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【Linux】Linux 项目自动化构建工具 -- make/makefile

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一、前言

请添加图片描述

上篇博客,我们学习了 gcc 编译器。学会了如何在 Linux 上编译 C语言 代码。

对于我们平常练习是没问题的,但是如果有上百个源文件,该怎么办?难道还是一个个都用 gcc 编译为

.o

文件,最后将它们一起链接起来?

这肯定是不实际的,这使得编译成为了一个很麻烦的事情。

之前我们在 vs 中写代码时,使用快捷键就可以很快地进行程序的编译,或者直接执行程序,那么在 Linux 下能否也能实现这个功能?

能否减少编译代码时的风险,使编译更加快捷,一定程度实现自动化编译?

当然有,这就是我们 今天的目标之一:使用 make/makefile 构建一个简单的自动化工具。

另外

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anduin 还会讲解 **make/makefile 的概念、原理和规则**,从多层面理解透彻它们。

二、概念

makefile

makefile 是一个文件。它是一个工程文件的编译规则,描述了整个工程的编译链接等规则。

好的 makefile 文件可以使用一行命令来完成 “自动化编译” ,一旦写好 makefile ,就只要使用在 shell 提示符下输入 make 命令,从而完成对工程的编译,极大提高效率。

make

make 是一个命令工具,用来一个解释 makefile 中文件中的指令。

当已经编写好 makefile 文件后,只需要使用 make ,就可以执行 makefile 中的内容。

会不会写makefile,也从侧面说明了一个程序员是否具备完成大型工程的能力。

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。所以使用好 make/makefile ,可以使得开发更加得心应手。

一句话总结:make 是一条命令,makefile 是一个文件,两个搭配使用,完成项目自动化构建。

三、demo 实现

在讲解 make/makefile 之前,我们先写一个小 demo ,以这个 demo 为基准,对其进行讲解。

makefile 文件需要创建在当前工程的目录下,makefile 文件的名称可以为 makefile 或 Makefile

假设当前工程下已经有了一个 test.c ,我们直接开始 demo 的编写:

image-20230110135212483

这样 makefile 就编写好了,就两句话,这时编写的 makefile 可以完成对程序的编译。

我们返回终端,使用 make 就可以对 test.c 进行编译:

image-20230110135419371

使用 make 指令后,makefile 的第二行内容被打印在终端,并且生成了可执行程序

test

,test 程序也是可以执行的。

四、原理与规则

上面写了一个小 demo ,那么这个 demo 实现的原理我们还不清楚,所以接下来

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anduin 来讲一下这中间的原理和规则。

1、依赖关系和依赖方法

在 myfile 文件中,有这样一句话:

test:test.c

刚刚测试过我们知道

test

是目标文件,而 test.c 则是原始文件。

而 test.c 经过

gcc test.c -o test

生成 test 文件。

它们之间的关系

  • test 依赖 test.c 生成,所以 test.c 是 test 的依赖文件 。它们之间的关系被称为 依赖关系
  • test.c 生成 test 需要通过 gcc test.c -o test 指令,这条指令就是 依赖方法

① 感性理解

那么 依赖关系依赖方法 如何理解呢?我来举个例子来帮助大家 感性理解

例子1:

假设你在上大学,到月底了,你的生活费没了。那么这时你就打电话给你的老爹,来一个亲切的问候(要生活费)。

当你拨通电话,你说:“爸,我是你儿子!” 然后把电话挂掉。

这种情况能要到生活费吗?肯定不行,因为你只是向你的老爹 表明了你是谁(依赖关系) ,但是并没有告诉他 你要干什么(依赖方法) ,所以你的老爹一般是不会想着给你打钱,而是担心你的安全。

所以,只有依赖关系没用,还需要有依赖方法,依赖关系和依赖方法需要同时具备。

例子2

如果你在上大学,马上要考试了。你决定又给你的老爹打电话,说:“爸,我是你儿子!能不能帮我期中考?” 听完这句话,你的老爹思考了很久。于是决定连夜赶到你的学校,并请你体验了一顿 “七匹狼” 。

综上我们可以发现,你有依赖关系(表明了身份) ,**你也有依赖方法(叫你老爹考试)**,但是 依赖方法错误 ,也没有达到目的,反而造成错误结果。

这就是典型的有正确的依赖关系但是依赖方法错误。

所以,正确的依赖关系必须具有正确的依赖方法。

例子3

如果你有一天,又到了月底?你随意拨通了一串号码,和陌生人说:"爸,我是你儿子!我没生活费了,给我打钱。"再以迅雷不及掩耳之势挂掉了电话。电话那头的人很懵。于是,当天晚上,你的梦里一直出现"功德-1,功德-1 … " 。

这个例子说明,你有了 正确的依赖方法(要生活费) ,但是你 没有正确的依赖关系(陌生人) ,这也办不成事。

所以,正确的依赖方法也需要正确的依赖关系。

通过以上三个例子,我们得出结论,依赖关系和依赖方法必须同时具备并正确,缺一不可

② 深层理解

我们基于上层的感性理解,再通过一个 makefile 深层理解一下:

image-20230110150254788

(实际上我们编译代码并不需要进行,这里只是为了理解 … ,平常就写成 demo 那样就可以)

在 makefile 文件中,共有四组依赖关系和依赖方法 ,当使用 make 调用 makefile 文件中内容时,便开始执行 makefile 中的内容:

  • test 依赖于 test.o ,但是 test.o 并不存在,跳转到下一组依赖关系
  • test.o 依赖于 test.s ,但是 test.s 并不存在,跳转到下一组依赖关系
  • test.s 依赖于 test.i ,但是 test.i 不存在,跳转到下一组依赖关系
  • test.i 依赖于 test.c ,test.c 存在,这时开始执行依赖方法
  • 由此开始,逐渐执行上面的依赖方法,一层层回退,逐渐生成 test.i 、test.s 、test.o ,最后生成可执行程序,make 执行完毕

我们发现,这一过程就像 数据结构的栈

当目标文件所依赖的文件不存在时,就会将依赖方法入栈,知道依赖关系匹配了,再执行相应的依赖方法,在按照栈的规则,逐渐将栈中的元素出栈,规则满足后进先出。

为了验证这些步骤是否都被执行,我们 make 一下看看:

image-20230110151502695

依赖方法对应的文件都产生了,这也说明我们讲解的步骤是正确无误的。

2、清理

平时写代码时,经常需要反复编译,执行代码。

而在下一次重新编译之前,需要清理一下上次生成的可执行程序。但是清理的时候可能清理错误,不小心把源文件删了,这时又造成了问题。

而上面的步骤,我们也生成了很多附加文件(如 test.i 等)。

所以我们基于 demo 增加一个清理功能:

image-20230110152700565

使用

make

测试一下:

image-20230110152825515

文件也都删除了。

这是为什么,新增语句是什么意思?继续讲解原理。

① .PHONY 伪目标

**

.PHONY

修饰的对象是伪目标,伪目标的特性是:总是被执行的。**

.PHONY 修饰的一定能被反复执行,但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰。

多次执行 make 和 make clean 试试:

image-20230110153324568

(注:makefile 默认从上到下扫描只会执行第一组的依赖关系和依赖方法,所以默认执行第一组,这时使用 make 就可以;而 clean 为第二组,所以需要 make clean ,加上对应的关系。同理,对于第一组,使用 make test 也能执行。)

**发现,第一组关系没有被 .

PHONY

修饰,而不能重复执行。但是第二组 clean 可以重复执行** 。

但是怎么证明

.PHONY

修饰对象之后,对象能被反复执行?口说无凭,所以,我们再验证一下:

给 test 加上修饰:

image-20230110153906181

image-20230110153930676

加上

.PHONY

修饰后,make 可以执行多次了,证明了

.PHONY

的作用。

但是能被反复执行的不一定被 .PHONY 修饰,就比如 clean

image-20230110163656271

image-20230110163725704

当 clean 去掉修饰之后,依然能被反复执行。

② .PHONY 的取舍

一般对于编译来说,是不加 .PHONY 修饰的。

因为编译是十分耗时间,特别是当工程量很大的时候,编译一两小时都不为过。所以防止对未修改的程序反复编译 ,一般编译时不加修饰。

但是 清理clean 是可以多次执行的,因为删除不太浪费时间,且可以反复清理,确认是否清理完毕。并且为了肯定清理可以被多次执行,所以通常用 .PHONY 修饰。

3、make 确定是否编译的方法

上面我们测试 make 时,发现当编译过一次后,继续使用 make 就无法继续编译了。但是 clean 是可以不加修饰反复执行的。原因我们也探讨过,但是 make 是如何确定是否要编译?

是这样的,对于程序来说,时间有两条线。第一条是源代码时间的一条线,第二条是形成的可执行程序的时间的一条线

而对于它们之间的次序,是先有源代码,再有可执行程序。

所以只要可执行程序的最近修改时间比源文件的修改时间晚,就认为当前可执行程序是最新的,为了减少时间和其他开销,于是不执行编译;否则执行编译

我们再重新生成可执行程序,并重复 make ,观察它们的时间:

观察时间,这里就要用到

stat

指令,它的 modify 就是最近修改时间 ,如果对 stat 指令不了解的小伙伴可以看这一篇:基本指令(一) (在 ls 指令部分)。

image-20230110165532255

可执行程序 test 的时间明显比 源代码 test.c 晚,所以 make 并不能起作用。

那么基于对这个概念的理解,我们能否钻空子来 欺骗一下 make

补充:

touch 指令为创建一个文件。若文件不存在则会创建一个文件;若文件存在则会把文件时间更新到最新。

使用 touch 更新一下 test.c 的时间,用 stat 观察时间,并反复 make 试试:

image-20230110170016287

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由此,我们发现可以使用 touch 来 “欺骗” make 来反复编译。这也侧面证明了: make 对于是否编译的决策是基于修改时间,而并不是基于文件内容是否修改

4、完整代码

test:test.c
    gcc test.c -o test 
.PHONY:clean                                                      
clean:
    rm -f test.i test.s test.o test

5、规则总结

  • 对于依赖关系而言,: 左边为目标文件,: 右边为依赖文件
  • 依赖方法前需要有一个 tab ,为固定格式
  • : 右边可以有多个依赖文件 ,: 右边通常被称为依赖文件列表
  • 对于 : 右边,目标文件对应的依赖文件列表可以为空 (例如 clean)
  • makefile 默认执行第一组的依赖关系和依赖方法,对于第一组可以直接使用 make 执行,后面则需要 make + 目标文件
  • .PHONY 修饰的 伪目标可反复执行但反复执行的不一定是伪目标

五、结语

到这里本篇博客就到此结束了。

实际开发中,好的 make/makefile 可以让项目开发事半功倍。所以构建自动化工具还是蛮重要的,可以大大提高开发的效率。

但是博主能力有限,对于博主当前,构建这么一个简单的工具就足够了。我们今天的重点是放在 make/makefile 的规则上。

感兴趣的小伙伴也可以往 makefile 中添砖加瓦,构建出自己开发的利器。

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标签: linux 运维 服务器

本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_67867172/article/details/128633357
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