当项目比较小的时候，我们可以手写gcc编译命令编译源文件，但是当工程稍微大一点，就有点晕了，所以Makefile闪亮登场，用来完成大型工程的编译工作。Makefile中定义了一系列规则，哪些文件先编译，哪些文件后编译，哪些文件需要重新编译，甚至更加复杂的操作，Makefile就像一个shell脚本，包含了一系列的操作，比如编译命令，也可以执行操作系统的命令，Makefile的好处就是自动化编译，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程自动编译。
示例
假设有三个.c文件，两个.h文件，如下所示
/* main.c */
#include <stdio.h>
#include "file1.h"
#include "file2.h"
int main(void)
{
printf("This is main function in main file.\n");
print1();
print2();
return 0;
}
/* file1.c */
#include <stdio.h>
void print1(void)
{
printf("This is print1 function in file1 file.\n");
}
/* file1.h */
#ifndef _FILE_1_H
#define _FILE_1_H
void print1(void);
#endif
/* file2.c */
#include <stdio.h>
void print2(void)
{
printf("This is print2 function in file2 file.\n");
}
/* file2.h */
#ifndef _FILE_2_H
#define _FILE_2_H
void print2(void);
#endif
为了自动编译上述文件，Makefile应该如下所示
main: main.o file1.o file2.o
gcc -o main main.c file1.c file2.c
main.o: main.c file1.h file2.h
gcc -c main.c
file1.o: file1.c file1.h
gcc -c file1.c
file2.o: file2.c file2.h
gcc -c file2.c
clean:
@echo "cleanning project"
rm main *.o
@echo "clean completed"
通过Makefile，只需要在terminal中输入make，就会实现自动编译，生成目标文件以及可执行文件，下面就开始解释下规则
Makefile 规则
target ... : prerequisites ...
command
规则由三部分组成，target(目标)、prerequisites(先决条件)、command(命令)
- target: 个目标文件，可以是 Object File，也可以是执行文件。还可以是一个标签（Label），对于标签这种特性，在后续叙述
- prerequisites: 就是，要生成那个 target 所需要的文件或是目标。
- command: make 需要执行的命令。（任意的 Shell 命令）
也就是说，这是一个文件的依赖关系，target中的目标文件依赖于prerequisites中的问题件，其生成规则定义在command中。说白一点就是说，prerequisites中如果有一个以上的文件比target文件要新的话，command所定义的命令就会被执行。
Makefile是怎样工作的
默认情况下，我们输入make命令
- make 会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件.
- 如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到main这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件，第一个目标为缺省目标。
- 如果 main 文件不存在，或是 main 所依赖的后面的 .o文件的文件修改时间要比 main这个文件新，那么，他就会执行后面所定义的命令来生成 main 这个文件。
- 如果 main 所依赖的.o文件也不存在，那么 make 会在当前文件中找目标为.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
- 当然源文件.c及.h文件都存在，故会生成.o文件，然后生成目标文件即可执行文件main
Makefile就是通过文件的依赖性，完成自动编译的工作，如果在找寻过程中，出现错误，make就会直接退出并报错，而像clean这种目标，没有被第一个目标文件所关联，那么将不会执行，不过可以显示执行，比如输入命令make clean，完成清除工作。
Makefile中使用变量
在Makefile中可以使用变量简化文件，比如Makefile中
main: main.o file1.o file2.o
gcc -o main main.c file1.c file2.c
我们可以使用一个变量带表示obj文件
objects = main.o file1.o file2.o
则上述规则就变为
objects = main.o file1.o file2.o
main: $(objects)
gcc -o main $(objects)
make自动推导
GNU 的 make很强大，它可以自动推导文件以及文件依赖关系后面的命令，于是我们就没必要去在每一个[.o]文件后都写上类似的命令，因为，我们的 make会自动识别，并自己推导命令。
只要 make 看到一个[.o]文件，它就会自动的把[.c]文件加在依赖关系中，如果 make找到一个 whatever.o，那么 whatever.c，就会是 whatever.o 的依赖文件。并且 cc -c whatever.c也会被推导出来，于是，我们的 makefile 再也不用写得这么复杂。我们的是新的 makefile 又出炉了。
objects = main.o file1.o file2.o
main: $(objects)
gcc -o main $(objects)
main.o: file1.h file2.h
file1.o: file1.h
file2.o: file2.h
.PHONY: clean
clean:
@echo "cleanning project"
-rm main *.o
@echo "clean completed"
这种方法，就是make的隐晦规则。
上面的.PHONY表示clean是个伪目标, 伪目标不是一个文件，只是一个标签，所以make无法生成它的依赖关系和决定它是否执行，当然，为了避免和文件重名，使用特殊标记.PHONY显示指明一个目标是伪目标。
命令rm main *.o前面的-表示执行命令的过程中可能某些文件出现问题，但是忽略它，继续做后面的事。
Makefile 组成
- 显示规则：说明了如何生成一个或多个的目标文件，由书写者明显指出，要生成的文件，文件的依赖，生成的命令
- 隐晦规则：make有自动推导的功能，所以隐晦规则可以使我们比较粗略的书写Makefile
- 变量定义：在Makefile中可以定义一系列变量，变量一般都是字符串，有点类似于C语言的宏，当Makefile被执行时，其中的变量都会被扩展到相应的引用位置上
- 文件指示：包括三部分
- 在一个Makefile中引用另一个Makefile，类似于C语言的include
- 根据某些情况指定Makefile中的有效部分，类似于C语言的条件编译
- 定义一个多行的命令
- Makefile只有行注释，#字符，类似于C/C++的//，如果文件中使用#，可以使用转义符#，Makefile中的命令必须以[Tab]键开始
make的工作方式
- 读入所有的 Makefile。
- 读入被 include 的其它 Makefile。
- 初始化文件中的变量。
- 推导隐晦规则，并分析所有规则。
- 为所有的目标文件创建依赖关系链。
- 根据依赖关系，决定哪些目标要重新生成。
- 执行生成命令。
自动生成依赖性
大型工程中可能无法准确得知一个目标的所有依赖文件，并且修改源文件的时候，也要小心的修改Makefile，幸好C/C++编译器支持- M选项，即自动找寻源文件包含的头文件，并生成一个依赖关系。 比如
gcc -M main.c # output: main.o: main.c file1.h file2.h
这样就不必在手动书写若干文件的依赖关系，而是由编译器自动生成，但是如果使用GNU的C/C++编译器，要使用-MM参数，否则会将标准头文件也包含进来
通配符
通配符（wildcard）用来指定一组符合条件的文件名。Makefile 的通配符与 Bash 一致，主要有星号（）、问号（？）和 […] 。比如， .o 表示所有后缀名为o的文件。
使用变量
变量基础
变量在声明时需要给予初值，而在使用时，需要给在变量名前加上 字符，那么你需要用$$来表示
objects = program.o foo.o utils.o
program : $(objects)
变量中的变量
Makefile中有两种方式用变量定义变量的值
= 方法
使用=符号，符号左侧是变量，右侧是变量的值，且右侧变量的值可以定义在文件的任何一处，即可以使用后面定义的值
foo = $(bar)
bar = $(ugh)
ugh = Huh?
all:
echo $(foo)
执行make all命令，会打印变量$(foo)的值为Huh?,可见变量可以使用后面的变量定义
但有一个权问题就是可能会导致无限循环的变量展开，当然make有能力检测这样的定义，并会报错
:=方法
使用:=操作符，但是前面的变量定义不能使用后面的变量，只能使用签名已经定义好了的变量
?=操作符
FOO ?= bar # 表示如果FOO未定义，则为bar，否则什么也不错
+=操作符
objects = main.o foo.o bar.o utils.o
objects += another.o # objects值为 main.o foo.o bar.o utils.o another.o
条件判断
条件表达式的语法为
<conditional-directive>
<text-if-true>
<else>
<text-if-false>
endif
其中表示条件关键字，有四个
- ifeq(, ): 表示值同为真，值异为假
- ifneq (, ): 表示值异为真
- ifdef : 变量值非空，为真
- ifndef : 与上相反
使用函数
函数调用语法
$(<function> <arguments>) 或者${<function> <arguments>}
字符串处理函数
subst
$(subst <from>,<to>,<text>)
字符串替换函数，把字串中的字符串替换成， 返回被替换后的字符串
比如$(subst ee,EE,feet on the street) ==> fEEt on the strEEt
patsubst 函数
$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)
模式字符串替换函数， 查找
shell 函数
Shell函数用来执行shell命令，并将系统命令后的输出作为函数返回。
contents := $(shell cat foo)
注意，这个函数会新生成一个shell程序来执行命令，所以要注意运行性能，不要使用太过复杂的规则
隐含规则
隐含规则是一种惯例，迎来运行我们没有明确的规则，隐含规则会使用一些系统变量，我们可以改变系统变量的值定制隐含规则的运行时参数。
隐晦规则命令变量
| 变量 | 含义 |
|---|---|
| AR | 函数库打开包程序。默认命令是“ar” |
| AS | 汇编语言编译程序。默认命令是“as” |
| CC | C语言编译程序。默认命令是“cc” |
| CXX | C++语言编译程序。默认命令是“g++” |
| CO | 从RCS文件中扩展文件程序。默认命令是“co” |
| CPP | C程序的预处理器（输出是标准输出设备）。默认命令是“$(CC) -E” |
| FC | Fortran和Ratfor的编译器和预处理程序。默认命令是”f77” |
| GET | 从SCCS文件扩展文件的程序。默认命令是“get” |
| LEX | Lex方法分析器程序（针对于C或Ratfor）。默认命令是”lex” |
| PC | Pascal语言编译程序。默认命令是”pc” |
| YACC | Yacc文法分析器（针对C程序）。默认命令是“yacc” |
| YACCR | Yacc文法分析器（针对Ratfor程序）。默认命令是“yacc -r” |
| MAKEINFO | 转换Texinfo源文件(.texi)到info文件程序。默认命令是“makeinfo” |
| TEX | 从TeX源文件创建TeX DVI文件的程序。默认命令是“tex” |
| WEAVE | 转化Web到TeX的程序。默认命令是“weave” |
| TEXI2DVI | 从Texinfo源文件创建TeX DVI文件的程序。默认命令是“texi2dvi” |
| CWEAVE | 转化C Web到TeX的程序。默认命令是“cweave” |
| TANGLE | 转换Web到Pascal语言的程序，默认命令是”tangle“ |
| CTANGLE | 转换C Web到C。默认命令是”ctangle“ |
| RM | 删除文件命令。默认命令是”rm -f“ |
隐晦规则命令参数变量
下面的这些变量都是相关上面命令的参数
| 变量 | 含义 |
|---|---|
| ARFLAGS | 函数库打包程序AR命令的参数。默认值是“rv” |
| ASFLAGS | 汇编语言编译参数（当明显地调用”.s”或”.S”文件时） |
| CFLAGS | C语言编译器参数 |
| CXXFLAGS | C++语言编译器参数 |
| COFLAGS | RCS命令参数 |
| CPPFLAGS | C预处理器参数（C和Fortran编译器也会用到） |
| FFLAGS | Fortran语言编译器参数 |
| GFLAGS | SCCS ”get“程序参数 |
| LDFLAGS | 连接器参数（如“ld”） |
| LFLAGS | Lex文法分析器参数 |
| PFLAGS | Pascal语法编译器参数 |
| RFLAGS | Ratfor程序的Fortran编译器参数 |
| YFLAGS | Yacc文法分析器参数 |
模式规则
模式规则用来定义一个隐含规则，在规则中，需要有%字符，表示一个或多个任意字符，在依赖目标中同样可以使用%,只是依赖目标中的%取值，取决于其目标
%的展开发生在变量和函数的展开之后，变量和函数的展开发生在make载入Makefile时，而模式规则的%发生在运行时
模式规则示例
%.o: %.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $< -o $@
该例表示把所有的[.c]文件都编译成[.o]文件，其中， <表示了所有依赖目标的挨个值。这些奇怪的变量我们叫”自动化变量”，
自动化变量
把模式中所定义的一系列的文件自动的逐个取出，直至所有的符合模式的文件都取完了。
| 变量 | 含义 |
|---|---|
| $@ | 表示规则中的所有目标文件的集合。在模式规则中如果有多个目标，“$@”就是匹配于目标中模式定义的集合 |
| $% | 仅当目标是函数库文件时，表示规则中的目标成员名，如果目标不是函数库文件（UNIX下是.a，Windows是.lib），其值为空。 |
| $< | 依赖目标中的第一个目标名字，如果依赖目标是以模式（即”%“）定义的，则”$<”是符合模式的一系列的文件集 |
| $? | 所有比目标新的依赖目标的集合，以空格分隔 |
| $^ | 所有依赖目标的集合，以空格分隔。如如果在依赖目标中有多个重复的，则自动去除重复的依赖目标，只保留一份 |
| $+ | 同”$^”，也是所有依赖目标的集合，只是它不去除重复的依赖目标。 |
| $* | 目标模式中“%”及其之前的部分 |
| $(@D) | “@”的目录部分（不以斜杠作为结尾），如果”@”中没有包含斜杠，其值为“.”（当前目录） |
| $(@F) | “@”的文件部分，相当于函数”(notdir $@)” |
| $(*D) | 同”$(@D)”，取文件的目录部分 |
| $(*F) | 同”$(@F)”，取文件部分，但不取后缀名 |
| $(%D) | 函数包文件成员的目录部分 |
| $(%F) | 函数包文件成员的文件名部分 |
| $( | 依赖目标中的第一个目标的目录部分 |
| $( | 依赖目标中的第一个目标的文件名部分 |
| $(^D) | 所有依赖目标文件中目录部分（无相同的） |
| $(^F) | 所有依赖目标文件中文件名部分（无相同的） |
| $(+D) | 所有依赖目标文件中的目录部分（可以有相同的） |
| $(+F) | 所有依赖目标文件中的文件名部分（可以有相同的） |
| $(?D) | 所有被更新文件的目录部分 |
| $(?F) | 所有被更新文件的文件名部分 |
Tips
- 文件名最好使用Makefile或者makefile
- 伪目标可以避免和同名文件冲突，并且已知’.PHONY为伪目标，非时间文件，make会跳过隐含规则搜索，会改善性能
- 面试经常问到赋值操作符=和:=的区别
- = ：可以先使用后定义，这就导致makefile 在全部展开后才能决定变量的值，有可能出现循环递归，无法展开的问题
- :=：必须先定义后使用，在当前的位置就可以决定变量的值
由于才疏学浅，可能会有些许遗漏和插座，后续会更正修补