嵌入式Linux开发之Makefile

Posted 2021-05-30 大奥特曼打小怪兽

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，makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。

makefile的好处就是：

—“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。二、节约编译时间（没改动的文件不编译）。

make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具。

一、Makefile规则

1.1 基本规则

一个简单的Makefile文件包含一系列的规则，其样式如下：

target：prerequisites
    command
    ...
    ...
=====================
目标 ： 依赖文件
[tab键] 命令
      ...
      ...

• target: 是目标文件，可以是object file，也可以是执行文件，还可以是一个标签label。如果目标文件的更新时间晚于依赖文件的更新时间，则说明依赖文件没有改动，目标文件不需要重新编译。否则重新编译并更新目标。
• prerequisites：即目标文件由哪些文件生成。如果依赖条件中存在不存在的依赖条件，则会寻找其它规则是否可以产生依赖条件。例如：规则一是生成目标 hello.elf需要使用到依赖条件 hello.o，但是 hello.o 不存在。则 Makefile 会寻找到一个生成 hello.o 的规则二并执行。
• command：即通过执行该命令，由依赖文件生成目标文件。注意每条命令前必须有且仅有一个 tab 保持缩进，这是语法要求。
• ALL：Makefile 文件默认只生成第一个目标文件即完成编译，但是我们可以通过 “ALL” 指定需要生成的目标文件。

这是一个文件依赖关系，也就是说target是由一个或多个目标文件依赖于prerequisites中的文件，其生成规则定义在command中，而且只要prerequisites中有一个以上的文件比target文件更新的话，command所定义的命令就会被执行，这是makefile的最基本规则，也是makefile中最核心的内容。

1.2 示例

我们仍然以hello.c文件为例：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
  printf("Hello World!\\n");
  return 0;
}

然后编写Makefile（这里使用的是gcc、而不是arm-linux-gcc）：

ALL: hello.o

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

编译并执行：

make
./hello.o

二、Makefile函数 

2.1 获取匹配模式文件名函数wildcard

• 语法：$(wildcard PATTERN)
• 函数功能：列出当前目录下所有符合模式“ PATTERN”格式的文件名。“PATTERN”使用 shell可识别的通配符，包括“ ?”（单字符）、“*”（多字符）等。
• 返回值：空格分割的、存在当前目录下的所有符合模式“ PATTERN”的文件名。

例如：

SRC = $(wildcard ./*.c)

匹配目录下所有的 .c 文件，并将其赋值给 SRC 变量。

2.2 模式替换函数patsubst

pat 是 pattern 的缩写，subst 是 substring 的缩写。

• 语法：$(patsubst PATTERN,REPLACEMENT,TEXT)
• 函数功能：搜索“ TEXT”中以空格分开的单词，将否符合模式“ TATTERN ”替换为“REPLACEMENT ”。参数“PATTERN”中可以使用模式通配符 “%”来代表一个单词中的若干字符。 如果参数“REPLACEMENT ”中也包含一个“%”，那么“ REPLACEMENT ”中的“ %”将是“ TATTERN”中的那个“ %”所代表的字符串。在“ TATTERN ”和“REPLACEMENT ”中，只有第一个“ %”被作为模式字符来处理，之后出现的不再作模式字符（作为一个字符）。在参数中如果需要将第一个出现的“ %”作为字符本身而不作为模式字符时，可使用反斜杠“ ”进行转义处理（转义处理的机制和使用静态模式的转义一致，
• 返回值：替换后的新字符串。

参数 “TEXT ”单词之间的多个空格在处理时被合并为一个空格，并忽略前导和结尾空格。

例如：

OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))

这个函数有三个参数，意思是取出 SRC 中所有的值，然后将 “.c” 替换为 “.o”，最后赋值给 OBJ 变量。

2.3 foreach 函数

函数“foreach ”不同于其它函数。它是一个循环函数。类似于 Linux 的 shell 中的for 语句：

• 语法：$(foreach VAR,LIST,TEXT)
• 函数功能： 这个函数的工作过程是这样的：如果需要（存在变量或者函数的引用），首先展开变量“ VAR”和“ LIST”的引用；而表达式“ TEXT”中的变量引用不展开。执行时把“ LIST”中使用空格分割的单词依次取出赋值给变量“VAR”，然后执行“ TEXT”表达式。重复直到“ LIST”的最后一个单词（为空时结束）。“TEXT ”中的变量或者函数引用在执行时才被展开，因此如果在“TEXT”中存在对“ VAR”的引用，那么“ VAR”的值在每一次展开式将会到的不同的值。
• 返回值： 空格分割的多次表达式“ TEXT ”的计算的结果。

2.4 过滤函数 -filter

“filter”函数可以用来去除一个变量中的某些字符串， 我们下边的例子中就是用到了此函数。

1）.找出符合PATTERN 格式的值

• 语法：$(filter PATTERN ⋯,TEXT)
• 函数功能：过滤掉字串“ TEXT”中所有不符合模式“ PATTERN ”的单词，保留所有符合此模式的单词。可以使用多个模式。模式中一般需要包含模式字符“%”。存在多个模式时，模式表达式之间使用空格分割。
• 返回值：空格分割的“ TEXT”字串中所有符合模式“ PATTERN ”的字串。

2）.找出不符合PATTERN 格式的值

• 语法：$(filter-out PATTERN ⋯,TEXT)
• 函数功能：过滤掉字串“ TEXT”中所有符合模式“ PATTERN ”的单词，保留所有不符合此模式的单词。可以使用多个模式。模式中一般需要包含模式字符“%”。存在多个模式时，模式表达式之间使用空格分割。
• 返回值：空格分割的“ TEXT”字串中所有不符合模式“ PATTERN ”的字串。

假如我们目录下有很多个 “.c” 后缀的源文件，就不需要写很多条规则语句了，

2.5 示例

我们修改我们的Makefile文件：

SRC = $(wildcard *.c)
OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))

ALL: hello.out

hello.out: $(OBJ)
        gcc $(OBJ) -o hello.out

$(OBJ): $(SRC)
        gcc -c  $(SRC) -o $(OBJ)

这里我们先将所有的 “.c” 文件编译为 “.o” 文件，这样后面更改某个 “.c” 文件时，其它的 “.c” 文件将不再编译，而只是编译有更改的 “.c” 文件，可以大大节约大项目中的编译速度。

需要注意的是：

• .o文件一般是通过编译的但还未链接的
• .out文件一般都是经过相应的链接产生的可执行文件（linux下）

三、makefile通配符

Makefile 中也有一些已经定义好的常用变量，这里介绍其中常用的3个。

3.1 $@

表示规则中目标，例如 hello.out

3.2 $<

表示规则中的第一个依赖条件，例如 hello.c

3.3 $^

表示规则中的所有依赖条件，由于我们示例中都只有一个依赖条件，这种情况下 $^ 和 $< 区别不大

3.4 示例

我们修改我们的Makefile文件：

SRC = $(wildcard *.c)
OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))
 
ALL: hello.out
 
hello.out: $(OBJ)
        gcc -o $@ $<
 
$(OBJ): $(SRC)
        gcc -c -o $@ $<

四、其它常用功能

4.1 代码清理clean

我们可以编译一条属于自己的 clean 语句，来清理 make 命令所产生的所有文件。例如

SRC = $(wildcard *.c)
OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))

ALL: hello.out

hello.out: $(OBJ)
        gcc -o $@ $<

$(OBJ): $(SRC)
        gcc -c -o $@ $<
clean:
        rm -rf $(OBJ) *.out

这样我们就可以使用make clean 命令来清理生成的文件了：

提示：make命令是可以带上目标名的，如果make后面不跟目标名字的话，默认生成第一个目标，当带上目标名的话，生成指定的目标。

4.2 伪目标 .PHONY

上面我们写了一个 clean 语句，使得我们执行 “make clean” 命令的时候，可以清理我们生成的文件。

但是假如还存在一个文件名就是 clean 文件，那么我们再执行 “make clean” 命令的时候就只是显示：

make clean
make: `clean\' is up to date.

为什么？我们看一看Makefile的核心规则：

• 目标文件不存在；
• 某个依赖文件比目标文件新；

但是现在目录中有名为clean的文件，那目标文件存在，那就取决于依赖，但是在Makefile中clean目标没有依赖，所以没有办法通过判断依赖的的时间去更新clean目标，所以clean目标文件一直都是目录中那么clean文件。所以说，如果目录中有何clean同名文件时就没有办法执行clean操作了。

解决方法就是我们使用伪目标，把这个目标定义为假想目标这样就可以避免出现上面的问题了，例如：

SRC = $(wildcard *.c)
OBJ = $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))
 
ALL: hello.out
 
hello.out: $(OBJ)
        gcc -o $@ $<
 
$(OBJ): $(SRC)
        gcc -c -o $@ $<
 
clean:
        -rm -rf $(OBJ) hello.out
 
.PHONY: clean ALL

通常，我们也会把 ALL 也设置为伪目标。 

五、Makefile变量

变量的种类分为：

• 既时变量(简单变量)：例子： 赋值方式： A := xxx    #A的值在定义就可以确定，即刻赋值

• 延时变量：例子：赋值方式：A =xxx      #A的值在使用到的时候才会确定

• ?= ： 延时变量，第一次定义才有效，如果这个变量在前面已经定义过，那么不执行这句赋值
• +=  ： 可以是即时变量也可以是延时变量，取决于这个变量的定义

比如我们编写Makefile文件：

A:=$(C)

B=$(C)

C=123

ALL:
        @echo A=$(A)
        @echo B=$(B)

C赋值给A、但是C现在的值为空，B是延时变量，等到用到时才确定，所以执行到C=123才会显示B的值，也就是123.

参考文章

[1] Makefile简单使用实例

[2] Makefile 语法入门