Linux系统 C/C++编程基础——使用make工具和Makefile实现自动编译
ℹ️大家好，我是练小杰，今天周二了，距离除夕只有６天了，新的一年就快到了😆
本文是有关Linux C/C++编程的make和Makefile实现自动编译相关知识点，后续会不断添加相关内容 ~~
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make工具
make是一个根据依赖关系自动执行命令的工具。它主要用于编译源代码，但也可以用于其他需要根据文件变化自动执行任务的场景。
make通过Makefile文件维护源程序，实现自动编译。
优点
- 可自动化：减少手动编译的繁琐步骤。
- 高效率：只重新编译发生变化的部分，节省时间。
- 可维护性：通过
Makefile集中管理构建过程，便于维护和理解。
基本语法
make [选项] [目标名]
- 主要选项
-f：描述文件，指定make编译所依据的描述文件（Makefile）
-n：只显示生成指定目标的所有执行命令，但并不实际执行。
-p：输出Makefile文件中所有宏定义和目标文件描述。
-d：使用Debug（调试）模式。
-c：指定目录，在读取Makefile之前改变到指定的目录。
make 的工作原理
- 首先解析 Makefile：make 读取 Makefile，构建依赖关系图。
- 然后确定目标：如果没有指定目标，make 默认执行第一个目标（通常是 all）。
- 再检查依赖：对于每个目标，
make检查其依赖是否需要更新。- 最后执行命令：如果依赖有更新或目标不存在，
make执行相应的命令生成目标。
Makefile基础
Makefile是make的配置文件，定义了目标和依赖关系。
Makefile文件通过若干条规则来定义文件依赖关系。每条规则包括目标（target）、条件（prerequisites）和命令（command）三大要素。
配置文件基本结构
如下，是一个简单的Makefile示例
# 定义编译器
CC = gcc
# 定义编译选项
CFLAGS = -Wall -g
# 定义目标可执行文件
TARGET = myprogram
# 定义源文件
SRCS = main.c utils.c
# 生成目标文件列表
OBJS = $(SRCS:.c=.o)
# 默认目标
all: $(TARGET)
# 链接目标文件生成可执行文件
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS)
# 编译 .c 文件生成 .o 文件
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
# 清理生成的文件
clean:
rm -f $(OBJS) $(TARGET)
配置文件说明
-
目标（
Target）：要生成的文件或要执行的操作。例如，all 和 clean 都是目标。 -
依赖（Prerequisites）：生成目标所需的文件或目标。例如，
$(TARGET)依赖于$(OBJS) -
命令（
Commands）：生成目标所需执行的命令。例如，$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS) -
变量（
Variables）：用于存储可复用的字符串。例如，CC存储编译器，CFLAGS存储编译选项。 -
自动变量
$@：指明当前目标 。比如，在%.o: %.c规则中，$@代表.o文件。
$<：指第一个依赖。比如，在%.o: %.c规则中，$<代表.c文件。
$^：指所有依赖。
Makefile文件依赖关系链
- 这里我们通过一个Makefile示例来分析
#第1部分
textedit : main.o input.o output.o command.o files.o tools.o
cc -o textedit main.o input.o output.o command.o /
files.o utils.o
#第2部分
main.o : main.c def.h
cc -c main.c
input.o : input.c def.h command.h
cc -c input.c
output.o : output.c def.h buffer.h
cc -c output.c
command.o : command.c def.h command.h
cc -c command.c
files.o : files.c def.h buffer.h command.h
cc -c files.c
utils.o : tools.c def.h
cc -c tools.c
#第3部分
clean :
rm textedit main.o input.o output.o
rm command.o files.o tools.o
- 下面由一张图了解上述文件的依赖关系
Makefile的编译机制
-
如果该项目没有编译过，也就是没有生成过目标，那么就根据所给的条件来生成目标，所有源文件都要编译并进行连接。
-
如果该项目已经编译过，生成有目标，一旦条件发生变化，则需要重新生成目标。
-
若项目的某些源文件被修改，只编译被修改的源文件，并连接生成目标程序。
-
如果项目的某些头文件改变，则需要编译引用了这些头文件的源文件，并连接生成目标程序。
-
make通过比较目标和条件中的文件的修改日期来识别文件是否被修改。如果条件中的文件的日期要比目标中的文件的日期要新，或者目标不存在，那么make就会执行后续定义的命令。
Makefile的高级特性
Makefile示例修改
#第1部分
objects = main.o input.o output.o command.o files.o utils.o
#第2部分
textedit : $(objects)
cc -o edit $(objects)
#第3部分
main.o : defs.h
input.o : defs.h command.h
command.o : defs.h command.h
output.o : defs.h buffer.h
insert.o : defs.h buffer.h
tools.o : defs.h
#第4部分
.PHONY : clean
clean :
rm edit $(objects)
模式规则
模式规则使用
%通配符，可以匹配多个文件。
- 表示所有
.o文件都依赖于对应的.c文件
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
隐式规则
- make 内置了一些隐式规则，可以使用命令
make -p查看所有内置的隐式规则
比如：
从.c文件生成.o文件的规则。
从.o文件链接生成可执行文件的规则。
伪目标
伪目标并不是一个文件，只是一个标签
使用通配符
make支持通配符：“
*”、“?”和“[...]”，用于代替一系列的文件。
文件包含
在一个Makefile文件中可以引用另一个Makefile文件。
make的工作方式
（1）读入所有的
Makefile文件。
（2）读入被include语句嵌入的其他Makefile文件。
（3）初始化这些文件中的变量。
（4）推导隐式规则，并分析所有规则。
（5）为所有的目标文件创建依赖关系链。
（6）根据依赖关系，决定哪些目标需要重新生成。
（7）执行生成目标的命令。
Autotools自动产生Makefile
Autotools工作原理
- 一个
Autotools项目至少需要一个名为configure的配置脚本和一个名为Makefile.in的Makefile模板。 - 实际上并不需要
Autotools来建立Autotools包，configure是在最基本的Shell（sh）上运行的Shell脚本，它检查用户系统获取每个特征，通过模板写出Makefile文件。 configure在每个目录中创建所有文件，并且在命令行接受几个选项用于在不同的目录中安装文件。
configure产生的Makefile文件
由
configure产生的Makefile文件很标准，它们定义由GNU标准所需的所有标准目标，常用的目标如下所示。
make或make all：创建程序make install：安装程序make distclean：删除由configure产生的所有文件
Autotools工具
-
Autoconf：用于生成configure脚本，检测系统特性和依赖关系。 -
Automake：用于根据Makefile.am文件生成Makefile.in文件。 -
Libtool：用于简化共享库的管理和编译。 -
Autotools 的辅助工具：
Autoheader：用于生成config.h.in
AutoMake： 用于处理Makefile.am中的条件语句。
Autotools应用示例
- 步骤如下
（1）准备源代码。
（2）切换到项目工作目录，执行命令autoscan命令扫描工作目录生成configure.scan文件。
（3）将文件configure.scan重命名为configure.ac，然后再编辑修改这个配置文件。
（4）项目目录下执行aclocal命令，扫描configure.ac文件生成aclocal.m4文件。
（5）项目目录下执行autoconf命令生成configure文件。
（6）项目目录下执行autoheader命令生成config.h.in文件。
（7）项目目录下创建一个Makefile.am文件，供automake工具根据configure.in中的参数将Makefile.am转换成Makefile.in文件。
（8）在项目目录下执行automake命令生成Makefile.in文件。通常要使用选项--add-missing让automake自动添加一些必需的脚本文件。
（9）在项目目录下执行./congigure命令，基于Makefile.in生成最终的Makefile文件。该命令将一些配置参数添加到Makefile文件中。
（10）在项目目录下执行make命令，基于Makefile文件编译源代码文件并生成可执行文件。
（11）在项目目录下执行make install命令将编译后的软件包安装到系统中。
（12）如果要对外发布，可以在项目目录下执行make dist命令将程序和相关的文档打包为一个压缩文档。
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