Makefile(超详细一文读懂)

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Makefile 是用于管理项目构建过程的工具，广泛用于 C/C++ 等语言的编译。它通过定义规则和指令，自动化编译、链接等步骤，大大简化了开发者的工作。下面将详细介绍 Makefile 的基本概念、语法规则以及一些高级用法。

1. Makefile 的基本概念

Makefile 是 make 命令所读取的配置文件，包含了构建项目的规则。其主要作用是检查项目文件的依赖关系，自动执行必要的命令，从而更新目标文件。一般来说，Makefile 主要包括以下三部分内容：

• 目标（Target）：需要生成的文件，例如可执行文件。
• 依赖（Dependencies）：生成目标所依赖的文件或目标。
• 命令（Commands）：构建目标时需要执行的命令。

2. Makefile 的基本语法

Makefile 的基本语法由规则（rule）组成，基本格式如下：

target: dependencies command 

• target：目标文件，可以是一个目标文件或一个动作名称（例如：all, clean）。
• dependencies：生成目标所依赖的文件或其他目标。
• command：构建目标的命令，必须以 Tab 键开头。

示例：

main.o: main.cpp g++ -c main.cpp -o main.o 

上述规则表示，当 main.o 文件不存在或 main.cpp 被修改后，执行命令 g++ -c main.cpp -o main.o 来生成 main.o。

3. Makefile 的工作原理

make 会根据 Makefile 中的规则，依次检查目标文件的时间戳和依赖文件的时间戳。如果依赖文件的时间戳比目标文件新，或者目标文件不存在，make 就会执行对应的命令来更新目标文件。make 会递归检查依赖关系，直到所有目标都更新完成。

4. 变量的使用

Makefile 支持定义变量，可以简化重复的命令。变量的定义格式为：

VARIABLE_NAME = value 

在引用变量时使用 $(VARIABLE_NAME)，如：

CC = g++ CFLAGS = -Wall -g main.o: main.cpp $(CC) $(CFLAGS) -c main.cpp -o main.o 

上述例子中，使用变量 $(CC) 和 $(CFLAGS) 来替代具体的编译器(g++)和编译选项(-wall -g)。

5. 常用的内置变量

• $@：表示目标文件。
• $^：表示所有的依赖文件。
• $<：表示第一个依赖文件。

示例：

main: main.o utils.o $(CC) -o $@ $^ 

在这里，$@ 表示目标文件 main，$^ 表示所有的依赖文件 main.o 和 utils.o。

6. 伪目标

伪目标（phony targets）并不是文件，而是一种命令名称，可以用于执行一些常见的操作，如清理构建文件。它们通常定义为：

.PHONY: clean clean: rm -f *.o main 

clean 是一个伪目标，用于删除中间文件和可执行文件。

makefile编写方式

说明

假设有如下文件：

add.c、div.c、multi.c、sub.c 和 main.c，每个文件分别实现加法、除法、乘法、减法以及主程序：

add.c

// add.c #include "operations.h" int add(int a, int b) { return a + b; } 

div.c

// div.c #include "operations.h" int divide(int a, int b) { if (b == 0) { // Handle division by zero error return 0; } return a / b; } 

multi.c

// multi.c #include "operations.h" int multiply(int a, int b) { return a * b; } 

sub.c

// sub.c #include "operations.h" int subtract(int a, int b) { return a - b; } 

operations.h

// operations.h #ifndef OPERATIONS_H #define OPERATIONS_H int add(int a, int b); int divide(int a, int b); int multiply(int a, int b); int subtract(int a, int b); #endif 

main.c

// main.c #include <stdio.h> #include "operations.h" int main() { int a = 10, b = 5; printf("Addition: %d + %d = %d\n", a, b, add(a, b)); printf("Subtraction: %d - %d = %d\n", a, b, subtract(a, b)); printf("Multiplication: %d * %d = %d\n", a, b, multiply(a, b)); printf("Division: %d / %d = %d\n", a, b, divide(a, b)); return 0; } 

项目目录结构如下：

project/ ├── Makefile ├── add.c ├── div.c ├── sub.c ├── operations.h ├── main.c

方式一：Makefile+直接编译链接（不推荐）

Makefile文件内容如下：

app:add.c div.c multi.c sub.c main.c gcc add.c div.c multi.c sub.c main.c -o app

运行指令：

make

./app

运行结果：

Addition: 10 + 5 = 15 Subtraction: 10 - 5 = 5 Multiplication: 10 * 5 = 50 Division: 10 / 5 = 2 

方式二：Makefile+编译+链接

Makefile文件内容如下：

app:add.o div.o multi.o sub.o main.o gcc add.o div.o multi.o sub.o main.o -o app add.o:add.c gcc -c add.c -o add.o div.o:div.c gcc -c div.c -o div.o multi.o:multi.c gcc -c multi.c -o multi.o sub.o:sub.c gcc -c sub.c -o sub.o main.o:main.c gcc -c main.c -o main.o

运行指令：

make

运行结果：

gcc -c add.c -o add.o gcc -c div.c -o div.o gcc -c main.c -o main.o cc -c -o multi.o multi.c gcc -c sub.c -o sub.o gcc add.o div.o main.o multi.o sub.o -o app 

运行指令：

Addition: 10 + 5 = 15 Subtraction: 10 - 5 = 5 Multiplication: 10 * 5 = 50 Division: 10 / 5 = 2 

方式三：Makefile+变量

知识点

• 自定义变量：变量名=变量值，如var=hello
• 预定义变量
  • AR : 归档维护程序的名称，默认值为 ar
  • CC : C 编译器的名称，默认值为 cc
  • CXX : C++ 编译器的名称，默认值为 g++
  • $@ : 目标的完整名称
  • $< : 第一个依赖文件的名称
  • $^: 所有的依赖文件

Makefile文件内容如下：

src=add.o div.o multi.o sub.o main.o target=app $(target):$(src) $(CC) $^ -o $@ add.o:add.c $(CC) -c $^ -o $@ div.o:div.c $(CC) -c $^ -o $@ multi.o:multi.c $(CC) -c $^ -o $@ sub.o:sub.c $(CC) -c $^ -o $@ main.o:main.c $(CC) -c $^ -o $@

运行指令

make

运行结果：

cc -c add.c -o add.o cc -c div.c -o div.o cc -c multi.c -o multi.o cc -c sub.c -o sub.o cc -c main.c -o main.o cc add.o div.o multi.o sub.o main.o -o app 

运行指令

Addition: 10 + 5 = 15 Subtraction: 10 - 5 = 5 Multiplication: 10 * 5 = 50 Division: 10 / 5 = 2 

方式四：Makefile+模式匹配

知识点

当所要编译的文件过多时，使用模式匹配能够简化操作

模式匹配规则

%.o: %.c $(CC) -c $< -o $@ 

• %.o: %.c：这是一个通用规则（模式匹配规则），表示如何将任意 .c 文件编译为对应的 .o 文件。% 是一个通配符，表示任意文件的前缀，例如，add.c 编译为 add.o。
• $(CC) -c $< -o $@：
  • -c：告诉编译器只编译，不链接。
  • $<：自动变量，表示第一个依赖文件（在这里是匹配的 .c 文件，如 add.c、div.c 等）。
  • -o $@：$@ 是目标文件（这里是 .o 文件），例如，将 add.c 编译为 add.o。

Makefile文件内容如下：

src=add.o div.o multi.o sub.o main.o target=app $(target):$(src) $(CC) $^ -o $@ %.o:%.c $(CC) -c $< -o $@

方法五：Makefile + 函数

知识点

• $(wildcard PATTERN...)
  • 功能：获取指定目录下指定类型的文件列表
  • 参数：PATTERN 指的是某个或多个目录下的对应的某种类型的文件，如果有多个目录，一般使用空格间隔
  • 返回：得到的若干个文件的文件列表，文件名之间使用空格间隔

$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

• 功能：查找<text>中的单词(单词以“空格”、“Tab”或“回车”“换行”分隔)是否符合模式<pattern>，如果匹配的话，则以<replacement>替换
• <pattern>可以包括通配符%，表示任意长度的字串。如果<replacement>中也包含%，那么，<replacement>中的这个%将是<pattern>中的那个%所代表的字串。(可以用\来转义，以\%来表示真实含义的%字符)
• 返回：函数返回被替换过后的字符串

代码示例:

代码示例：

以下是一个简单的 Makefile 示例，适用于一个包含多个源文件的 C++ 项目。假设项目目录结构如下：

project/ ├── Makefile ├── main.cpp ├── utils.cpp ├── utils.h 

Makefile 内容如下：

# Compiler CXX = g++ # Compiler flags CXXFLAGS = -Wall -std=c++17 # Source files SRCS = main.cpp utils.cpp # Object files (replace .cpp with .o) OBJS = $(SRCS:.cpp=.o) # Output executable name TARGET = app # Default rule to build the target all: $(TARGET) # Rule to link object files into the executable $(TARGET): $(OBJS) $(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS) # Rule to compile source files into object files %.o: %.cpp $(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@ # Clean rule to remove object files and executable clean: rm -f $(OBJS) $(TARGET) # Phony targets to avoid conflicts with file names .PHONY: all clean 

代码详解：

CXX = g++ CXXFLAGS = -Wall -std=c++17 

• CXX = g++: 定义了编译器使用 g++。
• CXXFLAGS = -Wall -std=c++17: 设置编译选项：
  • -Wall: 启用所有常见的编译警告，有助于发现潜在的错误。
  • -std=c++17: 指定使用 C++17 标准。

SRCS = main.cpp utils.cpp OBJS = $(SRCS:.cpp=.o) 

• SRCS = main.cpp utils.cpp: 定义了项目中所有的源文件。
• OBJS = $(SRCS:.cpp=.o): 使用 Makefile 的模式替换功能，将 .cpp 文件名替换为 .o，生成对象文件列表。$(SRCS:.cpp=.o) 表示将 SRCS 中的所有 .cpp 文件转换为 .o 文件。

TARGET = app 

TARGET = app: 指定编译生成的可执行文件的名称为 app。

all: $(TARGET) 

all: $(TARGET): 这是默认目标。当你在命令行中运行 make 时，默认执行 all 规则。它会依赖于 $(TARGET)，即生成指定的目标可执行文件。

$(TARGET): $(OBJS) $(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS) 

• $(TARGET): $(OBJS): 定义如何生成目标文件（app）。它依赖于所有的对象文件 $(OBJS)。
• $(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS): 使用指定的编译器和编译选项，将对象文件 $(OBJS) 链接成可执行文件 app。

%.o: %.cpp $(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@ 

• %.o: %.cpp: 定义一个通用规则，表示如何将任意 .cpp 文件编译为对应的 .o 文件。
• $(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@: 使用编译器选项 $(CXXFLAGS)，将源文件（$< 表示依赖文件，即 .cpp 文件）编译成目标文件（$@ 表示目标文件，即 .o 文件）。

clean: rm -f $(OBJS) $(TARGET) 

• clean:: 定义一个名为 clean 的规则，用于删除编译生成的文件。
• rm -f $(OBJS) $(TARGET): 删除对象文件（$(OBJS)）和可执行文件（$(TARGET)）。-f 选项用于强制删除并忽略不存在的文件。

.PHONY: all clean

>PHONY: all clean:声明all和clean为目标，以避免与同名文件发生冲突。即使当前目录中存在名为all或clean的文件，make也不会将它们作为目标文件来处理。

main.cpp内容如下：

#include <iostream> #include "utils.h" int main() { std::string name = "World"; printGreeting(name); return 0; } 

utils.cpp内容如下：

#include <iostream> #include "utils.h" void printGreeting(const std::string& name) { std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl; } 

utils.h内容如下：

#ifndef UTILS_H #define UTILS_H #include <string> // Function declaration void printGreeting(const std::string& name); #endif // UTILS_H 

如何编译和运行

1.使用前面提供的 Makefile，在项目根目录下执行 make。

make

2.生成的可执行文件名为 app，运行它：

./app 

这将输出：

\Hello, World!