Linux/Unix環境下的make和makefile詳解
無論是在Linux還是在Unix環境中，make都是一個非常重要的編譯指令。
不管是自己進行項目開發還是安裝應用軟體，我們都經常要用到make或make install。利用make工具，我們可以將大型的開發項目分解成為多個更易於管理的模組，對於一個包括幾百個源文件的應用程式，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個源文件之間紛繁複雜的相互關係。
而且如此多的源文件，如果每次 都要按鍵輸入gcc指令進行編譯的話，那對程序員來說簡直就是一場災難。而make工具則可自動完成編譯工作，並且可以只對程序員在上次編譯後修改過的部分進行編譯。
因此，有效的利用make和makefile工具可以大大提高項目開發的效率。
同時掌握mak e和makefile之後，您也不會再面對著Linux下的應用軟體手足無措了。
但令人遺憾的是，在許多講述Linux套用的書籍上都沒有詳細介紹這個功能強大但又非常複雜的編譯工具。在這裡我就向大家詳細介紹一下make及其描述文件makefile。
Makefile文件
Make工具最主要也是最基本的功能就是通過makefile文件來描述源程序之間的相互關係並自動維護編譯工作。而makefile 文件需要按照某種語法進行編寫，文件中需要說明如何編譯各個源文件並連接產生可執行文件，並要求定義源文件之間的依賴關係。
makefile 文件是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護編譯資訊的常用方法，只是在整合開發環境中，用戶通過友好的界面修改 makefile 文件而已。
在 UNIX 系統中，習慣使用 Makefile 作為 makfile 文件。如果要使用其他文件作為 makefile，則可利用類似下面的 make 指令選項指定 makefile 文件：
$ make -f Makefile.debug
例如，一個名為prog的程序由三個C源文件filea.c、fileb.c和filec.c以及庫文件LS編譯產生，這三個文件還分別包含自己的頭文件a.h 、b.h和c.h。
通常情況下，C編譯器將會輸出三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o。
假設filea.c和fileb.c都要聲明用到一個名為defs的文件，但filec.c不用。
即在filea.c和fileb.c裡都有這 樣的聲明：
#include "defs"
那麼下面的我的文件就描述了這些文件之間的相互聯繫:
---------------------------------------------------------
#It is a example for describing makefile
prog : filea.o fileb.o filec.o
cc filea.o fileb.o filec.o -LS -o prog
filea.o : filea.c a.h defs
cc -c filea.c
fileb.o : fileb.c b.h defs
cc -c fileb.c
filec.o : filec.c c.h
cc -c filec.c
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這個描述我的文件就是一個簡單的makefile文件。
從上面的例子注意到，第一個字串為 # 的行為註釋行。
第一個非註釋行指定prog由三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o連接產生。第三行描述了如何從prog所依賴的文件建立可執行文件。
接下來的4、6、8行分別指定三個目標文件，以及它們所依賴的.c和.h文件以及 defs文件。而5、7、9行則指定了如何從目標所依賴的文件建立目標。
當filea.c或a.h文件在編譯之後又被修改，則 make 工具可自動重新編譯filea.o，如果在前後兩次編譯之間，filea.C 和a.h 均沒有被修改，而且 test.o 還存在的話，就沒有必要重新編譯。
這種依賴關係在多源文件的程序編譯中尤其重要。
通過這種依賴關係的定義，make 工具可避免許多不必要的編譯工作。
當然，利用 Shell 指令碼也可以達到自動編譯的效果，但是，Shell 指令碼將全部編譯任何源文件，包括哪些不必要重新編譯的源文件，而 make 工具則可根據目標上一次編譯的時間和目標所依賴的源文件的更新時間而自動判斷應當編譯哪個源文件。
Makefile文件作為一種描述我的文件一般需要包含以下內容:
◆ 巨集定義
◆ 源文件之間的相互依賴關係
◆ 可執行的指令
Makefile中允許使用簡單的巨集指代源文件及其相關編譯資訊，在Linux中也稱巨集為變數。在引用巨集時只需在變數前加$符號，但值得注意的是，如果變數名的長度超過一個字串，在引用時就必須加圓括號（）。
下面都是有效的巨集引用：
$(CFLAGS)
$2
$Z
$(Z)
其中最後兩個引用是完全一致的。
需要注意的是一些巨集的預定義變數，在Unix系統中，$*、$@、$?和$<四個特殊巨集的值在執行指令的程序中會發生相應的變化，而在GNU make中則定義了更多的預定義變數。關於預定義變數的詳細內容，
巨集定義的使用可以使我們脫離那些冗長乏味的編譯選項，為編寫makefile文件帶來很大的方便。
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# Define a macro for the object files
OBJECTS= filea.o fileb.o filec.o
# Define a macro for the library file
LIBES= -LS
# use macros rewrite makefile
prog: $(OBJECTS)
cc $(OBJECTS) $(LIBES) -o prog
……
---------------------------------------------------------
此時如果執行不帶參數的make指令，將連接三個目標文件和庫文件LS；但是如果在make指令後帶有新的巨集定義：
make "LIBES= -LL -LS"
則指令行後面的巨集定義將覆蓋makefile文件中的巨集定義。若LL也是庫文件，此時make指令將連接三個目標文件以及兩個庫文件LS和LL。
在Unix系統中沒有對常量NULL作出明確的定義，因此我們要定義NULL字串串時要使用下述巨集定義：
STRINGNAME=
Make指令
在make指令後不僅可以出現巨集定義，還可以跟其他指令行參數，這些參數指定了需要編譯的目標文件。其標準形式為：
target1 [target2 …]:[:][dependent1 …][;commands][#…]
[(tab) commands][#…]
方括號中間的部分表示可選項。Targets和dependents當中可以包含字串、數位、句點和"/"符號。除了引用，commands中不能含有"#",也不允許換行。
在通常的情況下指令行參數中只含有一個":"，此時command序列通常和makefile文件中某些定義文件間依賴關係的描述行有關。
如果與目標相關連的那些描述行指定了相關的command序列，那麼就執行這些相關的command指令，即使在分號和(tab)後面的aommand字段甚至有 可能是NULL。如果那些與目標相關連的行沒有指定command，那麼將使用系統預設值的目標文件產生規則。
如果指令行參數中含有兩個冒號"::"，則此時的command序列也許會和makefile中所有描述文件依賴關係的行有關。此時將執行那些與目標相關連的描述行所指向的相關指令。同時還將執行build-in規則。
如果在執行command指令時返回了一個非"0"的出錯信號，例如makefile文件中出現了錯誤的目標檔案名或者出現了以連字串打頭的指令字串串，make操作一般會就此終止，但如果make後帶有"-i"參數，則make將忽略此類出錯信號。
Make命本身可帶有四種參數：標誌、巨集定義、描述檔案名和目標檔案名。其標準形式為：
Make [flags] [macro definitions] [targets]
Unix系統上標志位flags選項及其含義為：
-f file 指定file文件為描述文件，如果file參數為"-"符，那麼描述文件指向標準輸入。
如果沒有"-f"參數，則系統將預設值當前目錄下名為makefile或者名為Makefile的文件為描述文件。在Linux中， GNU make 工具在當前工作目錄中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的順序搜尋 makefile文件。
-i 忽略指令執行返回的出錯資訊。
-s 沉默模式，在執行之前不輸出相應的指令行資訊。
-r 禁止使用build-in規則。
-n 非執行模式，輸出所有執行指令，但並不執行。
-t 更新目標文件。
-q make操作將根據目標文件是否已經更新返回"0"或非"0"的狀態資訊。
-p 輸出所有巨集定義和目標文件描述。
-d Debug模式，輸出有關文件和檢測時間的詳細資料。
Linux下make標誌位的常用選項與Unix系統中稍有不同，下面我們只列出了不同部分：
-c dir 在讀取 makefile 之前改變到指定的目錄dir。
-I dir 當包含其他 makefile文件時，利用該選項指定搜尋目錄。
-h help文擋，顯示所有的make選項。
-w 在處理 makefile 之前和之後，都顯示工作目錄。
通過指令行參數中的target ，可指定make要編譯的目標，並且允許同時定義編譯多個目標，操作時按照從左向右的順序依次編譯target選項中指定的目標文件。
如果指令行中沒有指定目標，則系統預設值target指向描述文件中第一個目標文件。
通常，makefile 中還定義有 clean 目標，可用來清除編譯程序中的中間文件，例如：
clean:
rm -f *.o
執行 make clean 時，將執行 rm -f *.o 指令，最終移除所有編譯程序中產生的所有中間文件。
隱含規則
在make 工具中包含有一些內裝的或隱含的規則，這些規則定義了如何從不同的依賴文件建立特定檔案類型的目標。
Unix系統通常支持一種關於文件副檔名即檔案名後面的隱含規則。
這種後面規則定義了如何將一個具有特定檔案名後面的文件（例如.c文件），轉換成為具有另一種 檔案名後面的文件（例如.o文件）：
.c:.o
$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
系統中預設值的常用文件副檔名及其含義為：
.o 目標文件
.c C源文件
.f FORTRAN源文件
.s 彙編源文件
.y Yacc-C源語法
.l Lex源語法
在早期的Unix系統系統中還支持Yacc-C源語法和Lex源語法。
在編譯程序中，系統會首先在makefile文件中尋找與目標文件相關的.C文件，如果還有與之相依賴的.y和.l文件，則首先將其轉換為.c文件後再編譯產生相應的.o文件；如果沒有與目標相關的.c文件而只有相關的.y文件， 則系統將直接編譯.y文件。
而GNU make 除了支持後面規則外還支持另一種檔案類型的隱含規則--模式規則。這種規則更加通用，因為可以利用模式規則定義更加複雜的依賴性規則。
模式規則看起來非常類似於正則規則，但在目標名稱的前面多了一個 % 號，同時可用來定義目標和依賴文件之間的關係，例如下面的模式規則定義了如何將任意一個 file.c 文件轉換為 file.o 文件：
%.c:%.o
$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<
#EXAMPLE#
下面將給出一個較為全面的示例來對makefile文件和make指令的執行進行進一步的說明，其中make指令不僅涉及到了C源文件還包括了Yacc語法。本例選自"Unix Programmer's Manual 7th Edition, Volume 2A" Page 283-284
下面是描述文件的具體內容：
---------------------------------------------------------
#Description file for the Make command
#Send to print
P=und -3 | opr -r2
#The source files that are needed by object files
FILES= Makefile version.c defs main.c donamc.c misc.c file.c \
dosys.c gram.y lex.c gcos.c
#The definitions of object files
OBJECTS= vesion.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o
LIBES= -LS
LINT= lnit -p
CFLAGS= -O
make: $(OBJECTS)
cc $(CFLAGS) $(OBJECTS) $(LIBES) -o make
size make
$(OBJECTS): defs
gram.o: lex.c
cleanup:
-rm *.o gram.c
install:
@size make /usr/bin/make
cp make /usr/bin/make ; rm make
#print recently changed files
print: $(FILES)
pr $? | $P
touch print
test:
make -dp | grep -v TIME>1zap
/usr/bin/make -dp | grep -v TIME>2zap
diff 1zap 2zap
rm 1zap 2zap
lint: dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c gram.c
$(LINT) dosys.c donamc.c file.c main.c misc.c version.c \
gram.c
rm gram.c
arch:
ar uv /sys/source/s2/make.a $(FILES)
----------------------------------------------------------
通常在描述文件中應像上面一樣定義要求輸出將要執行的指令。在執行了make指令之後，輸出結果為：
$ make
cc -c version.c
cc -c main.c
cc -c donamc.c
cc -c misc.c
cc -c file.c
cc -c dosys.c
yacc gram.y
mv y.tab.c gram.c
cc -c gram.c
cc version.o main.o donamc.o misc.o file.o dosys.o gram.o \
-LS -o make
13188+3348+3044=19580b=046174b
最後的數位資訊是執行"@size make"指令的輸出結果。之所以只有輸出結果而沒有相應的指令行，是因為"@size make"指令以"@"起始，這個符號禁止列印輸出它所在的指令行。
描述文件中的最後幾條指令行在維護編譯資訊方面非常有用。
其中"print"指令行的作用是列印輸出在執行過上次"make print"指令後所有改動過的檔案名稱。
系統使用一個名為print的0字元文件來確定執行print指令的具體時間，而巨集$?則指向那些在print文件改動過之後進行修改的文件的檔案名。
如果想要指定執行print指令後，將輸出結果送入某個指定的文件，那麼就 可修改P的巨集定義：
make print "P= cat>zap"
在Linux中大多數軟體提供的是來源碼，而不是現成的可執行文件，這就要求用戶根據自己系統的實際情況和自身的需要來配置、編譯源程序後，軟體才能使用。
只有掌握了make工具，才能讓我們真正享受到到Linux這個自由軟體世界的帶給我們無窮樂趣 。
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