24. then \
  25. cp main $(INSTDIR);\
  26. chmod a+x $(INSTDIR)/main;\
  27. chmod og-w $(INSTDIR)/main;\
  28. echo Installed in $(INSTDIR)“;\
  29. else \
  30. echo Sorry, $(INSTDIR) does not exist”;\
  31. fi

注意:我们是如何让省缺规则来替我们完成大部分工作的。如今,我们可以试一下新版的makefile的工作情况:

  1. $ rm -f main *.o mylib.a
  2. $ make -f Mymakefile4
  3. gcc -g -Wall -ansi -c -o main.o main.c
  4. gcc -g -Wall -ansi -c -o f1.o f1.c
  5. ar rv mylib.a f1.o
  6. a - f1.o
  7. gcc -g -Wall -ansi -c -o f2.o f2.c
  8. ar rv mylib.a f2.o
  9. a - f2.o
  10. gcc -o main main.o mylib.a
  11. $ touch def3.h
  12. $ make -f Mymakefile4
  13. gcc -g -Wall -ansi -c -o f2.o f2.c
  14. ar rv mylib.a f2.o
  15. r - f2.o
  16. gcc -o main main.o mylib.a
  17. $

现在对上面的例子做必要的说明。首先删除全部目标程序文件和程序库,然后让make 重新构建main,因为当连接main.o时需要用到库,所以要先编译和创建库。此后,我们还测试f2.o的依赖关系,我们知道如果def3.h发生了改变,那么必须重新编译f2.c,事实表明make在重新构建main可执行文件之前,正确地编译了f2.c并更新了库。

五、Makefile和子目录

如果你的项目比较大的话,可以考虑将某些文件组成一个库,然后单独存放到一个子目录内。这时,对于makefile有两种处理方法,下面分别介绍。

第一种方法:在子目录中放置一个辅助makefile,然后把这个子目录中的源文件编译成一个程序库,最后将这个库复制到主目录中。上级目录中的主要makefile可以放上一个规则,通过调用辅助makefile来建立该库:

  1. mylib.a:
  2. (cd mylibdirectory;$(MAKE))

这样的话,我们就会总是构建mylib.a,因为冒号右边为空。当make调用该规则构建该库时,它会切换到子目录mylibdirectory中,然后调用一个新的make命令来管理该库。因为调用了一个新的shell来完成此任务,所以使用makefile 的程序不必进行目录切换。不过,被调用的shell是在一个不同的目录中利用该规则构建该库的,所以括弧能确保所有处理都是由一个shell完成的。

第二种方法:在单个makefile中使用更多的宏,不过这些附加的宏需要在目录名上加D并且为文件名加上F。例如,可以用下面的命令来覆盖内建的.c.o后缀规则:

  1. .c.o:
  2. $(CC) $(CFLAGS) -c $(@D)/$(

为在子目录编译文件,并将目标放在子目录中,可以用像下面这样的依赖关系和规则来更新当前目录中的库:

  1. mylib.a: mydir/f1.o mydir/f2.o
  2. ar -rv mylib.a $?

上述两种方法都是可行的,至于使用哪一种,需要根据您的项目的具体情况来决定。

六、GNU make和gcc的有关选项

如果您当前正在使用GNU make 和GNU gcc编译器的话,那么它们还分别有一个额外的选项可以使用,下面分别加以说明。

我们首先介绍用于make程序的-jN 选项。这个选项允许make同时执行N条命令。这样的话,就可以将该项目的多个部分单独进行编译,make将同时调用多个规则。如果具有许多源文件的话,这样做能够节约大量编译时间。

其次,gcc还有一个-MM选项可用,该选项会为make生成一个依赖关系表。在一个含有大量源文件的项目中,很可能每个源文件都包含一组头文件,而头文件有时又会包含其它头文件,这时正确区分依赖关系就比较难了。这时为了防止遗漏,最笨的方法就是让每个源文件依赖于所有头文件,但这显然没有必要;另一方面,如果你遗漏一些依赖关系的话,就根本就无法编译通过。这时,我们就可以用gcc的-MM选项来生成一张依赖关系表,例如:

  1. $ gcc -MM main.c f1.c f2.c
  2. main.o: main.c def1.h
  3. f1.o: f1.c def1.h def2.h
  4. f2.o: f2.c def2.h def3.h
  5. $

这时,Gcc编译器会扫描所有源文件,并生产一张满足makefile格式要求的依赖关系表,我们只须将它保存到一个临时文件内,然后将其插入makefile即可。

七、小结

继上一篇文章之后,本文又对make和makefile的一些高级应用作了相应的介绍,至此,我们已经对make和makefile在程序开发中的应用有了一个较为全面的认识,希望本文能对读者的学习和工作有所帮助。

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