Linux开发工具之工程管理器make简析

3.5 make工程管理器
　　到此为止，读者已经了解了如何在Linux下使用编辑器编写代码，如何使用gcc把代码编译成可执行文件，还学习了如何使用gdb来调试程序，那么，所有的工作看似已经完成了，为什么还需要make这个工程管理器呢？
　　所谓工程管理器，顾名思义，是用于管理较多的文件。读者可以试想一下，由成百上千个文件构成的项目，如果其中只有一个或少数几个文件进行了修改，按照之前所学的gcc编译工具，就不得不把这所有的文件重新编译一遍，因为编译器并不知道哪些文件是最近更新的，而只知道需要包含这些文件才能把源代码编译成可执行文件，于是，程序员就不得不重新输入数目如此庞大的文件名以完成最后的编译工作。
　　编译过程分为编译、汇编、链接阶段，其中编译阶段仅检查语法错误以及函数与变量是否被正确地声明了，在链接阶段则主要完成函数链接和全局变量的链接。因此，那些没有改动的源代码根本不需要重新编译，而只要把它们重新链接进去就可以了。所以，人们就希望有一个工程管理器能够自动识别更新了的文件代码，而不需要重复输入冗长的命令行，这样，make工程管理器就应运而生了。
　　实际上，make工程管理器也就是个“自动编译管理器”，这里的“自动”是指它能够根据文件时间戳自动发现更新过的文件而减少编译的工作量，同时，它通过读入makefile文件的内容来执行大量的编译工作。用户只需编写一次简单的编译语句就可以了。它大大提高了实际项目的工作效率，而且几乎所有Linux下的项目编程均会涉及它，希望读者能够认真学习本节内容。
　　3.5.1 makefile基本结构
　　makefile是make读入的惟一配置文件，因此本节的内容实际就是讲述makefile的编写规则。在一个makefile中通常包含如下内容：
　　n 需要由make工具创建的目标体（target），通常是目标文件或可执行文件；
　　n 要创建的目标体所依赖的文件（dependency_file）；
　　n 创建每个目标体时需要运行的命令（command），这一行必须以制表符（tab键）开头。
　　它的格式为：
　　target： dependency_files
　　command /* 该行必须以tab键开头*/
　　例如，有两个文件分别为hello.c和hello.h，创建的目标体为hello.o，执行的命令为gcc编译指令：gcc –c hello.c，那么，对应的makefile就可以写为：
　　#The simplest example
　　hello.o： hello.c hello.h
　　gcc –c hello.c –o hello.o
　　接着就可以使用make了。使用make的格式为：make target，这样make就会自动读入makefile（也可以是首字母大写的Makefile）并执行对应target的command语句，并会找到相应的依赖文件。如下所示：
　　［root@localhost makefile］# make hello.o
　　gcc –c hello.c –o hello.o
　　［root@localhost makefile］# ls
　　hello.c hello.h hello.o makefile
　　可以看到，makefile执行了“hello.o”对应的命令语句，并生成了“hello.o”目标体。
　　注意在makefile中的每一个command前必须有“Tab”符，否则在运行make命令时会出错。
　　3.5.2 makefile变量
　　上面示例的makefile在实际中是几乎不存在的，因为它过于简单，仅包含两个文件和一个命令，在这种情况下完全不必要编写makefile而只需在shell中直接输入即可，在实际中使用的makefile往往是包含很多的文件和命令的，这也是makefile产生的原因。下面就可给出稍微复杂一些的makefile进行讲解。
　　david:kang.o yul.o
　　gcc kang.o bar.o -o myprog
　　kang.o ： kang.c kang.h head.h
　　gcc –Wall –O -g –c kang.c -o kang.o
　　yul.o ： bar.c head.h
　　gcc - Wall –O -g –c yul.c -o yul.o
　　在这个makefile中有3个目标体（target），分别为david、kang.o和yul.o，其中第一个目标体的依赖文件就是后两个目标体。如果用户使用命令“make david”，则make管理器就是找到david目标体开始执行。
　　这时，make会自动检查相关文件的时间戳。首先，在检查“kang.o”、“yul.o”和“david”3个文件的时间戳之前，它会向下查找那些把“kang.o”或“yul.o”作为目标文件的时间戳。比如，“kang.o”的依赖文件为“kang.c”、“kang.h”、“head.h”。如果这些文件中任何一个的时间戳比“kang.o”新，则命令“gcc –Wall –O -g –c kang.c -o kang.o”将会执行，从而更新文件“kang.o”。在更新完“kang.o”或“yul.o”之后，make会检查最初的“kang.o”、“yul.o”和“david”3个文件，只要文件“kang.o”或“yul.o”中的至少有一个文件的时间戳比“david”新，则第二行命令就会被执行。这样，make就完成了自动检查时间戳的工作，开始执行编译工作。这也就是make工作的基本流程。
　　接下来，为了进一步简化编辑和维护makefile，make允许在makefile中创建和使用变量。变量是在makefile中定义的名字，用来代替一个文本字符串，该文本字符串称为该变量的值。在具体要求下，这些值可以代替目标体、依赖文件、命令以及makefile文件中其他部分。在makefile中的变量定义有两种方式：一种是递归展开方式，另一种是简单方式。
　　递归展开方式定义的变量是在引用该变量时进行替换的，即如果该变量包含了对其他变量的引用，则在引用该变量时一次性将内嵌的变量全部展开，虽然这种类型的变量能够很好地完成用户的指令，但是它也有严重的缺点，如不能在变量后追加内容（因为语句：CFLAGS = $（CFLAGS） -O在变量扩展过程中可能导致无穷循环）。
　　为了避免上述问题，简单扩展型变量的值在定义处展开，并且只展开一次，因此它不包含任何对其他变量的引用，从而消除变量的嵌套引用。
　　递归展开方式的定义格式为：VAR=var。
　　简单扩展方式的定义格式为：VAR：=var。
　　make中的变量使用均使用的格式为：$（VAR）。
　　注意变量名是不包括“：”、“#”、“=”以及结尾空格的任何字符串。同时，变量名中包含字母、数字以及下划线以外的情况应尽量避免，因为它们可能在将来被赋予特别的含义。
　　变量名是大小写敏感的，例如变量名“foo”、“FOO”、和“Foo”代表不同的变量。
　　推荐在makefile内部使用小写字母作为变量名，预留大写字母作为控制隐含规则参数或用户重载命令选项参数的变量名。
　　下面给出了上例中用变量替换修改后的makefile，这里用OBJS代替kang.o和yul.o，用CC代替gcc，用CFLAGS代替“-Wall -O –g”。这样在以后修改时，就可以只修改变量定义，而不需要修改下面的定义实体，从而大大简化了makefile维护的工作量。
　　经变量替换后的makefile如下所示：
　　OBJS = kang.o yul.o
　　CC = gcc
　　CFLAGS = -Wall -O -g
　　david ： $（OBJS）
　　$（CC） $（OBJS） -o david
　　kang.o ： kang.c kang.h
　　$（CC） $（CFLAGS） -c kang.c -o kang.o
　　yul.o ： yul.c yul.h
　　$（CC） $（CFLAGS） -c yul.c -o yul.o
　　可以看到，此处变量是以递归展开方式定义的。
　　makefile中的变量分为用户自定义变量、预定义变量、自动变量及环境变量。如上例中的OBJS就是用户自定义变量，自定义变量的值由用户自行设定，而预定义变量和自动变量为通常在makefile都会出现的变量，它们的一部分有默认值，也就是常见的设定值，当然用户可以对其进行修改。
　　预定义变量包含了常见编译器、汇编器的名称及其编译选项。表3.15列出了makefile中常见预定义变量及其部分默认值。