今天抽空研究了下 Makefile，在這里整理一下各處搜到的資料，以備將來復習時快速上手，同時也幫助和我一樣的初學者們節(jié)約時間。

首先，假設我們有如下幾個代碼文件：main.cpp functions.h function1.cpp function2.cpp

--- functions.h ---// functions.hvoid print_hello();int factorial(int n);--- function1.cpp ---// function1.cpp#include "functions.h"int factorial(int n){ if (n!=1) return n*factorial(n-1); else return 1;}--- function2.cpp ---//function2.cpp#include<iostream>#include "functions.h"void print_hello(){ std::cout << "hello world" << std::endl;}--- main.cpp ---//main.cpp# include<iostream># include "functions.h"
int main(){ print_hello(); std::cout << "this is main" << std::endl; std::cout << "The factorial of 5 is " << factorial(5) << std::endl; return 0;}

如果不用 makefile，則需要按照下面的方式編譯上述代碼：

g++ -c function1.cppg++ -c function2.cppg++ -c main.cppg++ -o hello main.o function1.o function2.o

其中，g++ -c function1.cpp 會將源碼編譯成名為 function1.o 對象文件。如果不想采用默認的命名，也可以自定義文件名，例如：

g++ -c function1.cpp -o fun1.o

也可以用一行命令整合編譯、鏈接的步驟：

g++ -o hello main.cpp function1.cpp function2.cpp

首先需要確定 Makefile 的名字，需要設置成 Makefile 或者 makefile，而不能是其它版本（MakeFile, Make_file, makeFile,... )。其次，需要注意的是 Makefile 是縮進敏感的，在行首一定不能隨便打空格。下面我們看一下第一版 Makefile。

# Makefile (#號為注釋)all: g++ -o hello main.cpp function1.cpp function2.cppclean: rm -rf *.o hello

（注意上面代碼片段的縮進，是一個<tab>而不是4個或者8個空格。）

其中 all 、clean的術(shù)語為 target，我也可以隨意指定一個名字，例如 abc，真正執(zhí)行編譯的是它下面縮進行的命令。我們可以看到，這個命令和我們在命令行中手動敲的沒有任何區(qū)別。因此，通過這個簡單的 Makefile，就可以省去了每次手動敲命令的痛苦：只需要在命令行敲下 make 回車，即可完成編譯。

clean 表示清除編譯結(jié)果，它下方就是普通的命令行刪除文件命令。命令行輸入 make 將默認執(zhí)行第一個 target （即 all）下方的命令；如要執(zhí)行清理操作，則需要輸入 make clean，指定執(zhí)行 clean 這個 target 下方的命令。

這個 Makefile 雖然可以省去敲命令的痛苦，卻無法選擇性編譯源碼。因為我們把所有源文件都一股腦塞進了一條命令，每次都要編譯整個工程，很浪費時間。第二版 Makefile 將解決這個問題。

第二版Makefile

既然我們希望能夠選擇性地編譯源文件，就不能像上一節(jié)那樣把所有源文件放在一條命令里編譯了，而是要分開寫：

all: hellohello: main.o function1.o function2.o g++ main.o function1.o function2.o -o hellomain.o: main.cpp g++ -c main.cppfunction1.o: function1.cpp g++ -c function1.cppfunction2.o: function2.cpp g++ -c function2.cpp
clean: rm -rf *.o hello

上面的 Makefile 包含了一條重要的語法：<target>:<dependencies>。即，目標：目標依賴的文件。

順著代碼捋一下邏輯：

1. 命令行輸入 make ，將默認執(zhí)行 all 這個 target；

2. 而 all 這個 target 依賴于 hello，hello 在當前目錄下并不存在，于是程序開始往下讀取命令..……終于找到了 hello 這個 target；

3. 正待執(zhí)行 hello 這個 target 的時候，卻發(fā)現(xiàn)它依賴于 main.o，function1.o，function2.o 這三個文件，而它們在當前目錄下都不存在，于是程序繼續(xù)向下執(zhí)行；

4. 遇到 main.o target，它依賴于 main.cpp。而 main.cpp 是當前目錄下存在的文件，終于可以編譯了，生成 main.o 對象文件。后面兩個函數(shù)以此類推，都編譯好之后，再回到 hello target，連接各種二進制文件，生成 hello 文件。

第一次編譯的時候，命令行會輸出：

g++ -c main.cppg++ -c function1.cppg++ -c function2.cppg++ main.o function1.o function2.o -o hello

證明所有的源碼都被編譯了一遍。假如我們對 main.cpp 做一點修改，再重新 make（重新 make 前不要 make clean），則命令行只會顯示：

g++ -c main.cppg++ main.o function1.o function2.o -o hello

這樣，我們就發(fā)揮出 Makefile 選擇性編譯的功能了。下面，將介紹如何在 Makefile 中聲明變量（declare variable）

我們希望將需要反復輸入的命令整合成變量，用到它們時直接用對應的變量替代，這樣如果將來需要修改這些命令，則在定義它的位置改一行代碼即可。

CC = g++CFLAGS = -c -WallLFLAGS = -Wall
all: hellohello: main.o function1.o function2.o $(CC) $(LFLAGS) main.o function1.o function2.o -o hellomain.o: main.cpp $(CC) $(CFLAGS) main.cppfunction1.o: function1.cpp $(CC) $(CFLAGS) function1.cppfunction2.o: function2.cpp $(CC) $(CFLAGS) function2.cpp
clean: rm -rf *.o hello

上面的 Makefile 中，開頭定義了三個變量：CC，CFLAGS，和 LFLAGS。其中 CC 表示選擇的編譯器（也可以改成 gcc）；CFLAGS 表示編譯選項，-c 即 g++ 中的 -c，-Wall 表示顯示編譯過程中遇到的所有 warning；LFLAGS 表示鏈接選項，它就不加 -c 了。這些名字都是自定義的，真正起作用的是它們保存的內(nèi)容，因此只要后面的代碼正確引用，將它們定義成阿貓阿狗都沒問題。容易看出，引用變量名時需要用 $() 將其括起來，表示這是一個變量名。

第三版的 Makefile 還是不夠簡潔，例如我們的 dependencies 中的內(nèi)容，往往和 g++ 命令中的內(nèi)容重復：

hello: main.o function1.o function2.o $(CC) $(LFLAGS) main.o function1.o function2.o -o hello

我們不想敲那么多字，能不能善用 <target>:<dependencies> 中的內(nèi)容呢？這就需要引入下面幾個特殊符號了（也正是這些特殊符號，把 Makefile 搞得像是天書，嚇退了很多初學者）：

$@ ，$<，$^

例如我們有 target: dependencies 對：all: library.cpp main.cpp

$@ 指代 all ，即 target

$< 指代 library.cpp， 即第一個 dependency

$^ 指代 library.cpp 和 main.cpp，即所有的 dependencies

因此，本節(jié)開頭的 Makefile 片段可以改為：

hello: main.o function1.o function2.o $(CC) $(LFLAGS) $^ -o $@

而第四版 Makefile 就是這樣的：

CC = g++CFLAGS = -c -WallLFLAGS = -Wall
all: hellohello: main.o function1.o function2.o $(CC) $(LFLAGS) $^ -o $@main.o: main.cpp $(CC) $(CFLAGS) $<function1.o: function1.cpp $(CC) $(CFLAGS) $<function2.o: function2.cpp $(CC) $(CFLAGS) $<
clean: rm -rf *.o hello

但是手動敲文件名還是有點麻煩，能不能自動檢測目錄下所有的 cpp 文件呢？此外 main.cpp 和 main.o 只差一個后綴，能不能自動生成對象文件的名字，將其設置為源文件名字后綴換成 .o 的形式？

想要實現(xiàn)自動檢測 cpp 文件，并且自動替換文件名后綴，需要引入兩個新的命令：patsubst 和 wildcard。

wildcard

wildcard 用于獲取符合特定規(guī)則的文件名，例如下面的代碼：

SOURCE_DIR = . # 如果是當前目錄，也可以不指定SOURCE_FILE = $(wildcard $(SOURCE_DIR)/*.cpp)target: @echo $(SOURCE_FILE)

make 后發(fā)現(xiàn)，輸出的為當前目錄下所有的 .cpp 文件：

./function1.cpp ./function2.cpp ./main.cpp

其中 @echo 前加 @是為了避免命令回顯，上文中 make clean 調(diào)用了 rm -rf 會在 terminal 中輸出這行命令，如果在 rm 前加了 @ 則不會輸出了。

patsubst

patsubst 應該是 pattern substitution 的縮寫。用它可以方便地將 .cpp 文件的后綴換成 .o。它的基本語法是：$(patsubst 原模式，目標模式，文件列表)。運行下面的示例：

SOURCES = main.cpp function1.cpp function2.cppOBJS = $(patsubst %.cpp, %.o, $(SOURCES))target: @echo $(SOURCES) @echo $(OBJS)

輸出的結(jié)果為：

main.cpp function1.cpp function2.cppmain.o function1.o function2.o

綜合上述兩個命令，我們可以升級到第五版 Makefile：

OBJS = $(patsubst %.cpp, %.o, $(wildcard *.cpp))CC = g++CFLAGS = -c -WallLFLAGS = -Wall
all: hellohello: $(OBJS) $(CC) $(LFLAGS) $^ -o $@main.o: main.cpp $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@function1.o: function1.cpp $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@function2.o: function2.cpp $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@
clean: rm -rf *.o hello

然而這一版的 Makefile 還有提升空間，它的 main.o，function1.o，function2.o 使用的都是同一套模板，不過換了個名字而已。第六版的 Makefile 將處理這個問題。

第六版Makefile

這里要用到 Static Pattern Rule，其語法為：

targets: target-pattern: prereq-patterns

其中 targets 不再是一個目標文件了，而是一組目標文件。而 target-pattern 則表示目標文件的特征。例如目標文件都是 .o 結(jié)尾的，那么就將其表示為 %.o，prereq-patterns (prerequisites) 表示依賴文件的特征，例如依賴文件都是 .cpp 結(jié)尾的，那么就將其表示為 %.cpp。

通過上面的方式，可以對 targets 列表中任何一個元素，找到它對應的依賴文件，例如通過 targets 中的 main.o，可以鎖定到 main.cpp。

下面是第六版的 Makefile：

OBJS = $(patsubst %.cpp, %.o, $(wildcard *.cpp))CC = g++CFLAGS = -c -WallLFLAGS = -Wall
all: hellohello: $(OBJS) $(CC) $(LFLAGS) $^ -o $@$(OBJS):%.o:%.cpp $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@
clean: rm -rf *.o hello

看到有的 Makefile 設置了 -lm 的 flag，查閱資料發(fā)現(xiàn)表示連街 math 庫，因為代碼中可能

#include<math.h>

例如 

g++ -o out fun.cpp -lm

CC = g++LIBS = -lmout: fun.cpp $(CC) -o $@ $^ $(LIBS)

/ The End /

本文介紹了如何寫 Makefile，主要的知識點有：

1. 在 Makefile 中定義變量并引用

2. $^，$@，$< 的含義

3. wildcard，patsubst 的用法

4. static pattern rule：targets: target-pattern: prereq-patterns

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