嵌入式系统——Makefile基础知识

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一、什么是Makefile

Makefile是项目工程中的编译规则文件，定义了哪些文件先行编译，哪些文件需要后编译，以及文件的链接顺序等编译规则。make是UNIX和Linux系统下执行Makefile文件的命令，源文件到可执行文件的过程称为编译，编译顺序的安排称为构建。
make与Makefile的关系
make是一个命令工具，用来解释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。
cmake是什么
你或许听过好几种 Make 工具，例如 GNU Make ，QT 的 qmake ，微软的 MSnmake，BSD Make（pmake），Makepp等等。这些 Make 工具遵循着不同的规范和标准，所执行的 Makefile 格式也千差万别。这样就带来了一个严峻的问题：如果软件想跨平台，必须要保证能够在不同平台编译。而如果使用上面的 Make 工具，就得为每一种标准写一次 Makefile ，这将是一件让人抓狂的工作。
CMake就是针对上面问题所设计的工具：它首先允许开发者编写一种平台无关的 CMakeList.txt 文件来定制整个编译流程，然后再根据目标用户的平台进一步生成所需的本地化 Makefile 和工程文件，如 Unix 的 Makefile 或 Windows 的 Visual Studio 工程。从而做到“Write once, run everywhere”。显然，CMake 是一个比上述几种 make 更高级的编译配置工具。一些使用 CMake 作为项目架构系统的知名开源项目有 VTK、ITK、KDE、OpenCV、OSG 等。

在 linux 平台下使用 CMake 生成 Makefile 并编译的流程如下：编写 CMake 配置文件CMakeLists.txt ；
执行命令 cmake PATH 或者 ccmake PATH 生成 Makefile。其中， PATH是 CMakeLists.txt 所在的目录。（ccmake 和 cmake 的区别在于前者提供了一个交互式的界面）；
使用 make命令进行编译

二、Makefile基本语法

Makefile基本语法：
目标：依赖
Tab 命令  #注意：一定是要“Tab键”，空格不行

目标：一般指的是待编译的目标，也可以是一个动作
依赖：执行当前目标所要依赖的前提条件，包括其他目标、某个具体文件或库（一个目标可以有多个依赖）
命令：达到该目标需要执行的具体命令，可以为空；也可有多条，多条时，每条命令单独一行

make常用选项

首先，了解一下make命令的基本用法

make [-f file] [options] [target]
执行make命令，默认在当前目录中寻找GUNmakefile、makefile文件，作为make命令的输入文件
 - -f 可指定上述文件名之外的文件作为输入文件
 - -v 显示版本号
 - -n 只输出命令，但并不执行，一般用于调试或测试
 - -s 只执行命令，但不显示具体命令，此处可在命令中用@符号抑制命令输出
 - -w 显示执行前、后的路径
 - -C [dir] 指定makefile的目录
 
 没有指定目标时，默认使用第一目标
 如果指定，则执行对应的命令

常见的make命令

make 按默认配置編译
make -j8           8个进程同时编译,缩短总的时间
make world         编译所有能够编译的(postgresql 经常同时編译文档及附加模块(contrib)
make check         回归测试，用于安装完成后测试功能完整性，不能以 root 身份运行

make install       安装程序
make install-docs  安装文档（info、man手册）
make install-world 安装所有可安装的

make uninstall     删除安装的文件(生成的目录无法删除)

make clean         清除 make 生成的文件，但保留 configure 生成的文件
make distclean     将源码恢复为原始状态，即同时删除 make 与 configure 阶段生成的文件

make -C 指定源文件目录，仅安装程序的特定部分；
        如只安装客户端应用和接口：
		make -C src/bin install; 
		make -C src/include install; 
		make -C src/interfaces install; 
		make -C doc install

三、Makefile变量的引用与赋值

3.1 自定义变量

Makefile文件中的几种赋值与引用方式：=、：= 、？=、+=，赋值操作一般是针对变量的，Makefile中的变量可以任意命名，原则上尽量见名知意。
（1）= 递归式变量赋值，左侧为变量名，右侧为变量的值，优点是变量可以重复多次赋值

xxx@XXX:~/test$ cat Makefile
var1=1
var2=$(var1)
var2=2
print:
	echo $(var2)

xxx@XXX:~$ make
echo 2
2

（2）:= 展开式变量赋值，定义变量时，变量右侧的值立即替换到变量值中，前面的变量不能使用后面的变量，即变量一旦赋值，即使后面再次赋值，也不会覆盖前面定义的变量值

xxx@XXX:~/test$ cat Makefile
var1=012
var2:=$(var1)
var1=345
print:
	echo $(var2)

xxx@XXX:~/test$ make
echo 012
012

（3）?= 条件赋值，用于判断左边的变量是否被赋值过，如果是，不会执行此次赋值操作；如果不是，则给该变量赋值：

xxx@XXX:~/test$ cat Makefile 
var1=012
var2=$(var1)
var2 ?=345
print:
	echo $(var2)
	
xxx@XXX:~/test$ make
echo 012
012

（4）+= 一般用于新增目标文件编译操作，例如：

#新增目标前
objs=main.o add.o
main=$(objs)
#此时需要新增一个sub.o文件
objs=main.o add.o 
objs+=sub.o 
main=$(objs)

3.2 系统变量(自动变量)

常见的自动变量类型

自动变量名	解释说明
$@	表示规则的目标文件名。如果目标是一个文档文件（Linux 中，一般成 .a 文件为文档文件，也称为静态的库文件），那么它代表这个文档的文件名；在多目标模式规则中，它代表的是触发规则被执行的文件名
$%	当目标文件是一个静态库文件时，代表静态库的一个成员名；如果目标文件不是静态库文件，其值为空
$<	规则的第一个依赖的文件名。如果是一个目标文件使用隐含的规则来重建，则它代表由隐含规则加入的第一个依赖文件。
$?	所有比目标文件更新的依赖文件列表，空格分隔。如果目标文件时静态库文件，代表的是库文件（.o 文件）。
$^	代表的是所有依赖文件列表，使用空格分隔。如果目标是静态库文件，它所代表的只能是所有的库成员（.o 文件）名。一个文件可重复的出现在目标的依赖中变量“ $^”只记录它的第一次引用的情况。就是说变量“$ ^”会去掉重复的依赖文件。
$+	类似“$^”，但是它保留了依赖文件中重复出现的文件。主要用在程序链接时库的交叉引用场合。
$*	在模式规则和静态模式规则中，代表“茎”。“茎”是目标模式中“%”所代表的部分（当文件名中存在目录时，“茎”也包含目录部分）。

3.3 系统常量（内置变量）

CURDIR := /home/zht # 记录当前路径
SHELL = /bin/sh
MAKEFILE_LIST :=  Makefile
.DEFAULT_GOAL := all
MAKEFLAGS = p
HOSTARCH := x86_64
CC = cc 		# C语言编译器的名称
CPP = $(CC) -E  # C语言预处理器的名称 $(CC) -E
CXX = g++       # C++语言的编译器名称
RM = rm -f		# 删除文件程序的名称
CFLAGS			# C语言编译器的编译选项，无默认值
CPPFLAGS  		# C语言预处理器的编译选项，无默认值
CXXFLAGS		# C++语言编译器的编译选项，无默认值
......

四、Makefile模式规则

模式规则

模式规则类似于普通规则，只是在模式规则中，目标名中需要包含有模式字符“%”（一个），包含有模式字符“%”的目标被用来匹配一个文件名，“%”可以匹配任何非空字符串。规则的依赖文件中同样可以使用“%”，依赖文件中模式字符“%”的取值情况由目标中的“%”来决定。
例如：对于模式规则“%.o : %.c”，它表示的含义是：所有的.o文件依赖于对应的.c文件。我们可以使用模式规则来定义隐含规则。要注意的是：模式字符“%”的匹配和替换发生在规则中所有变量和函数引用展开之后，变量和函数的展开一般发生在make读取Makefile时，而模式规则中的“%”的匹配和替换则发生在make执行时。

Makefile伪目标

Makefile中存在一种伪目标，我们生成了许多文件编译文件，我们也应该提供一个清除它们的“目标”以备完整地重编译而用。（以“make clean”来使用该目标），调用相应的规则，来清除许多编译的文件(如:*.o文件)因为，我们并不生成“clean”这个文件。“伪目标”并不是一个文件，只是一个标签，由于“伪目标”不是文件，所以make无法生成它的依赖关系和决定它是否要执行。我们只有通过显示地指明这个“目标”才能让其生效。当然，“伪目标”的取名不能和文件名重名，不然其就失去了“伪目标”的意义了。
当然，为了避免和文件重名的这种情况，我们可以使用一个特殊的标记“.PHONY”来显示地指明一个目标是“伪目标”，向make说明，不管是否有这个文件，这个目标就是“伪目标”。
.PHONY : clean
只要有这个声明，不管是否有“clean”文件，要运行“clean”这个目标，只有“make clean”这样。于是整个过程可以这样写：
.PHONY: clean
clean:
rm *.o temp
伪目标一般没有依赖的文件。但是，我们也可以为伪目标指定所依赖的文件。伪目标同样可以作为“默认目标”，只要将其放在第一个。示例，如果你的Makefile需要一口气生成若干个可执行文件，但你只想简单地敲一个make，并且，所有的目标文件都写在一个Makefile中，那么你可以使用“伪目标”这个特性：

  all : prog1 prog2 prog3
    .PHONY : all

    prog1 : prog1.o utils.o
            cc -o prog1 prog1.o utils.o

    prog2 : prog2.o
            cc -o prog2 prog2.o

    prog3 : prog3.o sort.o utils.o
            cc -o prog3 prog3.o sort.o utils.o

五、编译动态链接库

动态链接库：在编译链接时，没有把库文件的代码加入到可执行文件中，在程序执行时由链接文件加载库文件；
Windows静态库：xxx.lib Windows动态库：xxx.dll
linux静态库：libxxx.a linux动态库：libxxx.so
参数：
-fPIC 产生位置无关的代码
-shared 共享
-l（小写L）指定动态库
-I（大写i）指定头文件目录，默认当前目录
-L 手动指定库文件搜索目录，默认只链接共享目录

代码准备

├── dynamic_lib.c
└── dynamic_lib.h
dynamic_lib.c文件：

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

dynamic_lib.h文件：

#pragma onece
int add(int a, int b);

编译

生成动态库文件：

gcc -fPIC -shared dynamic_lib.c -o libdynamic_lib.so

调用动态库文件

编写一个新代码调用动态库：

#include "dynamic_lib.h"
int main()
{
    
    
    int a = 0, b = 2, c;
    c = add(a, b);
    return 0;
}

编译调用：gcc lib_test.c -o lib_test -L ../dynamic_lib/ -ldynamic_lib -I ../dynamic_lib/
注意：指定动态库时要去掉头尾

六、编译静态链接库

代码准备

├── static_lib.c
└── static_lib.h
static_lib.c代码：

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

static_lib.h代码：

#pragma onece
int add(int a, int b);

编译

编译过程分两步，先生成.o文件，然后根据.o文件归档为.a静态库文件
gcc -c static_lib.c
然后归档为静态库文件，这样就生成了静态库libstatic_lib.a
ar crv libstatic_lib.a static_lib.o
ar命令的用法参考：跳转地址

调用静态链接库

测试代码lib_test.c：

#include "static_lib.h"
int main()
{
    
    
    int a = 0, b = 2, c;
    c = add(a, b);
    return 0;
}

编译：gcc lib_test.c -o lib_test -L ../static_lib/ -lstatic_lib -I ../static_lib/