淺談Linux/Unix環(huán)境下的make命令解析

無論是在Linux還是在Unix環(huán)境中，make都是一個非常重要的編譯命令。不管是自己進行項目開發(fā)還是安裝應(yīng)用軟件，我們都經(jīng)常要用到make或 make install。利用make工具，我們可以將大型的開發(fā)項目分解成為多個更易于管理的模塊，對于一個包括幾百個源文件的應(yīng)用程序，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復(fù)雜的相互關(guān)系。而且如此多的源文件，如果每次都要鍵入gcc命令進行編譯的話，那對程序員來說簡直就是一場災(zāi)難。而make工具則可自動完成編譯工作，并且可以只對程序員在上次編譯后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(fā)的效率。同時掌握make和makefile之后，您也不會再面對著Linux下的應(yīng)用軟件手足無措了。
　　但令人遺憾的是，在許多講述Linux應(yīng)用的書籍上都沒有詳細介紹這個功能強大但又非常復(fù)雜的編譯工具。在這里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(guān)系并自動維護編譯工作。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并連接生成可執(zhí)行文件，并要求定義源文件之間的依賴關(guān)系。makefile 文件是許多編譯器--包括 Windows NT 下的編譯器--維護編譯信息的常用方法，只是在集成開發(fā)環(huán)境中，用戶通過友好的界面修改 makefile 文件而已。
　　在 UNIX 系統(tǒng)中，習(xí)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 命令選項指定 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編譯生成，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(shè)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里都有這樣的聲明：
　　#include “defs”
　　那么下面的文檔就描述了這些文件之間的相互聯(lián)系：
　　#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
　　這個描述文檔就是一個簡單的makefile文件。
　　從上面的例子注意到，第一個字符為 # 的行為注釋行。第一個非注釋行指定prog由三個目標文件filea.o、fileb.o和filec.o鏈接生成。第三行描述了如何從prog所依賴的文件建立可執(zhí)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文件在編譯之后又被修改，則 make 工具可自動重新編譯filea.o，如果在前后兩次編譯之間，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(guān)系在多源文件的程序編譯中尤其重要。通過這種依賴關(guān)系的定義，make 工具可避免許多不必要的編譯工作。當然，利用 Shell 腳本也可以達到自動編譯的效果，但是，Shell 腳本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(jù)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(yīng)當編譯哪個源文件。
　　Makefile文件作為一種描述文檔一般需要包含以下內(nèi)容：
　　◆ 宏定義
　　◆ 源文件之間的相互依賴關(guān)系
　　◆ 可執(zhí)行的命令
　　Makefile中允許使用簡單的宏指代源文件及其相關(guān)編譯信息，在Linux中也稱宏為變量。在引用宏時只需在變量前加$符號，但值得注意的是，如果變量名的長度超過一個字符，在引用時就必須加圓括號（）。
　　下面都是有效的宏引用：
　　$（CFLAGS）
　　$2
　　$Z
　　$（Z）
　　其中最后兩個引用是完全一致的。
　　需要注意的是一些宏的預(yù)定義變量，在Unix系統(tǒng)中，$*、$@、$？和$《四個特殊宏的值在執(zhí)行命令的過程中會發(fā)生相應(yīng)的變化，而在GNU make中則定義了更多的預(yù)定義變量。關(guān)于預(yù)定義變量的詳細內(nèi)容，宏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。
　　# 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(zhí)行不帶參數(shù)的make命令，將連接三個目標文件和庫文件LS；但是如果在make命令后帶有新的宏定義：
　　make “LIBES= -LL -LS”
　　則命令行后面的宏定義將覆蓋makefile文件中的宏定義。若LL也是庫文件，此時make命令將連接三個目標文件以及兩個庫文件LS和LL。
　　在Unix系統(tǒng)中沒有對常量NULL作出明確的定義，因此我們要定義NULL字符串時要使用下述宏定義：
　　STRINGNAME=
　　Make命令
　　在make命令后不僅可以出現(xiàn)宏定義，還可以跟其他命令行參數(shù)，這些參數(shù)指定了需要編譯的目標文件。其標準形式為：
　　target1 ［target2 …］：［：］［dependent1 …］［;commands］［#…］
　?。郏╰ab） commands］［#…］
　　方括號中間的部分表示可選項。Targets和dependents當中可以包含字符、數(shù)字、句點和“/”符號。除了引用，commands中不能含有“#”，也不允許換行。
　　在通常的情況下命令行參數(shù)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(guān)系的描述行有關(guān)。如果與目標相關(guān)連的那些描述行指定了相關(guān)的command序列，那么就執(zhí)行這些相關(guān)的command命令，即使在分號和（tab）后面的aommand字段甚至有可能是 NULL。如果那些與目標相關(guān)連的行沒有指定command，那么將調(diào)用系統(tǒng)默認的目標文件生成規(guī)則。
　　如果命令行參數(shù)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(guān)系的行有關(guān)。此時將執(zhí)行那些與目標相關(guān)連的描述行所指向的相關(guān)命令。同時還將執(zhí)行build-in規(guī)則。
　　如果在執(zhí)行command命令時返回了一個非“0”的出錯信號，例如makefile文件中出現(xiàn)了錯誤的目標文件名或者出現(xiàn)了以連字符打頭的命令字符串，make操作一般會就此終止，但如果make后帶有“-i”參數(shù)，則make將忽略此類出錯信號。
　　Make命本身可帶有四種參數(shù)：標志、宏定義、描述文件名和目標文件名。其標準形式為：
　　Make ［flags］ ［macro definitions］ ［targets］
　　Unix系統(tǒng)下標志位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(shù)為“-”符，那么描述文件指向標準輸入。如果沒有“-f”參數(shù)，則系統(tǒng)將默認當前目錄下名為 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的順序搜索 makefile文件。
　　-i 　　忽略命令執(zhí)行返回的出錯信息。
　　-s 　　沉默模式，在執(zhí)行之前不輸出相應(yīng)的命令行信息。
　　-r 　　禁止使用build-in規(guī)則。
　　-n 　　非執(zhí)行模式，輸出所有執(zhí)行命令，但并不執(zhí)行。
　　-t 　　更新目標文件。
　　-q　　 make操作將根據(jù)目標文件是否已經(jīng)更新返回“0”或非“0”的狀態(tài)信息。
　　-p　　 輸出所有宏定義和目標文件描述。
　　-d　　 Debug模式，輸出有關(guān)文件和檢測時間的詳細信息。
　　Linux下make標志位的常用選項與Unix系統(tǒng)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，利用該選項指定搜索目錄。
　　-h 　　help文擋，顯示所有的make選項。
　　-w 　　在處理 makefile 之前和之后，都顯示工作目錄。
　　通過命令行參數(shù)中的target ，可指定make要編譯的目標，并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。如果命令行中沒有指定目標，則系統(tǒng)默認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，可用來清除編譯過程中的中間文件，例如：
　　clean：
　　rm -f *.o
　　運行 make clean 時，將執(zhí)行 rm -f *.o 命令，最終刪除所有編譯過程中產(chǎn)生的所有中間文件。
　　隱含規(guī)則
　　在make 工具中包含有一些內(nèi)置的或隱含的規(guī)則，這些規(guī)則定義了如何從不同的依賴文件建立特定類型的目標。Unix系統(tǒng)通常支持一種基于文件擴展名即文件名后綴的隱含規(guī)則。這種后綴規(guī)則定義了如何將一個具有特定文件名后綴的文件（例如.c文件），轉(zhuǎn)換成為具有另一種文件名后綴的文件（例如.o文件）：
　　.c：.o
　　$（CC） $（CFLAGS） $（CPPFLAGS） -c -o $@ $《
　　系統(tǒng)中默認的常用文件擴展名及其含義為：
　　.o 　目標文件
　　.c 　C源文件
　　.f 　FORTRAN源文件
　　.s 　匯編源文件
　　.y 　Yacc-C源語法
　　.l 　Lex源語法
　　在早期的Unix系統(tǒng)系統(tǒng)中還支持Yacc-C源語法和Lex源語法。在編譯過程中，系統(tǒng)會首先在makefile文件中尋找與目標文件相關(guān)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(zhuǎn)換為.c文件后再編譯生成相應(yīng)的.o文件；如果沒有與目標相關(guān)的.c文件而只有相關(guān)的.y文件，則系統(tǒng)將直接編譯.y文件。
　　而GNU make 除了支持后綴規(guī)則外還支持另一種類型的隱含規(guī)則--模式規(guī)則。這種規(guī)則更加通用，因為可以利用模式規(guī)則定義更加復(fù)雜的依賴性規(guī)則。模式規(guī)則看起來非常類似于正則規(guī)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(guān)系，例如下面的模式規(guī)則定義了如何將任意一個 file.c 文件轉(zhuǎn)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命令的執(zhí)行進行進一步的說明，其中make命令不僅涉及到了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(nèi)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(yīng)象上面一樣定義要求輸出將要執(zhí)行的命令。在執(zhí)行了make命令之后，輸出結(jié)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
　　最后的數(shù)字信息是執(zhí)行“@size make”命令的輸出結(jié)果。之所以只有輸出結(jié)果而沒有相應(yīng)的命令行，是因為“@size make”命令以“@”起始，這個符號禁止打印輸出它所在的命令行。
　　描述文件中的最后幾條命令行在維護編譯信息方面非常有用。其中“print”命令行的作用是打印輸出在執(zhí)行過上次“make print”命令后所有改動過的文件名稱。系統(tǒng)使用一個名為print的0字節(jié)文件來確定執(zhí)行print命令的具體時間，而宏$？則指向那些在print 文件改動過之后進行修改的文件的文件名。如果想要指定執(zhí)行print命令后，將輸出結(jié)果送入某個指定的文件，那么就可修改P的宏定義：
　　make print “P= cat》zap”
　　在Linux中大多數(shù)軟件提供的是源代碼，而不是現(xiàn)成的可執(zhí)行文件，這就要求用戶根據(jù)自己系統(tǒng)的實際情況和自身的需要來配置、編譯源程序后，軟件才能使用。只有掌握了make工具，才能讓我們真正享受到到Linux這個自由軟件世界的帶給我們無窮樂趣。