Makefile入门（介绍、规则、语法、函数、实例）

问：之前使用单片机开发的时候，使用Keil工具程序点击一下鼠标就可以进行编译了，那么它为什么可以这样如此轻松进行编译？如何组织管理大量的工程文件？如何确定编译哪一个文件？

答：实际上windows工具管理程序的内部机制，也是Makefile。当我们在Linux下来开发裸板程序的时候，使用Makefile组织管理这些程序，这些文件。

一个C/C++文件要经过预处理(preprocessing)、编译(compilation)、汇编(assembly)和链接(linking)等4步才能变成可执行文件。

一般来说，我们会把前三个步骤即预处理、编译和汇编统称为编译。

编译时，编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。对于后者，通常是你需要告诉编译器头文件的所在位置（头文件（.h 文件）中应该只是声明，而定义应该放在C/C++文件（.c 文件）中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说，每个源文件都应该对应于一个中间目标文件（O文件或是OBJ文件）。

链接时，主要是链接函数和全局变量，所以，我们可以使用这些中间目标文件（O文件或是OBJ文件）来链接我们的应用程序。链接器并不管函数所在的源文件，只管函数的中间目标文件（Object File）。在大多数的时候，由于源文件太多，编译生成的中间目标文件太多，而在链接时需要明显地指出中间目标文件名，这对于编译很不方便，所以，我们要给中间目标文件打个包，在Windows下这种包叫“*库文件”（Library File)*，也就是 .lib 文件，在UNIX下，是Archive File，也就是 .a 文件。

总结一下，源文件首先会生成中间目标文件（O文件或是OBJ文件），再由中间目标文件生成执行文件。在编译时，编译器只检测程序语法，和函数、变量是否被声明。如果函数未被声明，编译器会给出一个警告，但可以生成Object File。而在链接程序时，链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现，如果找不到，那到就会报链接错误码（Linker Error）。

​ 在 Linux（unix ）环境下使用GNU 的make工具能够比较容易的构建一个属于你自己的工程，整个工程的编译只需要一个命令就可以完成编译、连接以至于最后的执行。不过这需要我们投入一些时间去完成一个或者多个称之为Makefile 文件的编写。

​ 所要完成的Makefile 文件描述了整个工程的编译、连接等规则。其中包括：工程中的哪些源文件需要编译以及如何编译、需要创建哪些库文件以及如何创建这些库文件、如何最后产生我们想要的可执行文件。

​ make是一个命令工具，它解释Makefile 中的指令。在Makefile文件中描述了整个工程所有文件的编译顺序、编译规则。Makefile 有自己的书写格式、关键字、函数。像C 语言有自己的格式、关键字和函数一样。

​ make命令执行的时候，需要一个Makefile文件（此文件不需要任何后缀），这个Makefile文件就告诉了make命令如何去编译和链接程序。后续就能够使用一个make命令就能快速自动对某些文件进行重编译和链接目标程序。而要想快速编译和链接，就需要写好Makefile文件。

​ 注意：Makefile文件有以下的书写规则：

​ 1.如果这个工程没有编译过，那么我们的所有C文件都要编译并被链接。

​ 2.如果这个工程的某几个C文件被修改，那么我们只编译被修改的C文件，并链接目标程序。

​ 3.如果这个工程的头文件被改变了，那么我们需要编译引用了这几个头文件的C文件，并链接目标程序。

​ 编写一个Makefile文件尽管看起来可能是很复杂的事情，但是为工程编写Makefile 的好处是能够使用一行命令来完成“自动化编译”，一旦提供一个（通常对于一个工程来说会是多个）正确的 Makefile。编译整个工程你所要做的事就是在shell 提示符下输入make命令。整个工程完全自动编译，极大提高了效率。

Makefile最基本的语法就是规则，规则如下：

当“依赖”比“目标”新，执行它们下面的命令。这就是Makefile最基本的语法规则。

下面，将写一个程序来实验一下：

文件a.c

文件b.c

编译：

运行：

结果：

gcc -o test a.c b.c 这条命令虽然简单，但是它完成的功能不简单。

（提醒：gcc -o test a.c b.c -v ：加上一个**‘-v’**选项可以看到它们的处理过程，包括编译和链接的过程，include的路径等等信息。）

从上文的程序的编译和链接就可以知道 .c 程序—> 可执行程序要按顺序经过四个步骤：预处理、编译、汇编、；链接。对gcc -o test a.c b.c 命令进行具体分析，可知：

①对于a.c：执行：预处理 编译 汇编 的过程，a.c ==>xxx.s ==>xxx.o 文件。

②对于b.c：执行：预处理 编译 汇编 的过程，b.c ==>yyy.s ==>yyy.o 文件。

③最后：xxx.o和yyy.o链接在一起得到一个test应用程序。

第一次编译 a.c 得到 xxx.o 文件，这是很合乎情理的。

执行完第一次之后，如果修改 a.c 又再次执行：gcc -o test a.c b.c，这一条命令，对于 a.c 应该重新生成 xxx.o，但是对于 b.c 又会重新编译一次，这完全没有必要，因为b.c 根本没有修改，直接使用第一次生成的 yyy.o 文件就可以了。

缺点：使用gcc -o test a.c b.c 则会对所有的文件都会再处理一次，即使 b.c 没有经过修改，b.c 也会重新编译一次，当文件较少时，这还没有什么问题。当文件非常多的时候，就会导致效率太低，编译时间过长。如果文件非常多的时候，我们，若仅仅只修改了少量的文件，但所有的文件都会重新处理一次，编译的时候就会等待很长时间。

解决方法：对于这些源文件，我们应该分别处理，执行：预处理 编译 汇编，先分别编译它们，最后再把它们链接在一起，比如：

编译：

链接：

比如：上面的例子，当我们修改a.c之后,a.c会重现编译，得到新的a.o 文件，然后再把新的a.o 和 旧的 b.o 文件链接在一起就可以了。而b.c就不需要重新编译，节省时间了。

那么问题又来了，怎么知道哪些文件被更新了/被修改了？

比较时间，比较 a.o 和 a.c 的时间，如果a.c的时间比 a.o 的时间更加新的话，就表明 a.c 被修改了，同理b.o和b.c也会进行同样的比较。比较test和 a.o,b.o 的时间，如果a.o或者b.o的时间比test更加新的话，就表明应该重新生成test。而由Makefile的基本书写规则得知，它就是这样做的。

写一个基本的Makefile：

根据Makefile的基本规则：

当“依赖”比“目标”新，就执行它们下面的命令。我们要把上面三个命令写成makefile规则，如下：

我们来作一下实验：

在a.c 文件和b.c 文件所在的目录下，建立一个Makefile文件（注意不添加任何后缀）：

文件：Makefile

上面是Makefile中的三条规则。Makefile,就是名字为“Makefile”的文件。

当我们想编译程序时，直接执行make命令就可以了。

一执行make命令它想生成第一个目标test可执行程序。如果发现a.o 或者b.o没有，就要先生成a.o或者b.o，发现a.o依赖a.c，有a.c但是没有a.o,他就会认为a.c比a.o新，就会执行它们下面的命令来生成a.o，同理b.o和b.c的处理关系也是这样的。

​ 我们第一次执行make的时候，所有命令都执行，由Makefile第一条书写规则可知（如果这个工程没有编译过，那么我们的所有C文件都要编译并被链接）

​ 我们再次执行make就会判断Makefile文件中的依赖，发现依赖没有更新，所以目标文件就不会重现生成，就会有上面的提示“make: `test’ is up to date.”

​ 若只是修改了a.c 文件，a.c文件就比a.o文件更加新，所以就会执行gcc -c -o a.o a.c 来更新a.o文件。而a.o比test新，所以又要使用gcc -o test a.o b.o 来重新链接生成test可执行程序。

Makefile的核心就是其里面的规则！！！

执行make命令的时候，就会在当前目录下面找到名字为：Makefile的文件，根据里面的内容来执行里面的判断/命令。

​ 在这里仅仅只是展示最基础语法，若想深入了解Makefile，

可学习官方文档： http://www.gnu.org/software/make/manual/

或查阅书籍：GNU Make 使用手册（中译版）https://file.elecfans.com/web1/M00/7D/E7/o4YBAFwQthSADYCWAAT9Q1w_4U0711.pdf

what：什么是通配符？

​ 通配符是一种特殊语句，主要有星号(*)和问号(?)，用来模糊搜索文件。当查找文件夹时，可以使用它来代替一个或多个真正字符；当不知道真正字符或者懒得输入完整名字时，常常使用通配符代替一个或多个真正的字符。

why：为什么要使用通配符？

​ 假如一个目标文件所依赖的依赖文件很多，那样岂不是我们要写很多规则，这显然是不合乎常理的，而且十分麻烦，所以我们可以使用通配符，来解决这些问题。

how：如何使用通配符？

基本的通配符：

%.o：表示所用的.o文件

%.c：表示所有的.c文件

$@：表示目标文件

$ printf("This is C = %d\n", C); }

c.h:

那么有如下的依赖关系：

如果在使用Makefile的时，编写目标文件的依赖关系没有加上c.h文件，当c.h中的内容改变的时候，根本不会重新编译新的c.o文件，这会发生十分致命的错误，因为目标文件c.o内部引用了c.h文件中的宏定义。

若是大型的工程，我们必须清楚每个源文件中包含了哪些头文件，一旦增加或删除某些头文件，又要修改相应的Makefile，这就是很繁琐且很容易出错的工作。

因此，为了避免出现以上问题，我们需要做出改变，让它自动获取源文件中包含的头文件，并生成一个依赖关系，此时就使用后缀名为.d 的依赖文件。

这样做的优点就是：

部分参数如下：

-M

生成文件的依赖关系，同时也把一些标准库的头文件包含了进来。其本质是告诉预处理器输出一个适合 make 的规则，用于描述各目标文件的依赖关系。

举例：

则在终端中就会输出：

这个参数同时可以查看某个源文件所包含的所有头文件。可以检查自己希望程序包含的头文件有没有包含进去。

-MF File

当同时使用了 “-M”选项时，则把依赖关系写入名为 “File” 的文件中。若同时也使用了 “-MD” 或 “-MMD”，“-MF” 将覆写输出的依赖文件的名称 。

举例：

结果：

“-M”输出的内容就保存在c.d文件中。可使用“cat c.d”命令查看依赖。

-MD

等同于 -M -MF File，但是默认关闭了 -E 选项。其输出的文件名是基于 -o 选项，若给定了 -o 选项，则输出的文件名是 -o 指定的文件名，并添加 .d 后缀，若没有给定，则输入的文件名作为输出的文件名，并添加 .d 后缀，同时继续指定的编译工作。

举例：

本目录下生成了以下文件： tmp.d tmp.o

另一个例子：

利用上文所说的参数，修改原本的Makefile。

修改Makefile如下：