Makefile简明介绍

2017-08-02 13:41:27 +08  字数：3109  标签： Makefile

现在，只有非常小的项目，才会有人手写Makefile。 当然，例外还是有的，那就是Android（6.0以前）。

不写Makefile，不代表不需要去了解它。 实际上，对Makefile的理解，可以延伸出对整个软件编译流程、乃至持续集成系统的理解； 对Makefile技术的扩展、重构、发展，衍生出了当代实际使用的其它构建工具。

本文仅介绍Makefile最核心的东西，以及一些个人领悟。

Makefile是一个DSL ¶

Makefile其实是make程序的配置文件，只是比XML、YAML这些东西复杂得多。 Makefile有其独特的语法，可以调用Shell，支持复杂的逻辑判断，但还不是图灵完全的一门编程语言。

所以，Makefile是一个DSL（Domain-Specific Languages，领域特定语言，由于这个通用翻译的水准较低，所以一般还是称为DSL）。

Makefile控制编译流程 ¶

作为一种DSL，Makefile的领域就是控制软件编译流程。

对于一个单文件C语言代码，比如hello.c，编译是比较简单的。

gcc hello.c -o hello

而如果文件数目增多，互相之间还有复杂的编译依赖关系，手动执行gcc就变得繁琐、易错。 用Shell脚本来做，是一个直观而且可行的方案。 不过，一个常见的问题是，当一个项目有大量文件，却只有少数几个发生改变时，如何进行增量编译？ 难道每个中、大型项目都需要一个复杂的Shell编译脚本，并且都实现一个判断时间戳与依赖的功能？

于是，Makefile应运而生。

Makefile诞生的目标语言，是C语言。 而后，凡是静态类型，或者说需要编译的语言，都可以使用Makefile来组织项目。

值得一提的是，常见的静态类型语言中，Java是个例外。 Java的构建工具，从一开始就超越了Makefile，向着更深层次而发展。 因为，JDK中的编译器javac，其实已经自带了Makefile的核心功能。

Makefile的核心功能 ¶

专为控制软件编译过程而生的Makefile，其实只做了两件事。

1. 管理编译依赖，决定编译顺序。
2. 根据时间戳变化与依赖关系，实现增量编译。

以下举一个简单的示例：

file_a: file_b file_c
	touch file_a

file_b: file_d
	touch file_b

file_c: file_d
	touch file_c

file_d:
	touch file_d

这就是一个简单的Makefile。 file_a: file_b file_c就是说，需要得到file_a，先要有file_b和file_c。 touch file_a是一个实验性质的手段，即产生一个空的file_a，或更新其时间戳。 总体来看，这是一个菱形依赖，A依赖于B、C，B、C又都分别依赖于D。

执行结果如下：

$ make
touch file_d
touch file_b
touch file_c
touch file_a
$ make
make: 'file_a' is up to date.
$ touch file_b
$ make
touch file_a

解释一下现象：

• 首次执行会先产生file_d，依次到file_a，符合菱形依赖的规则。
• 再次执行时，由于file_a及其所有依赖都已经存在，时间戳也未更新，所以不再执行任何操作。
• 如果只更新file_b，那么只会重新生成依赖于它的file_a，实现了增量编译。

Makefile是一门发展多年的古老DSL，扩展出了很多功能。 但万变不离其宗，这就是它的核心功能。

基本概念 ¶

核心功能相关的概念，有四个（中文翻译仅供参考）：

• Rule，规则。
• Target，目标。
• Prerequisite，条件。
• Recipe，配方。

以下整个Makefile代码块，可以看做一个Rule。

targets : prerequisites
        recipe
        …

参照前面的样例，file_a: file_b file_c里的file_a就是Target， file_b和file_c就是Prerequisite， 而touch file_a就是产生file_a的Recipe。

第一个Target，就是默认Target。 如果需要改变，比如改成file_b，可以添加一行：

.DEFAULT_GOAL := file_b

默认情况下，Target都是文件的路径，可以是相对路径，也可以是绝对路径。 当然，通过内置的手段，可以让Target是文件夹，或者是非文件的Phony Target（虚假目标）。

另外，Prerequisite分两种。一种是普通，一种是有序。

targets : normal-prerequisites | order-only-prerequisites

在|后面的Prerequisite，将严格按照排列顺序来产生，而普通的则无所谓顺序。

总之，再复杂的Makefile，都是这种形式的Rule组合而成。 理解了核心功能与基本概念后，Makefile已经没有什么难点，只剩细节了。

make命令 ¶

GNU make是执行Makefile的最常用软件。

通常，一个开源项目只需要两行就可编译、安装。

make
make install

其中，make是编译整个项目，make install是安装。 单单一个make就能编译，这需要Makefile的配合，让默认Target就是项目编译。 install是一个自定义的Phony Target，默认不存在，却是一种常用约定。 类似install的约定，还有uninstall、clean等，需要在Makefile中自行实现。

除了常用的Target约定，make本身也有一些常用的参数。

$ make -h
Usage: make [options] [target] ...
Options:
  -B, --always-make           Unconditionally make all targets.
  -k, --keep-going            Keep going when some targets can't be made.
  -f FILE, --file=FILE, --makefile=FILE
                              Read FILE as a makefile.
  -h, --help                  Print this message and exit.
  -j [N], --jobs[=N]          Allow N jobs at once; infinite jobs with no arg.
  -p, --print-data-base       Print make's internal database.
  -q, --question              Run no recipe; exit status says if up to date.
...

上面只列出了帮助文档的一部分，完整内容可以自行查看。

-B是一个不太常用、但能救急的命令。 它强制完整编译整个项目，相当于禁用了增量编译。 在出现一些奇奇怪怪的编译问题时，可以用这一招再试一下。

-k是在编译出错时，尽量编译更多内容，触发所有错误，而非一出错就停下来。

-f是指定Makefile。 通常，make命令会默认使用当前目录下的Makefile文件，其次是makefile，如果都没有则会报错。 特殊情况下，可能Makefile文件需要命名为其它名称，或在其它目录，这时就可以以-f指定。

-j可以指定同时启动多少条线程来执行并行编译。 而并行编译的前提，就是判断有哪些文件的编译是可以并行的，这一点可以从Makefile自动判断。 前面的例子中，只有file_b和file_c是可以并行的，所以最多只需要-j2即可。 对大型项目来说，可以设置为最大，即CPU的核数。

-q会不执行Recipe，相当于dry-run。 -p会打印完整的make过程到命令行。 打印内容包含了很多默认的规则、环境变量等，至少1000行，不推荐直接输出到终端。 两个命令通常一起使用，make -qp > qp.makefile， 这样做可以合并多个Makefile，分析其中的细节。

相关资料 ¶

详细的Makefile资料，可以参考GNU make文档。

可以执行Makefile的其它程序 ¶

• NMAKE，全称Microsoft Program Maintenance Utility，是微软的Visual Studio 随附的命令行工具，用来在Windows上执行Makefile。
• mozilla/pymake，一个Python实现的工具，功能是GNU make的子集。
• google/kati，基于GNU make而发展的一个项目，主要目的是把Makefile转换为Ninja，为Android服务。

生成Makefile的程序 ¶

首先是GNU Autotools，一套Unix下的Makefile的生成工具。 以下是使用这套工具的流程图，从中可以感受到智慧与岁月。

然后是CMake，一个跨平台的Makefile生成工具。 目前，它已经成为这类需求的主流工具。

这类工具的作用，是在更高的层级上去控制编译及相关流程，以实现复杂的操作。 而Makefile，只是它们的产物。

有趣的是，为什么一定要产生Makefile呢？ Makefile真正核心的功能，其实并不复杂。 既然已经做了一个复杂的上层工具，为什么不干脆另起炉灶？ GNU的思路是从UNIX哲学出发，用简单的工具来组合出复杂的用途，这个可以理解。 而另起炉灶的思路，也已经走通了，代表作就是Ninja。