什么是 Makefile 及其工作原理？

使用这个方便的自动化工具，更有效地运行和编译您的程序。

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Opensource.com

如果您希望在某些文件更新时运行或更新任务，`make` 工具会非常有用。 `make` 工具需要一个文件，`Makefile` (或 `makefile`)，它定义了一组要执行的任务。您可能已经使用 `make` 从源代码编译程序。大多数开源项目使用 `make` 来编译最终的可执行二进制文件，然后可以使用 `make install` 来安装它。

在本文中，我们将通过基本和高级示例探索 `make` 和 `Makefile`。在开始之前，请确保您的系统中已安装 `make`。

基本示例

让我们从在终端上打印经典的“Hello World”开始。创建一个空目录 `myproject`，其中包含一个内容如下的 `Makefile` 文件

say_hello:
        echo "Hello World"

现在，通过在 `myproject` 目录中键入 `make` 来运行该文件。输出将是

$ make
echo "Hello World"
Hello World

在上面的示例中，`say_hello` 的行为类似于函数名，就像在任何编程语言中一样。这被称为*目标 (target)*。 *先决条件 (prerequisites)* 或 *依赖项 (dependencies)* 跟随目标。为了简单起见，我们在此示例中没有定义任何先决条件。命令 `echo "Hello World"` 称为*配方 (recipe)*。 *配方*使用*先决条件*来制作*目标*。目标、先决条件和配方共同构成一个*规则 (rule)*。

总而言之，下面是典型规则的语法

target: prerequisites
<TAB> recipe

例如，目标可能是一个依赖于先决条件（源文件）的二进制文件。另一方面，先决条件也可以是依赖于其他依赖项的目标

final_target: sub_target final_target.c
	Recipe_to_create_final_target

sub_target: sub_target.c
	Recipe_to_create_sub_target

目标不一定是文件；它可以只是配方的名称，就像在我们的例子中一样。我们称这些为“伪目标 (phony targets)”。

回到上面的例子，当执行 `make` 时，整个命令 `echo "Hello World"` 会被显示出来，然后是实际的命令输出。我们通常不希望这样。要禁止回显实际命令，我们需要在 `echo` 前面加上 `@`

say_hello:
        @echo "Hello World"

现在再次尝试运行 `make`。输出应该只显示这个

$ make
Hello World

让我们向 `Makefile` 添加一些更多的伪目标：`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

如果我们在更改后尝试运行 `make`，则只会执行目标 `say_hello`。这是因为 makefile 中只有第一个目标是默认目标。通常称为*默认目标 (default goal)*，这就是您会在大多数项目中看到 `all` 作为第一个目标的原因。 `all` 负责调用其他目标。我们可以使用一个名为 `.DEFAULT_GOAL` 的特殊伪目标来覆盖此行为。

让我们在 makefile 的开头包含它

.DEFAULT_GOAL := generate

这将运行目标 `generate` 作为默认目标

$ make
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt

顾名思义，伪目标 `.DEFAULT_GOAL` 一次只能运行一个目标。这就是为什么大多数 makefile 都包含 `all` 作为可以根据需要调用尽可能多目标的目标。

让我们包含伪目标 `all` 并删除 `.DEFAULT_GOAL`

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

在运行 `make` 之前，让我们包含另一个特殊的伪目标 `.PHONY`，我们在其中定义所有不是文件的目标。无论具有该名称的文件是否存在或其上次修改时间是什么，`make` 都会运行其配方。这是完整的 makefile

.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` 应该调用 `say_hello` 和 `generate`

$ make
Hello World
Creating empty text files...
touch file-{1..10}.txt

不建议在 `all` 中调用 `clean` 或将其作为第一个目标。当需要清理时，应手动调用 `clean` 作为 `make` 的第一个参数

$ make clean
Cleaning up...
rm *.txt

现在您已经了解了基本的 makefile 的工作原理以及如何编写一个简单的 makefile，让我们看一些更高级的示例。

高级示例

变量

在上面的例子中，大多数目标和先决条件值都是硬编码的，但在实际项目中，这些值会被变量和模式替换。

在 makefile 中定义变量的最简单方法是使用 `=` 运算符。例如，将命令 `gcc` 分配给变量 `CC`

CC = gcc

这也称为*递归展开变量 (recursive expanded variable)*，它在规则中使用，如下所示

hello: hello.c
    ${CC} hello.c -o hello

您可能已经猜到，当将配方传递给终端时，它会展开如下：

gcc hello.c -o hello

`${CC}` 和 `$(CC)` 都是调用 `gcc` 的有效引用。但是，如果有人尝试将变量重新分配给自己，则会导致无限循环。让我们验证一下

CC = gcc
CC = ${CC}

all:
    @echo ${CC}

运行 `make` 将导致

$ make
Makefile:8: *** Recursive variable 'CC' references itself (eventually).  Stop.

为避免这种情况，我们可以使用 `:=` 运算符（这也称为*简单展开变量 (simply expanded variable)*）。运行下面的 makefile 应该没有问题

CC := gcc
CC := ${CC}

all:
    @echo ${CC}

模式和函数

以下 makefile 可以通过使用变量、模式和函数来编译所有 C 程序。让我们逐行浏览它

# 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 `#` 开头的行是注释。
行 `.PHONY = all clean` 定义了伪目标 `all` 和 `clean`。
变量 `LINKERFLAG` 定义了与配方中的 `gcc` 一起使用的标志。
`SRCS := $(wildcard *.c)`：`$(wildcard pattern)` 是*文件名函数 (functions for filenames)*之一。在这种情况下，所有扩展名为 `.c` 的文件都将存储在变量 `SRCS` 中。
`BINS := $(SRCS:%.c=%)`：这称为*替换引用 (substitution reference)*。在这种情况下，如果 `SRCS` 具有值 `'foo.c bar.c'`，则 `BINS` 将具有 `'foo bar'`。
行 `all: ${BINS}`：伪目标 `all` 将 `${BINS}` 中的值作为单独的目标调用。
规则
```
%: %.o
  @echo "Checking.."
  ${CC} ${LINKERFLAG} $&lt; -o $@
```
让我们看一个例子来理解这个规则。假设 `foo` 是 `${BINS}` 中的值之一。然后 `%` 将匹配 `foo`（`%` 可以匹配任何目标名称）。下面是展开形式的规则
```
foo: foo.o
  @echo "Checking.."
  gcc -lm foo.o -o foo
```
如图所示，`%` 被 `foo` 替换。 `$<` 被 `foo.o` 替换。 `$<` 被模式匹配为先决条件，`$@` 匹配目标。将为 `${BINS}` 中的每个值调用此规则
规则
```
%.o: %.c
  @echo "Creating object.."
  ${CC} -c $&lt;
```
前一个规则中的每个先决条件都被认为是此规则的目标。下面是展开形式的规则
```
foo.o: foo.c
  @echo "Creating object.."
  gcc -c foo.c
```
最后，我们删除目标 `clean` 中的所有二进制文件和目标文件。

下面是上述 makefile 的重写，假设它位于具有单个文件 `foo.c:` 的目录中

# 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

有关 makefile 的更多信息，请参阅 GNU Make 手册，其中提供了完整的参考和示例。

您还可以阅读我们的 GNU Autotools 简介，以了解如何自动生成编码项目的 makefile。

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Linux

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Sachin Patil

Sachin 热衷于自由和开源软件。他是一位狂热的 GNU Emacs 用户，喜欢谈论和撰写有关开源、GNU/Linux、Git 和 Python 的文章。他之前曾在 OpenStack、ManageIQ/CloudForms 和 Red Hat Insights 上工作过。他也喜欢在业余时间探索 Swift 对象存储。您可以通过 IRC 联系到他，用户名是 psachin@{Libera.Chat, Freenode, OFTC, gnome}。

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