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【转编】makefile - 1

已有 2529 次阅读| 2011-12-20 13:47 |个人分类:Imbeded Software

【前言:】
【hsy75点评】该文是在网络上两片相关文章基础上,这两篇文章,在网上广为流传,然,“阅者虽无数,知音却寥寥”可惜!
真正静下心来仔细研读并加注解的读者甚少。这里就加上自己的理解,写成的,也忘是对原作者的尊重。此外,由于原著无从考究,这里只好链接最初的查询地址,也供本文读者参考。
本文,尝试对make ,以及makefile 的基本概念做一些研究。
【原文前言】
本文主要对 GNU的make进行讲述,环境是RedHat Linux 8.0,make的版本是3.80,这个make是应用最为广泛的,也是用得最多的。而且其还是最遵循于IEEE 1003.2-1992 标准的(POSIX.2)。
在这篇文档中,将以C/C++的源码作为我们基础,所以必然涉及一些关于C/C++的编译的知识,相关于这方面的内容,还请各位查看相关的编译器的文档。这里所默认的编译器是UNIX下的GCC和CC。


概述

什么是makefile?
makefile关系到了整个工程的编译规则。一个工程中的源文件不计数,其按类型、功能、模块分别放在若干个 目录中,makefile定义了一系列的规则来 指定,哪些文件需要先编译,哪些文件需要后编译,哪些文件需要重新编译,甚至于进行更复杂的功能操作,因为 makefile就像一个Shell脚本一样,其中也可以执行操作系统的命令。makefile带来的好处就是——“自动化编译”,一旦写好,只 需要一个make命令,整个工程完全自动编译,极大的提高了软件开发的效率。
什么是make?
make是一个命令工具,是一个解释makefile中指令的命令工具,一般 来说,大多数的IDE都有这个命令,比如:Delphi的make,Visual C++的nmake,Linux下GNU的make。可见,makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。
不同产商的make各不相同,也有不同的语法,但其本质都是在“文件依赖性”上做文章,
【hsy75点评】关键是文件依赖性,其实就是,如何自动选择需要编译过的那些文件和相应的头文件。

程序的编译和链接
一般来说,无论是C、C++、还是pas,首先要把源文件编译成中间代码文件,在Windows下也就是 .obj 文件,UNIX下是 .o 文件,即 Object File,这个动作叫做编译(compile)。然后再把大量的Object File合成执行文件,这个动作叫作链接(link)。编译时,编译器需要的是语法的正确,函 数与变量的声明的正确。对于后者,通常是你需要告诉 编译器头文件的所在位置(头文件中应该只是声明,而定义应该放在C/C++文件中),只要所有的语法正确,编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说,每 个源文件都应该对应于一个中间目标文件(O文件或是OBJ文件)。链接时,主要是链接函数和全局变量,所 以,我们可以使用这些中间目标文件(O文 件或是OBJ文件)来链接我们的应用程序。链接器并不管函数所在的源文件,只管函数的中间目标文件(Object File),在大多数时候,由于源文件太多,编译生成的中间目标文件太多,而在链接时需要明显地指出中间目标文件名,这对于编译很不方便,所以,我们要给 中间目标文件打个包,在Windows下这种包叫“库文件”(Library File),也就是 .lib 文件,在UNIX下,是Archive File,也就是 .a 文件。
总 结一下,源文件首先会生成中间目标文件,再由中间目标文件生成执行文件。在编译时,编译器只检测程序语法,和函 数、变量是否被声明。如果函数未被声明,编译器会给出一个警告,但可以生成Object File。而在链接程序时,链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现,如果找不到,那到就会报链接错误码(Linker Error),在VC下,这种错误一般是:Link 2001错误,意思说是说,链接器未能找到函数的实现。你需要指定函数的Object File.
【hsy75点评】make 除了生成目标文件外,其实也会生成调试文件,具体就看使用者的选择。

Makefile 和 make 例子
make命令执行时,需要一个 Makefile 文件,以告诉make命令需要怎么样的去编译和链接程序。
一、Makefile的规则
在讲述这个Makefile之前,还是让我们先来粗略地看一看Makefile的规则。

target: prereq1 prereq2
commands

The target is the file or thing that must be made. The prerequisites or dependents are those files that must exist before the target can be successfully created. And the commands are those shell commands that will create the target from the prerequisites.
这 是一个文件的依赖关系,也就是说,target这一个或多个的目标文件依赖于prerequisites中的文件,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。这就是 Makefile的规则。也就是Makefile中最核心的内容。

【sample 1】
Here is a rule for compiling a C file, foo.c, into an object file, foo.o:

foo.o: foo.c foo.h
        gcc -c foo.c // 【hsy75案】该makefile 将把foo.c 编译成foo.o -c 当为要编译.c 文件

The target file foo.o appears before the colon. The prerequisites foo.c and foo.h appear after the colon. The command script. usually appears on the following lines and is preceded by a tab character.

【sample 2】
我们用一个示例来说明Makefile的书写规则。以便给大家一个感性认识。这个示例来源于GNU的make使用手册
在这个示例中,我们的工程有8个C文件,和3个头文件,我们要写一个Makefile来告诉make命令如何编译和链接这几个文件。我们的规则是:
1)如果这个工程没有编译过,那么我们的所有C文件都要编译并被链接。
2)如果这个工程的某几个C文件被修改,那么我们只编译被修改的C文件,并链接目标程序。
3)如果这个工程的头文件被改变了,那么我们需要编译引用了这几个头文件的C文件,并链接目标程序。
只要我们的Makefile写得够好,所有的这一切,我们只用一个make命令就可以完成,make命令会自动智能地根据当前的文件修改的情况来确定哪些文件需要重编译,从而自己编译所需要的文件和链接目标程序。

为了完成前面所述的那三个规则,我们的Makefile应该是下面的这个样子的。
edit : main.o kbd.o command.o display.o  insert.o search.o files.o utils.o         
//【hsy75案】这里是第一条rules edit 由那些文件组成,这里是edit 文件相关性定义
cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o   //【hsy75案】这里是commands 定义 -o 意思当为 要编译.o 文件
main.o : main.c defs.h                                                                                                    //【hsy75案】这里是第二条 rules,main.o 的
文件相关性定义
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 buffer.h

cc -c display.c
insert.o : insert.c defs.h buffer.h
cc -c insert.c
search.o : search.c defs.h buffer.h
cc -c search.c
files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
cc -c files.c
utils.o : utils.c defs.h
cc -c utils.c
clean :                                                         // Make clean 定义
rm edit main.o kbd.o command.o display.o
insert.o search.o files.o utils.o
反 斜杠(\)是换行符的意思。这样比较便于Makefile的易读。我们可以把这个内容保存在文件为“Makefile”或“makefile”的文件中,然 后在该目录下直接输入命令“make”就可以生成执行文件edit。如果要删除执行文件和所有的中间目标文件,那么,只要简单地执行一下“make clean”就可以了。在这个makefile中,目标文件(target)包含:执行文件edit和中间目标文件(*.o),依赖文件 (prerequisites)就是冒号后面的那些 .c 文件和 .h文件。每一个 .o 文件都有一组依赖文件,而这些 .o 文件又是执行文件 edit 的依赖文件。依赖关系的实质上就是说明了目标文件是由哪些文件生成的,换言之,目标文件是哪些文件更新的。在定义好依赖关系后,后续的 那一行定义了如何生成目标文件的操作系统命令,一定要以一个Tab键作为开头。记住,make并不管命令是怎么工作的,他只管执行所定义的命令。make 会比较targets文件和prerequisites文件的修改日期,如果prerequisites文件的日期要比targets文件的日期要新,或 者target不存在的话,那么,make就会执行后续定义的命令。这里要说明一点的是,clean不是一个文件,它只不过是一个动作名字,有点 像C语言中的lable一样,其冒号后什么也没有,那么,make就不会自动去找文件的依赖性,也就不会自动执行其后所定义的命令。【hsy75案】这其实是一个辨识的方法而已。要执行其后的命令,就 要在make命令后明显得指出这个lable的名字。这样的方法非常有用,我们可以在一个makefile中定义不用的编译或是和编译无关的命令,比如程 序的打包,程序的备份,等等。

二、make是如何工作的
【hsy75案,英文定义如下】When make is asked to evaluate a rule, it begins by finding the files indicated by the prerequisites and target. If any of the prerequisites has an associated rule, make attempts to update those first. Next, the target file is considered. If any prerequisite is newer than the target, the target is remade by executing the commands. Each command line is passed to the shell and is executed in its own subshell. If any of the commands generates an error, the building of the target is terminated and make exits. One file is considered newer than another if it has been modified more recently.
【作者解释如下】
在默认的方式下,也就是我们只输入make命令。那么,
1、make
notices that the command line contains no targets so it decides to make the default goal,make 命令因为后面没有参数,那么,make 会用省却的目标,会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件。
2、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“edit”这个文件,并把这个文件作为最终的目标文件。
3、如果edit文件不存在,或是edit所依赖的后面的 .o 文件的文件修改时间要比edit这个文件新,那么,他就会自顶向下执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。
4。好,我们假定是第一次编译,那么main.o文件不存在,make会找下一个相关性规则
5.   好,make 发现了,main.c 和 defs.h 没有下一个相关的规则了,而且他们是存在的
6.  于是,make 就执行命令行语句:
cc -c main.c 生成main.o 文件
7.  循环往复,直到生成所有文件
8.  如果中间有一个环节出错,那么make 就报错退出。
7、如果edit所依赖的.o文件也存在,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。
【hsy75案】原著这认为(这有点像一个堆栈的过程),我不赞成这个比喻,按照官方说法,应当是个自顶向下的过程,而不是一个先进后出的过程。This top-down style is common in makefiles. Usually the most general form. of target is specified first in the makefile and the details are left for later.

这 就是整个make的依赖性,make会一层又一层地去找文件的依赖关系,直到最终编译出第一个目标文件。
如果编译命令 -cc 不成功,和make关系不大,因为编译失败,相应的文件就无法生成,那么,make就找不到对应的文件了,英文说,the chain break就是这个道理。make只管文件的依赖性,像clean这种,没有被第一个目标文件直接或间接关联,那么它后面所定义的命令将不会被自动执行,不过,我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”,以此来清除所有的目标文件,以便重编译。
现在,假设我们修改了其中一个源文件,比如file.c,那么根据我们的依赖性,我们的目标file.o会被重编译 (也就是在这个依性关系后面所定义的命令),于是file.o的文件也是最新的,于是file.o的文件修改时间要比edit要新,所以edit也会被 重新链接了(详见edit目标文件后定义的命令)。而如果我们改变了“command.h”,那么,kdb.o、command.o和files.o都会被重编译,并且,edit会被重链接



Ref:
1 http://blog.csdn.net/haoel/article/details/2886#comments

Edition:
1 2008-03-11 13:47:18
2 2011-12-20 13:47:18








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