GNU make（一）：GNU make概述

一、GNU make概述

1. GNU make是什么？

GNU make是Linux环境下著名的工程构建和管理工具，使得我们可以使用一个命令就完成编译、链接以至于执行，自动地帮我们完成构建工作。目前，大量的C/C++项目使用make作为工程构建工具，大量的IDE使用与make相同的工程构建策略。

2. GNU make如何工作？

Make的本质是一个解释器，用于解释一种名为Makefile的脚本。这个Makefile脚本告诉make以何种方式编译源代码和链接程序。从本质上来看，make通过比较相关文件的最后修改时间，来决定哪些文件需要更新，哪些文件不需要更新，之后执行以下操作：

• 对于那些需要更新的文件，make就使用在Makefile中预定义的命令来重新构建这些文件；
• 对于那些无需更新的文件，make就什么也不做。

二、Makefile简介

编写Makefile脚本是一项相对复杂的工作，它有自己的书写格式、关键字和函数。而且，在Makefile脚本中可以使用宿主操作系统所提供的任何Shell命令来完成想要完成的操作。

1. Makefile的规则介绍

在Makefile中，规则是最重要的组成部分，通过定义一条或多条规则来描述文件如何被生成。Makefile一个最基本的Makefile规则如下所示：

# 这里是单行注释。
Target : Pre[1] Pre[2] ... Pre[N]; Command[0]
    Command[1]
    Command[2]
    ...
    Command[M]

其中所包含的主要成员如下：

• Target：规则的目标。它通常是以下两种内容：

  • 需要生成的文件的名称；
  • 一个make执行的动作的名称。

  【注意】

  1. 目标可以有多个，中间用空格分开。

  2. 动作名称是指：有时make希望将一组特定的指令放在一起，但其目的并不是为了生成目标文件。

     例如，make经常需要清理之前所生成的文件，然而这项清理工作很显然是不应该生成文件的。

     此时，可以将clean（或任何其他名字）作为一个目标，并且在其所有命令行中不生成任何文件即可。

• Pre：规则的依赖。它通常是以下两种内容：

  • 生成目标所需要的文件名列表；
  • 生成目标所需要的其他目标列表；
  • 以上两种情况的杂揉。

  【注意】依赖可以有多个，中间用空格分开。

• command：规则的命令行。指的是为了生成目标所需要执行的Shell指令，可以出现在以下为止：

  • 在所有的依赖后面添加一个"；"，然后写命令。
  • 从目标和依赖所出现的下一行开始，以【TAB】键开头，然后编写多条命令。

  【注意】

  1. 命令一般有多个，以行为单位。
  2. 不推荐编写在依赖行后面紧跟的命令，因为它影响可读性。

• 注释：和其他脚本相同，使用"#"作为注释的标志。

在所有的规则中，默认的第一个规则的目标为最终目标，也就是make默认生成的目标；如果第一个规则是一个多目标规则，那么第一个目标被作为最终目标。

当然，Makefile中通常还包含了除了规则之外的很多东西（后续我们来展开讨论）。但无论它怎样复杂，它都符合以上介绍的最基本的格式。

2. make如何解释规则

(1) make判断需要生成目标的依据

当make进行维护工作时，它按照如下顺序检查是否需要生成目标：

1. 目标不存在，就生成它；
2. 目标存在，但在目标的所有依赖中，至少存在一个依赖，在时间戳上比当前的目标更新 （这表明在上一次维护后，依赖被修改了）,则重新生成它；
3. 什么也不做。

同时，对于规则，make还具有以下特性：

1. 如果目标不是一个文件，并且没有依赖或者命令，那么它的时间戳被认为是最新的(确保它一定被执行)。
2. 如果一个目标不是最终目标的依赖，那么即便它被定义了，也不会被执行。

(2) make维护的抽象数据结构

当make解释器发现了一条规则时，它将按照顺序读取其目标、依赖和所有命令，然后维护一个数据结构来存储它们。这个数据结构的实现各有不同，但是为了帮助理解上面的特性，我们可以按照下面的样子来抽象并理解它：

其中，所有的依赖和目标组成了一个循环链表，而所有的命令是一个单链表。当make发现需要维护一个目标时，它将进行以下工作：

1. 如果这个目标不存在，就生成它；

2. 如果这个目标存在，就从第一个依赖开始顺序检查所有依赖，

• 如果当前依赖是一个文件，那么检查它的时间戳来判定是否重新生成；
• 如果当前依赖是一个目标，那么寻找这个"依赖目标"的数据结构，并尝试维护它（将这个依赖作为目标，递归地进行工作）。

3. 如何执行make

在终端执行make命令即可。当执行make命令时，有几个可选项：

• -f：指定Makefile的文件名。
• 目标名：将这个目标作为最终目标。

如果没有使用-f选项，那么make程序执行默认的缺省选择：

• makefile
• Makefile（推荐使用，因为能够和README、CHANGELIST等文件放在一起）

三、编写一个最简单的HelloWorld脚本

作为HelloWorld脚本，它应该尽可能地简单。因此，我们不生成任何文件，仅仅让其在终端输出字符串即可。

【示例】：一个最简单的Makefile脚本

# Makefile
HelloWorld:
    echo "hello, world"

在这个Makefile脚本中，我们仅编写了一条规则：HelloWorld，它不具有任何依赖，并且只有一条命令：echo "hello, world"。当Make解释器在解释这个脚本时，它将开始如下的工作：

1. 读取这个脚本文件；
2. 构建所有规则的数据结构；
3. 找到最终目标HelloWorld；
4. 发现HelloWorld目标在当前文件系统中不存在（也就不是一个文件），并且没有依赖，因此一定被执行。
5. 执行命令：echo "hello, world"

【运行结果】：

[scott@localhost 0000]$ make
echo "hello, world"
hello, world
[scott@localhost 0000]$ make -f Makefile
echo "hello, world"
hello, world
[scott@localhost 0000]$ make HelloWorld
echo "hello, world"
hello, world
[scott@localhost 0000]$ make -f Makefile HelloWorld
echo "hello, world"
hello, world

四、使用make来编译代码

【示例】：使用make来维护代码

/*
 * foo.h
 */
#ifndef _FOO_H_
#define _FOO_H_

void foo();

#endif

/*
 * foo.c
 */
#include <stdio.h>
#include "foo.h"

void foo()
{
        printf("hello, makefile\n");
}

/*
 * main.c
 */
#include "foo.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
        foo();
        return 0;
}

# Makefile
HelloMakefile.elf: main.o foo.o
        gcc -o HelloMakefile.elf main.o foo.o
                
main.o: main.c
        gcc -c main.c -o main.o

foo.o: foo.c
        gcc -c foo.c -o foo.o

【运行结果】：

[scott@localhost 0000]$ ls
foo.c  foo.h  main.c  Makefile
[scott@localhost 0000]$ make
gcc -c main.c -o main.o
gcc -c foo.c -o foo.o
gcc -o HelloMakefile.elf main.o foo.o
[scott@localhost 0000]$ ls
foo.c  foo.h  foo.o  HelloMakefile.elf  main.c  main.o  Makefile
[scott@localhost 0000]$ ./HelloMakefile.elf 
hello, makefile