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浅谈 Make 命令

代码变成可执行文件，叫做编译（compile）；先编译这个，还是先编译那个（即编译的安排），叫做构建（build）。

Make 是最常用的构建工具，诞生于1977年，主要用于C语言的项目。但是实际上，任何只要某个文件有变化，就要重新构建的项目，都可以用Make构建。

本文介绍Make命令的用法，从简单的讲起，不需要任何基础，只要会使用命令行，就能看懂。我的参考资料主要是Isaac Schlueter的《Makefile文件教程》和《GNU Make手册》。

浅谈 Make 命令

（题图：摄于博兹贾阿达岛，土耳其，2013年7月）

一、Make的概念

Make这个词，英语的意思是"制作"。Make命令直接用了这个意思，就是要做出某个文件。比如，要做出文件a.txt，就可以执行下面的命令。

 $ make a.txt

但是，如果你真的输入这条命令，它并不会起作用。因为Make命令本身并不知道，如何做出a.txt，需要有人告诉它，如何调用其他命令完成这个目标。

比如，假设文件 a.txt 依赖于 b.txt 和 c.txt ，是后面两个文件连接（cat命令）的产物。那么，make 需要知道下面的规则。

 a.txt: b.txt c.txt     cat b.txt c.txt > a.txt

也就是说，make a.txt 这条命令的背后，实际上分成两步：第一步，确认 b.txt 和 c.txt 必须已经存在，第二步使用 cat 命令将这个两个文件合并，输出为新文件。

像这样的规则，都写在一个叫做Makefile的文件中，Make命令依赖这个文件进行构建。Makefile文件也可以写为makefile，或者用命令行参数指定为其他文件名。

 $ make -f rules.txt # 或者 $ make --file=rules.txt

上面代码指定make命令依据rules.txt文件中的规则，进行构建。

总之，make只是一个根据指定的Shell命令进行构建的工具。它的规则很简单，你规定要构建哪个文件、它依赖哪些源文件，当那些文件有变动时，如何重新构建它。

二、Makefile文件的格式

构建规则都写在Makefile文件里面，要学会如何Make命令，就必须学会如何编写Makefile文件。

2.1 概述

Makefile文件由一系列规则（rules）构成。每条规则的形式如下。

 <target> : <prerequisites>  [tab]  <commands>

上面第一行冒号前面的部分，叫做"目标"（target），冒号后面的部分叫做"前置条件"（prerequisites）；第二行必须由一个tab键起首，后面跟着"命令"（commands）。

"目标"是必需的，不可省略；"前置条件"和"命令"都是可选的，但是两者之中必须至少存在一个。

每条规则就明确两件事：构建目标的前置条件是什么，以及如何构建。下面就详细讲解，每条规则的这三个组成部分。

2.2 目标（target）

一个目标（target）就构成一条规则。目标通常是文件名，指明Make命令所要构建的对象，比如上文的 a.txt 。目标可以是一个文件名，也可以是多个文件名，之间用空格分隔。

除了文件名，目标还可以是某个操作的名字，这称为"伪目标"（phony target）。

 clean:       rm *.o

上面代码的目标是clean，它不是文件名，而是一个操作的名字，属于"伪目标 "，作用是删除对象文件。

 $ make  clean

但是，如果当前目录中，正好有一个文件叫做clean，那么这个命令不会执行。因为Make发现clean文件已经存在，就认为没有必要重新构建了，就不会执行指定的rm命令。

为了避免这种情况，可以明确声明clean是"伪目标"，写法如下。

 .PHONY: clean clean:         rm *.o temp

声明clean是"伪目标"之后，make就不会去检查是否存在一个叫做clean的文件，而是每次运行都执行对应的命令。像.PHONY这样的内置目标名还有不少，可以查看手册。

如果Make命令运行时没有指定目标，默认会执行Makefile文件的第一个目标。

 $ make

上面代码执行Makefile文件的第一个目标。

2.3 前置条件（prerequisites）

前置条件通常是一组文件名，之间用空格分隔。它指定了"目标"是否重新构建的判断标准：只要有一个前置文件不存在，或者有过更新（前置文件的last-modification时间戳比目标的时间戳新），"目标"就需要重新构建。

 result.txt: source.txt     cp source.txt result.txt

上面代码中，构建 result.txt 的前置条件是 source.txt 。如果当前目录中，source.txt 已经存在，那么 make result.txt 可以正常运行，否则必须再写一条规则，来生成 source.txt 。

 source.txt:     echo "this is the source" > source.txt

上面代码中，source.txt后面没有前置条件，就意味着它跟其他文件都无关，只要这个文件还不存在，每次调用 make source.txt ，它都会生成。

 $ make result.txt $ make result.txt

上面命令连续执行两次 make result.txt 。第一次执行会先新建 source.txt，然后再新建 result.txt。第二次执行，Make发现 source.txt 没有变动（时间戳晚于 result.txt），就不会执行任何操作，result.txt 也不会重新生成。

如果需要生成多个文件，往往采用下面的写法。

 source: file1 file2 file3

上面代码中，source 是一个伪目标，只有三个前置文件，没有任何对应的命令。

 $ make source

执行 make source 命令后，就会一次性生成 file1，file2，file3 三个文件。这比下面的写法要方便很多。

 $ make file1 $ make file2 $ make file3

2.4 命令（commands）

命令（commands）表示如何更新目标文件，由一行或多行的Shell命令组成。它是构建"目标"的具体指令，它的运行结果通常就是生成目标文件。

每行命令之前必须有一个tab键。如果想用其他键，可以用内置变量.RECIPEPREFIX声明。

 .RECIPEPREFIX = > all: > echo Hello, world

上面代码用.RECIPEPREFIX指定，大于号（>）替代tab键。所以，每一行命令的起首变成了大于号，而不是tab键。

需要注意的是，每行命令在一个单独的shell中执行。这些Shell之间没有继承关系。

 var-lost:     export foo=bar     echo "foo=[$$foo]"

上面代码执行后（ make var-lost ），取不到foo的值。因为两行命令在两个不同的进程执行。一个解决办法是将两行命令写在一行，中间用分号分隔。

 var-kept:     export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

另一个解决办法是在换行符前加反斜杠转义。

 var-kept:     export foo=bar; /     echo "foo=[$$foo]"

最后一个方法是加上 .ONESHELL: 命令。

 .ONESHELL: var-kept:     export foo=bar;      echo "foo=[$$foo]"

三、Makefile文件的语法

3.1 注释

井号（#）在Makefile中表示注释。

 # 这是注释 result.txt: source.txt     # 这是注释     cp source.txt result.txt # 这也是注释

3.2 回声（echoing）

正常情况下，make会打印每条命令，然后再执行，这就叫做回声（echoing）。

 test:     # 这是测试

执行上面的规则，会得到下面的结果。

 $ make test # 这是测试

在命令的前面加上@，就可以关闭回声。

 test:     @# 这是测试

现在再执行 make test ，就不会有任何输出。

由于在构建过程中，需要了解当前在执行哪条命令，所以通常只在注释和纯显示的echo命令前面加上@。

 test:     @# 这是测试     @echo TODO

3.3 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。

 clean:         rm -f *.o

3.4 模式匹配

Make命令允许对文件名，进行类似正则运算的匹配，主要用到的匹配符是%。比如，假定当前目录下有 f1.c 和 f2.c 两个源码文件，需要将它们编译为对应的对象文件。

 %.o: %.c

等同于下面的写法。

 f1.o: f1.c f2.o: f2.c

使用匹配符%，可以将大量同类型的文件，只用一条规则就完成构建。

3.5 变量和赋值符

Makefile 允许使用等号自定义变量。

 txt = Hello World test:     @echo $(txt)

上面代码中，变量 txt 等于 Hello World。调用时，变量需要放在 $( ) 之中。

调用Shell变量，需要在美元符号前，再加一个美元符号，这是因为Make命令会对美元符号转义。

 test:     @echo $$HOME

有时，变量的值可能指向另一个变量。

 v1 = $(v2)

上面代码中，变量 v1 的值是另一个变量 v2。这时会产生一个问题，v1 的值到底在定义时扩展（静态扩展），还是在运行时扩展（动态扩展）？如果 v2 的值是动态的，这两种扩展方式的结果可能会差异很大。

为了解决类似问题，Makefile一共提供了四个赋值运算符（=、:=、？=、+=），它们的区别请看 StackOverflow 。

 VARIABLE = value # 在执行时扩展，允许递归扩展。  VARIABLE := value # 在定义时扩展。  VARIABLE ?= value # 只有在该变量为空时才设置值。  VARIABLE += value # 将值追加到变量的尾端。

3.6 内置变量（Implicit Variables）

Make命令提供一系列内置变量，比如，$(CC) 指向当前使用的编译器，$(MAKE) 指向当前使用的Make工具。这主要是为了跨平台的兼容性，详细的内置变量清单见手册。

 output:     $(CC) -o output input.c

3.7 自动变量（Automatic Variables）

Make命令还提供一些自动变量，它们的值与当前规则有关。主要有以下几个。

（1）$@

$@指代当前目标，就是Make命令当前构建的那个目标。比如， make foo 的 $@ 就指代foo。

 a.txt b.txt:      touch $@

等同于下面的写法。

 a.txt:     touch a.txt b.txt:     touch b.txt

（2）$<

$< 指代第一个前置条件。比如，规则为 t: p1 p2，那么$< 就指代p1。

 a.txt: b.txt c.txt     cp $< $@

等同于下面的写法。

 a.txt: b.txt c.txt     cp b.txt a.txt

（3）$?

$? 指代比目标更新的所有前置条件，之间以空格分隔。比如，规则为 t: p1 p2，其中 p2 的时间戳比 t 新，$?就指代p2。

（4）$^

$^ 指代所有前置条件，之间以空格分隔。比如，规则为 t: p1 p2，那么 $^ 就指代 p1 p2 。

（5）$*

$* 指代匹配符 % 匹配的部分，比如% 匹配 f1.txt 中的f1 ，$* 就表示 f1。

（6）$(@D) 和 $(@F)

$(@D) 和 $(@F) 分别指向 $@ 的目录名和文件名。比如，$@是 src/input.c，那么$(@D) 的值为 src ，$(@F) 的值为 input.c。

（7）$(<D) 和 $(<F)

$(<D) 和 $(<F) 分别指向 $< 的目录名和文件名。

所有的自动变量清单，请看手册。下面是自动变量的一个例子。

 dest/%.txt: src/%.txt     @[ -d dest ] || mkdir dest     cp $< $@

上面代码将 src 目录下的 txt 文件，拷贝到 dest 目录下。首先判断 dest 目录是否存在，如果不存在就新建，然后，$< 指代前置文件（src/%.txt）， $@ 指代目标文件（dest/%.txt）。

3.8 判断和循环

Makefile使用 Bash 语法，完成判断和循环。

 ifeq ($(CC),gcc)   libs=$(libs_for_gcc) else   libs=$(normal_libs) endif

上面代码判断当前编译器是否 gcc ，然后指定不同的库文件。

 LIST = one two three all:  for i in $(LIST); do /   echo $$i; /  done # 等同于 all:  for i in one two three; do /   echo $i; /  done

上面代码的运行结果。

 one two three

3.9 函数

Makefile 还可以使用函数，格式如下。

 $(function arguments) # 或者 ${function arguments}

Makefile提供了许多内置函数，可供调用。下面是几个常用的内置函数。

（1）shell 函数

shell 函数用来执行 shell 命令

 srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)

（2）wildcard 函数

wildcard 函数用来在 Makefile 中，替换 Bash 的通配符。

 srcfiles := $(wildcard src/*.txt)

（3）subst 函数

subst 函数用来文本替换，格式如下。

 $(subst from,to,text)

下面的例子将字符串"feet on the street"替换成"fEEt on the strEEt"。

 $(subst ee,EE,feet on the street)

下面是一个稍微复杂的例子。

 comma:= , empty:= # space变量用两个空变量作为标识符，当中是一个空格 space:= $(empty) $(empty) foo:= a b c bar:= $(subst $(space),$(comma),$(foo)) # bar is now `a,b,c'.

（4）patsubst函数

patsubst 函数用于模式匹配的替换，格式如下。

 $(patsubst pattern,replacement,text)

下面的例子将文件名"x.c.c bar.c"，替换成"x.c.o bar.o"。

 $(patsubst %.c,%.o,x.c.c bar.c)

（5）替换后缀名

替换后缀名函数的写法是：变量名 + 冒号 + 后缀名替换规则。它实际上patsubst函数的一种简写形式。

 min: $(OUTPUT:.js=.min.js)

上面代码的意思是，将变量OUTPUT中的后缀名 .js 全部替换成 .min.js 。

四、Makefile 的实例

（1）执行多个目标

 .PHONY: cleanall cleanobj cleandiff cleanall : cleanobj cleandiff  rm program cleanobj :  rm *.o cleandiff :  rm *.diff

上面代码可以调用不同目标，删除不同后缀名的文件，也可以调用一个目标（cleanall），删除所有指定类型的文件。

（2）编译C语言项目

 edit : main.o kbd.o command.o display.o   cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o main.o : main.c defs.h  cc -c main.c kbd.o : kbd.c defs.h command.h  cc -c kbd.c command.o : command.c defs.h command.h  cc -c command.c display.o : display.c defs.h  cc -c display.c clean :   rm edit main.o kbd.o command.o display.o .PHONY: edit clean