LinuxLinux 项目自动化构建工具 -- make/makefile

Posted 2023-01-11 进击的安度因

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文章目录

• 一、前言
• 二、概念
• 三、demo 实现
• 四、原理与规则
• • 1、依赖关系和依赖方法
  • • ① 感性理解
    • ② 深层理解
  • 2、清理
  • • ① .PHONY 伪目标
    • ② .PHONY 的取舍
  • 3、make 确定是否编译的方法
  • 4、完整代码
  • 5、规则总结
• 五、结语

一、前言

上篇博客，我们学习了 gcc 编译器。学会了如何在 Linux 上编译 C语言 代码。

对于我们平常练习是没问题的，但是如果有上百个源文件，该怎么办？难道还是一个个都用 gcc 编译为 .o 文件，最后将它们一起链接起来？

这肯定是不实际的，这使得编译成为了一个很麻烦的事情。

之前我们在 vs 中写代码时，使用快捷键就可以很快地进行程序的编译，或者直接执行程序，那么在 Linux 下能否也能实现这个功能？

能否减少编译代码时的风险，使编译更加快捷，一定程度实现自动化编译？

当然有，这就是我们 今天的目标之一：使用 make/makefile 构建一个简单的自动化工具。

另外 $anduin$ 还会讲解 make/makefile 的概念、原理和规则，从多层面理解透彻它们。

二、概念

makefile ：

makefile 是一个文件。它是一个工程文件的编译规则，描述了整个工程的编译链接等规则。

好的 makefile 文件可以使用一行命令来完成 “自动化编译” ，一旦写好 makefile ，就只要使用在 shell 提示符下输入 make 命令，从而完成对工程的编译，极大提高效率。

make ：

make 是一个命令工具，用来一个解释 makefile 中文件中的指令。

当已经编写好 makefile 文件后，只需要使用 make ，就可以执行 makefile 中的内容。

会不会写makefile，也从侧面说明了一个程序员是否具备完成大型工程的能力。

一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。所以使用好 make/makefile ，可以使得开发更加得心应手。

一句话总结：make 是一条命令，makefile 是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

三、demo 实现

在讲解 make/makefile 之前，我们先写一个小 demo ，以这个 demo 为基准，对其进行讲解。

makefile 文件需要创建在当前工程的目录下，makefile 文件的名称可以为 makefile 或 Makefile 。

假设当前工程下已经有了一个 test.c ，我们直接开始 demo 的编写：

这样 makefile 就编写好了，就两句话，这时编写的 makefile 可以完成对程序的编译。

我们返回终端，使用 make 就可以对 test.c 进行编译：

使用 make 指令后，makefile 的第二行内容被打印在终端，并且生成了可执行程序 test ，test 程序也是可以执行的。

四、原理与规则

上面写了一个小 demo ，那么这个 demo 实现的原理我们还不清楚，所以接下来 $anduin$ 来讲一下这中间的原理和规则。

1、依赖关系和依赖方法

在 myfile 文件中，有这样一句话：

test:test.c

刚刚测试过我们知道 test 是目标文件，而 test.c 则是原始文件。

而 test.c 经过 gcc test.c -o test 生成 test 文件。

它们之间的关系 ：

• test 依赖 test.c 生成，所以 test.c 是 test 的依赖文件 。它们之间的关系被称为 依赖关系 。
• test.c 生成 test 需要通过 gcc test.c -o test 指令，这条指令就是 依赖方法 。

① 感性理解

那么 依赖关系 和 依赖方法 如何理解呢？我来举个例子来帮助大家 感性理解 ：

例子1：

假设你在上大学，到月底了，你的生活费没了。那么这时你就打电话给你的老爹，来一个亲切的问候(要生活费)。

当你拨通电话，你说：“爸，我是你儿子！” 然后把电话挂掉。

这种情况能要到生活费吗？肯定不行，因为你只是向你的老爹 表明了你是谁(依赖关系) ，但是并没有告诉他 你要干什么(依赖方法) ，所以你的老爹一般是不会想着给你打钱，而是担心你的安全。

所以，只有依赖关系没用，还需要有依赖方法，依赖关系和依赖方法需要同时具备。

例子2 ：

如果你在上大学，马上要考试了。你决定又给你的老爹打电话，说：“爸，我是你儿子！能不能帮我期中考？” 听完这句话，你的老爹思考了很久。于是决定连夜赶到你的学校，并请你体验了一顿 “七匹狼” 。

综上我们可以发现，你有依赖关系(表明了身份) ，你也有依赖方法(叫你老爹考试)，但是 依赖方法错误 ，也没有达到目的，反而造成错误结果。

这就是典型的有正确的依赖关系但是依赖方法错误。

所以，正确的依赖关系必须具有正确的依赖方法。

例子3 ：

如果你有一天，又到了月底？你随意拨通了一串号码，和陌生人说："爸，我是你儿子！我没生活费了，给我打钱。"再以迅雷不及掩耳之势挂掉了电话。电话那头的人很懵。于是，当天晚上，你的梦里一直出现"功德-1，功德-1 … " 。

这个例子说明，你有了 正确的依赖方法(要生活费) ，但是你 没有正确的依赖关系(陌生人) ，这也办不成事。

所以，正确的依赖方法也需要正确的依赖关系。

通过以上三个例子，我们得出结论，依赖关系和依赖方法必须同时具备并正确，缺一不可 。

② 深层理解

我们基于上层的感性理解，再通过一个 makefile 深层理解一下：

(实际上我们编译代码并不需要进行，这里只是为了理解 … ，平常就写成 demo 那样就可以)

在 makefile 文件中，共有四组依赖关系和依赖方法 ，当使用 make 调用 makefile 文件中内容时，便开始执行 makefile 中的内容：

• test 依赖于 test.o ，但是 test.o 并不存在，跳转到下一组依赖关系
• test.o 依赖于 test.s ，但是 test.s 并不存在，跳转到下一组依赖关系
• test.s 依赖于 test.i ，但是 test.i 不存在，跳转到下一组依赖关系
• test.i 依赖于 test.c ，test.c 存在，这时开始执行依赖方法
• 由此开始，逐渐执行上面的依赖方法，一层层回退，逐渐生成 test.i 、test.s 、test.o ，最后生成可执行程序，make 执行完毕

我们发现，这一过程就像 数据结构的栈 。

当目标文件所依赖的文件不存在时，就会将依赖方法入栈，知道依赖关系匹配了，再执行相应的依赖方法，在按照栈的规则，逐渐将栈中的元素出栈，规则满足后进先出。

为了验证这些步骤是否都被执行，我们 make 一下看看：

依赖方法对应的文件都产生了，这也说明我们讲解的步骤是正确无误的。

2、清理

平时写代码时，经常需要反复编译，执行代码。

而在下一次重新编译之前，需要清理一下上次生成的可执行程序。但是清理的时候可能清理错误，不小心把源文件删了，这时又造成了问题。

而上面的步骤，我们也生成了很多附加文件(如 test.i 等)。

所以我们基于 demo 增加一个清理功能：

使用 make 测试一下：

文件也都删除了。

这是为什么，新增语句是什么意思？继续讲解原理。

① .PHONY 伪目标

.PHONY 修饰的对象是伪目标，伪目标的特性是：总是被执行的。

.PHONY 修饰的一定能被反复执行，但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰。

多次执行 make 和 make clean 试试：

(注：makefile 默认从上到下扫描只会执行第一组的依赖关系和依赖方法，所以默认执行第一组，这时使用 make 就可以；而 clean 为第二组，所以需要 make clean ，加上对应的关系。同理，对于第一组，使用 make test 也能执行。)

发现，第一组关系没有被 .PHONY 修饰，而不能重复执行。但是第二组 clean 可以重复执行 。

但是怎么证明 .PHONY 修饰对象之后，对象能被反复执行？口说无凭，所以，我们再验证一下：

给 test 加上修饰：

加上 .PHONY 修饰后，make 可以执行多次了，证明了 .PHONY 的作用。

但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰，就比如 clean ：

当 clean 去掉修饰之后，依然能被反复执行。

② .PHONY 的取舍

一般对于编译来说，是不加 .PHONY 修饰的。

因为编译是十分耗时间，特别是当工程量很大的时候，编译一两小时都不为过。所以防止对未修改的程序反复编译 ，一般编译时不加修饰。

但是 清理clean 是可以多次执行的，因为删除不太浪费时间，且可以反复清理，确认是否清理完毕。并且为了肯定清理可以被多次执行，所以通常用 .PHONY 修饰。

3、make 确定是否编译的方法

上面我们测试 make 时，发现当编译过一次后，继续使用 make 就无法继续编译了。但是 clean 是可以不加修饰反复执行的。原因我们也探讨过，但是 make 是如何确定是否要编译？

是这样的，对于程序来说，时间有两条线。第一条是源代码时间的一条线，第二条是形成的可执行程序的时间的一条线 。

而对于它们之间的次序，是先有源代码，再有可执行程序。

所以只要可执行程序的最近修改时间比源文件的修改时间晚，就认为当前可执行程序是最新的，为了减少时间和其他开销，于是不执行编译；否则执行编译 。

我们再重新生成可执行程序，并重复 make ，观察它们的时间：

观察时间，这里就要用到 stat 指令，它的 modify 就是最近修改时间 ，如果对 stat 指令不了解的小伙伴可以看这一篇：基本指令(一) （在 ls 指令部分）。

可执行程序 test 的时间明显比 源代码 test.c 晚，所以 make 并不能起作用。

那么基于对这个概念的理解，我们能否钻空子来 欺骗一下 make ？

补充：

touch 指令为创建一个文件。若文件不存在则会创建一个文件；若文件存在则会把文件时间更新到最新。

使用 touch 更新一下 test.c 的时间，用 stat 观察时间，并反复 make 试试：

由此，我们发现可以使用 touch 来 “欺骗” make 来反复编译。这也侧面证明了： make 对于是否编译的决策是基于修改时间，而并不是基于文件内容是否修改 。

4、完整代码

test:test.c
	gcc test.c -o test 
.PHONY:clean                                                      
clean:
	rm -f test.i test.s test.o test

5、规则总结

• 对于依赖关系而言，: 左边为目标文件，: 右边为依赖文件
• 依赖方法前需要有一个 tab ，为固定格式
• : 右边可以有多个依赖文件 ，: 右边通常被称为依赖文件列表
• 对于 : 右边，目标文件对应的依赖文件列表可以为空 (例如 clean)
• makefile 默认执行第一组的依赖关系和依赖方法，对于第一组可以直接使用 make 执行，后面则需要 make + 目标文件
• .PHONY 修饰的 伪目标可反复执行 ，但反复执行的不一定是伪目标

五、结语

到这里本篇博客就到此结束了。

实际开发中，好的 make/makefile 可以让项目开发事半功倍。所以构建自动化工具还是蛮重要的，可以大大提高开发的效率。

但是博主能力有限，对于博主当前，构建这么一个简单的工具就足够了。我们今天的重点是放在 make/makefile 的规则上。

感兴趣的小伙伴也可以往 makefile 中添砖加瓦，构建出自己开发的利器。

如果觉得 $anduin$ 写的不错的话，可以 点赞 + 收藏 + 评论 支持一下哦！我们下期见~