Makefile是如何编译代码文件的？

Makefile 简介

makefile文件最常用的作用是，告诉make程序，如何来编译以及连接程序，最终生成可执行的二进制文件。

Makefile 最基础的规则格式如下：

Target … ： Prerequisites …

Recipe

…

…

Target 是目标文件，通常就是程序编译最终所要产生的文件，比如二进制可执行文件，或者是obj文件

Prerequisite是先决条件，也就是生成目标文件所需的输入文件，一个目标文件通常依赖于多个文件

Recipe是执行命令。可以有多个执行命令，可以在同一行，也可以分成多行。特别要注意的是，每个Recipe之前都要加Tab

通常Recipe中会包含Prerequisite，并且任意一个Prerequisite文件有更改时，都会重新生成Target文件

生成目标hex文件的流程

makefile最广泛的应用就是把一堆代码文件编译成二进制的可执行文件，比如hex文件。

首先把所有的.c文件以及其包含的.h文件，分别都编译为.o文件。

然后把所有生成的.o文件与link文件一起，生成.elf文件和.map文件

最后由.elf文件生成.hex文件

循序渐进的例子

1. 首先准备好编译器和demo代码

可以在hightec的官网上下载hightec的评估版软件

然后在HighTec中新建一个HelloSerial的Demo例子

创建完就会自动生成如下的.c和.h文件，这个就可以直接在Hightec中编译了。

2. 最最直接的makefile

为了说明makefile是如何工作的，先从最简单的情况开始说明。

首先为了消除路径的影响，先把所有的.c和.h文件还有link文件（.ld文件）都放到同一个文件夹内，然后新建一个名叫makefile的文件

下面我们看一下最最最直接的makefile长什么样，相信在任何一个项目中，都不会有人这么写makefile的，暂且叫他版本0

红色的就是Target，所谓目标文件。比如我们在文件夹路径下的命令窗口输入MakeAll

就是告诉make命令，想要生成all这个目标，然后all这个目标又依赖于HelloSerial_Demo.elf 这个Prerequisite 也就是先决条件

于是就要生成HelloSerial_Demo.elf，这时，HelloSerial_Demo.elf就变成了目标文件。

然后为了要生成HelloSerial_Demo.elf这个目标文件，就需要hello.o，system_tc27x.o，uart_init_poll.o，uart_poll.o，usr_sprintf.o这些Prerequisite

于是这些.o文件又变成了目标文件，需要对应的.c文件和其中包含的.h文件来生成

比如要生成hello.o 这个文件，就需要hello.c，led.huart_poll.h，system_tc2x.h，usr_sprintf.h 这些文件，由于这些文件已经在目录下面了，所以就可以直接用了。

然后还需要Recipe，也就是执行命令来生成目标文件，这边的执行命令就是"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc"-c hello.c

其中"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc"是调用HighTec安装的编译器，tricore-gcc.exe

这个不是固定的，我们需要用哪个编译器来编译.c文件，那么这边就调用哪个编译器的.exe文件。

-c 表示编译源文件，但不进行link。这条指令就是告诉tricore-gcc.exe把hello.c这个文件编译成hello.o

类似的，把所有的.c文件都编译为.o文件后，就会进行link的操作，生成HelloSerial_Demo.elf这个文件。具体的执行命令如下：

"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc" \\

-o "HelloSerial_Demo.elf" \\

-T"iROM.ld" \\

hello.o system_tc27x.o uart_init_poll.o uart_poll.ousr_sprintf.o \\

-Wl,--gc-sections -mcpu=tc27xx \\

-Wl,--no-warn-flags \\

-Wl,-Map="HelloSerial_Demo.map"

其中

"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc" 是调用编译器

-o "HelloSerial_Demo.elf" 是指定输出文件的名字叫"HelloSerial_Demo.elf"

-T"iROM.ld" 是指定link文件

hello.o system_tc27x.o uart_init_poll.o uart_poll.o usr_sprintf.o 这些是要被link的.o文件

-Wl 由于这边是通过tricore-gcc 编译器驱动链接的指令，所以对链接的指令需要加前缀'-Wl'，

--gc-sections -mcpu=tc27xx 表示section的分配是按照 tc27xx 这个系列的cpu来执行的

--no-warn-flags 表示不会产生警告信息

-Map="HelloSerial_Demo.map" 表示会生成一个map文件

""是换行符

3. makefile中的变量

在版本0中的makefile中，只用了makefile最基本的规则，这样的makefile具体做什么，看着是挺清楚的，但写起来很麻烦。

makefile中可以使用变量，这样，会看起来简单一些

比如对于版本0中的makefile，需要用到的.o文件定义了多次，编译器的路径也定义了多次，那我们就可以把这些做成一个变量，使用的时候就可以直接使用了。

定义变量的方法是：<变量名> = <内容>

使用变量的方法时：$(变量名)

我们把所有的.o文件对象和编译器路径定义为变量，得到如下的makefile版本1

4. <-I "dir">指令

对于版本1的makefile还有个问题，就是每次要编译.c文件为.o文件时，需要把这个.c文件所用的.h文件，以及.h文件里用到的.h文件都要写出来。

这样写当然也有好处，就是任何.h文件有变化时，包含这个.h文件的.c文件也会重新编译一个新的.o文件。

但是如果有成百上千个.c文件时，把所有.c文件用到的.h文件都找出来，这个工作量也是巨大的。

所以可以用一种妥协的方法，就是无论编译哪个.c文件时，把所有的.h文件都包含进来，这样就不用管这个.c文件到底用到了哪些.h文件。

想要实现这点，那就可以在编译.c文件时，增加<-I "dir">这个指令

于是我们可以得到版本2的makefile，这样看起来又简单了一些。不过这种方法会有一个问题，就是.h文件变更时，不会导致对应的.c文件重新编译

这个问题其实也是可以解决的，后面引入依赖文件时，就可以 解决这个问题

相比于之前的makefile，这里生成.o文件时的先决条件中就没有.h文件了，而是在执行命令中添加了包含.h文件夹的参数。

5. vpath指令

可能大家也发现，现在每个.c文件的编译命令都一样了，只有文件名不一样，这个是不是可以优化呢，当然是可以的

vpath指令可以在指定的目录下面找特定的文件，比如我要找在某个文件夹下面所有的.c文件，指令如下：

vpath %.c E:/c10_Workspace/complier_demo

这就表示需要的时候，make就会在E:/c10_Workspace/complier_demo找，看有没有make需要的.c文件，%.c 表示所有后缀名为.c的文件

利用vpath指令，我们就可以继续简化makefile，得到版本2的makefile。

这里把.c编译为.o的指令合并为一个指令了。所有需要的.o文件都可以在vpath指定的路径中找到对应的.c文件（这里是make的一个默认规则，.o和.c文件的名称是一致的），然后进行编译

6. 生成依赖文件 (.d)

我们可以让编译器在编译.c文件的时候，同时生成一个.d的依赖文件，在依赖文件中，会列出这个.c文件所包含的所有.h文件。

生成的.d文件如下，会把这个.d文件作为一个Traget，Prerequisite文件就是其对应的.c文件，以及.c文件所引用的所有头文件。

这样就把这个.c文件所生成的.d文件和这个.c文件引用的所有.h文件就关联起来了。

当某一个.h文件有修改时，引用这个头文件的.c文件所生成的.d文件就会被认为要重新生成，再配合上对应生成规则，就可以保证当某一个.h文件修改时，包含这个.h的所有.c文件都会重新编译。

于是就得到了版本3的makefile

首先增加了依赖文件的变量定义（DEPS），里面定义了所有的依赖文件。

其次在.c编译为.o文件时，增加了指令 -MMD -MP -MF，以及-MT。这些指令的作用都是生成.d的依赖文件，"(@:%.o=%.d)"是依赖文件的文件名，由于依赖文件和目标的.o文件是同名，只是后缀由.o变为.d，所以这边"(@:%.o=%.d)"的作用就是把目标.o文件的后缀改为.d，作为生成的依赖文件的文件名。

同时增加了目标文件.d对.c文件的规则，表示.d文件如果需要重新生成的话，就会按照这个规则，把.c文件重新编译一份.o文件。由于这边目标文件就是.d文件，所以这里就直接使用了"$@"来指定生成.d文件的名称。

最后增加了include的指令，把所有的生成的依赖文件都包含进来。include的作用就是把include的文件里的内容直接加到当前的makefile中。也就是增加.d文件和对应.c文件和.h文件的规则。保证了当.h文件被修改时，对应的.d也会被要求重新生成，从而去重新编译对应的.c文件，生成新的.o文件。

7. 通过定义代码文件夹，自动推导出编译所需的文件

通过之前的步骤，一个功能比较完善的makefile就写完了。但还有一个问题，目前所有的.c和.h文件都在一个文件夹内，而且生成的.o和.d文件也都在同一个文件夹，这样很不利于管理。

我们把文件夹路径调整的跟实际更为贴切一些，如下图所示，.c分件分别在5个不同source_code的文件夹中，.h文件分别在6个不同的include_file中，makefile和link文件在complie_env中，编译完产生的map文件和elf文件，也在complie_env中，同时在编译时，complie_env中还会生成一个临时文件夹tmp，用来存放.o和.d文件。

同时，手动定义.o文件和.d文件也很麻烦，我们也可以直接从给定的文件夹中寻找所有的.c文件，然后根据文件夹的相对路径推导出.o和.d文件

于是就有了版本4的makefile

首先定义存放临时文件(.d和.o文件)的文件夹，makefile中都推荐使用相对路径，这样不管工程放在什么路径下面，只要文件夹结构不变就都能正常运行。"./"表示makefile当前文件夹的路径。

然后定义包含所有需要参与编译的.c文件的文件夹，这些文件里所有的.c文件都会参与编译，"../"表示makefile当前文件夹的上一层文件夹路径。

接着定义所有被引用的.h文件的文件夹。

再接着根据定义的.c文件的文件夹，找出这些文件夹里所有的.c文件。这里有两个指令可以解释一下，一个是 foreach，"foreach DIR, **(SRC_DIRS), **(wildcard (DIR)/*.c)"表示对SRC_DIRS中定义的所有文件夹做一个for循环，当前循环的文件夹名叫DIR。另一个是wildcard，"(wildcard $(DIR)/*.c"表示找到DIR这个文件夹下面所有的.c文件。这样就把SRC_DIRS中定义的所有的文件夹里所有的.c文件都找出来了，给到SRCS这个变量中。

有了所有.c文件后，就可以推导出所有的.o文件，由于.o文件的位置和.c文件不一样，所以具体推导.o文件的步骤就是将.c文件的文件夹路径去掉，只保留.c文件的文件名，然后加上将要存放.o文件的路径，以及把.c的后缀换成.o。这一些列的动作，都可以用"OBJS = **(patsubst %.c, {TMP_DIR}/%.o,(notdir **{SRCS}))"这个命令来实现。"nodir"就是去掉文件夹路径，"patsubst"是替换指令，这里是把所有.c文件替换为.o文件，并加上路径。

最后就是根据.o文件定义.d依赖文件，由于.d文件和.o文件都会放在临时文件夹中，所以只要简单的将.o文件的后缀.o换成.d就可以了。

由于.o文件和.d文件的位置发生了变化，执行语句的命令也要做修改，.o和.d的目标文件都加了路径，命令中也加了"-o"，明确指定了编译后的.o文件存放的位置。

8. 将makefile按功能分类

现在可以看到，由于加了代码文件夹和头文件文件夹的定义，makefile文件变长了不少，如果是大型项目，那么代码文件夹和头文件夹的数目会更多。为了更好的维护makefile，我们可以按照功能多定义几个makefile，然后在主makefile中include这些makefile，这样使得层次更加清晰，也更好维护。

比如可以新建一个source.mk的文件，里面定义想要生成的二进制文件的名称，c代码文件夹，头文件文件夹，临时文件夹，推导出所有的.c，.o，.d文件

还可以再建一个congif.mk的文件，里面定义跟编译器相关的一些设置，比如编译器的路径，删除命令的定义，编译时的参数等

这样我们的主makefile又变得简洁了，而且这个文件基本就可以不用修改了。如果编译设置要修改的话，就修改config.mk，如果需要编译代码的内容有修改的话，就去修改source.mk。维护起来就很清晰了，美滋滋~

9. 删除编译产生的文件

我们有时不但需要编译文件，也需要删除之前编译的文件，这个也可以在makefile中完成。

我们可以添加clean功能，在clean为目标的情况下，执行删除命令，删除.o文件，.d文件，elf文件和map文件

这边介绍一下PHONY功能，因为all和clean作为Target时，这两个命令并不是真正的文件名，也就是并不是要生成名为all或者clean的文件。但是万一有文件名叫all或者clean的文件话，就会产生歧义，这时就可以用.PHONY来定义all和clean，告诉make，这两个是命令，而不是文件，防止发生其想不到的问题。

另外，由于执行clean命令时，仅仅是想删除文件，并不需要去推导依赖文件，所以这边使用ifneq来判断，如果命令是clean的话，就不包含依赖文件了。

同时，也增加了rebuild功能，如果执行make rebuild的话，就会先clean，删除之前的文件，然后再生成目标文件。

10. 调用makefile

如果makefile的名字就叫makefile或Makefile，那么可以在cmd的命令框中，将路径切换到makefile的路径，直接输入make all，进行编译，或者make clean，删除之前编译的文件。

但makefile的名字也不一定非要这么叫，我们可以任意起名字，调用的时候只要增加参数 "-f" 然后加上文件名就可以了，比如：

make -f makefile_ver5 all，或者make -f makefile_ver5 clean

另外，还有一个参数比较使用的就是"-j"加数字，比如

make all -j8

数字可以根据自己电脑cpu的线程数进行调整，这个表示可以多个线程并行处理命令，也就是可以同时编译多个.c文件，这样可以提高编译速度。

另外如果嫌每次要打开cmd窗口比较麻烦的话，也可以建一个build.bat的批处理文件，这样想要编译时，就直接双击这个文件就可以了。

Cmd /k的作用是运行完仍然保留cmd窗口，这样如果有错误的话就能看到了。

build.bat文件的内容如下：

后记

这篇文将主要是介绍makefile的规则和大概的运行原理，知道这些之后，大家可以根据实际需要来自己写makefile，或者把之前项目中的makefile按自己的理解优化。

关于make的参数和详细说明可以参考"make.pdf"，关于编译器的参数详细说明可以参考“tricore-gcc.pdf”，关于链接的参数详细说明，可以参考“tricore-ld.pdf”。这些都在百度网盘里，代码和makefile也在里面。感兴趣的可以下下来看看。或者根据项目实际的情况查阅对应的make，编译和link的对应文档。