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Linux系统 C/C++编程基础——使用make工具和Makefile实现自动编译

news 来源：原创 2025/6/8 21:57:50

ℹ️大家好，我是练小杰，今天周二了，距离除夕只有６天了，新的一年就快到了😆
本文是有关Linux C/C++编程的make和Makefile实现自动编译相关知识点，后续会不断添加相关内容 ~~
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文章目录

make工具
- 优点
- 基本语法
- make 的工作原理
Makefile基础
- 配置文件基本结构
- 配置文件说明
- Makefile文件依赖关系链
- Makefile的编译机制
Makefile的高级特性
- 模式规则
- 隐式规则
- 伪目标
- 使用通配符
- 文件包含
make的工作方式
`Autotools`自动产生Makefile
- Autotools工作原理
- `configure`产生的Makefile文件
- Autotools工具
- Autotools应用示例

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make工具

make 是一个根据依赖关系自动执行命令的工具。它主要用于编译源代码，但也可以用于其他需要根据文件变化自动执行任务的场景。
make 通过Makefile文件维护源程序，实现自动编译。

优点

可自动化：减少手动编译的繁琐步骤。
高效率：只重新编译发生变化的部分，节省时间。
可维护性：通过 Makefile 集中管理构建过程，便于维护和理解。

基本语法

 make [选项] [目标名]

主要选项

-f ：描述文件，指定make编译所依据的描述文件（Makefile）
-n：只显示生成指定目标的所有执行命令，但并不实际执行。
-p：输出Makefile文件中所有宏定义和目标文件描述。
-d：使用Debug（调试）模式。
-c ：指定目录，在读取Makefile之前改变到指定的目录。

make 的工作原理

首先解析 Makefile：make 读取 Makefile，构建依赖关系图。
然后确定目标：如果没有指定目标，make 默认执行第一个目标（通常是 all）。
再检查依赖：对于每个目标，make 检查其依赖是否需要更新。
最后执行命令：如果依赖有更新或目标不存在，make 执行相应的命令生成目标。

Makefile基础

Makefile 是 make 的配置文件，定义了目标和依赖关系。
Makefile文件通过若干条规则来定义文件依赖关系。每条规则包括目标（target）、条件（prerequisites）和命令（command）三大要素。

配置文件基本结构

如下，是一个简单的Makefile示例

# 定义编译器
CC = gcc# 定义编译选项
CFLAGS = -Wall -g# 定义目标可执行文件
TARGET = myprogram# 定义源文件
SRCS = main.c utils.c# 生成目标文件列表
OBJS = $(SRCS:.c=.o)# 默认目标
all: $(TARGET)# 链接目标文件生成可执行文件
$(TARGET): $(OBJS)$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS)# 编译 .c 文件生成 .o 文件
%.o: %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@# 清理生成的文件
clean:rm -f $(OBJS) $(TARGET)

配置文件说明

目标（Target）：要生成的文件或要执行的操作。例如，all 和 clean 都是目标。
依赖（Prerequisites）：生成目标所需的文件或目标。例如，$(TARGET) 依赖于 $(OBJS)
命令（Commands）：生成目标所需执行的命令。例如，$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS)
变量（Variables）：用于存储可复用的字符串。例如，CC 存储编译器，CFLAGS 存储编译选项。
自动变量

$@：指明当前目标。比如，在 %.o: %.c 规则中，$@ 代表 .o 文件。
$<：指第一个依赖。比如，在 %.o: %.c 规则中，$< 代表 .c 文件。
$^：指所有依赖。

Makefile文件依赖关系链

这里我们通过一个Makefile示例来分析

#第1部分
textedit : main.o input.o output.o command.o files.o tools.o
cc -o textedit main.o input.o output.o command.o /
files.o utils.o
#第2部分
main.o : main.c def.h
cc -c main.c
input.o : input.c def.h command.h
cc -c input.c
output.o : output.c def.h buffer.h
cc -c output.c
command.o : command.c def.h command.h
cc -c command.c
files.o : files.c def.h buffer.h command.h
cc -c files.c
utils.o : tools.c def.h
cc -c tools.c
#第3部分
clean :
rm textedit main.o input.o output.o 
rm command.o files.o tools.o

下面由一张图了解上述文件的依赖关系

Makefile的编译机制

如果该项目没有编译过，也就是没有生成过目标，那么就根据所给的条件来生成目标，所有源文件都要编译并进行连接。
如果该项目已经编译过，生成有目标，一旦条件发生变化，则需要重新生成目标。
若项目的某些源文件被修改，只编译被修改的源文件，并连接生成目标程序。
如果项目的某些头文件改变，则需要编译引用了这些头文件的源文件，并连接生成目标程序。
make通过比较目标和条件中的文件的修改日期来识别文件是否被修改。如果条件中的文件的日期要比目标中的文件的日期要新，或者目标不存在，那么make就会执行后续定义的命令。

Makefile的高级特性

Makefile示例修改

#第1部分
objects = main.o input.o output.o command.o files.o utils.o
#第2部分
textedit : $(objects)
cc -o edit $(objects)
#第3部分
main.o : defs.h
input.o : defs.h command.h
command.o : defs.h command.h
output.o : defs.h buffer.h
insert.o : defs.h buffer.h
tools.o : defs.h
#第4部分
.PHONY : clean
clean :
rm edit $(objects)

模式规则

模式规则使用 % 通配符，可以匹配多个文件。

表示所有 .o 文件都依赖于对应的 .c 文件

%.o: %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

隐式规则

make 内置了一些隐式规则，可以使用命令 make -p 查看所有内置的隐式规则

比如：
从 .c 文件生成 .o 文件的规则。
从 .o 文件链接生成可执行文件的规则。

伪目标

伪目标并不是一个文件，只是一个标签

使用通配符

make支持通配符：“*”、“?”和“[...]”，用于代替一系列的文件。

文件包含

在一个Makefile文件中可以引用另一个Makefile文件。

make的工作方式

（1）读入所有的Makefile文件。
（2）读入被include语句嵌入的其他Makefile文件。
（3）初始化这些文件中的变量。
（4）推导隐式规则，并分析所有规则。
（5）为所有的目标文件创建依赖关系链。
（6）根据依赖关系，决定哪些目标需要重新生成。
（7）执行生成目标的命令。

`Autotools`自动产生Makefile

Autotools工作原理

一个Autotools项目至少需要一个名为configure的配置脚本和一个名为Makefile.in的Makefile模板。
实际上并不需要Autotools来建立Autotools包，configure是在最基本的Shell（sh）上运行的Shell脚本，它检查用户系统获取每个特征，通过模板写出Makefile文件。
configure在每个目录中创建所有文件，并且在命令行接受几个选项用于在不同的目录中安装文件。

`configure`产生的Makefile文件

由configure产生的Makefile文件很标准，它们定义由GNU标准所需的所有标准目标，常用的目标如下所示。

make或make all：创建程序
make install：安装程序
make distclean：删除由configure产生的所有文件

Autotools工具

Autoconf：用于生成 configure 脚本，检测系统特性和依赖关系。
Automake：用于根据 Makefile.am 文件生成 Makefile.in 文件。
Libtool：用于简化共享库的管理和编译。
Autotools 的辅助工具：

Autoheader：用于生成 config.h.in
AutoMake：用于处理 Makefile.am 中的条件语句。

Autotools应用示例

步骤如下

（1）准备源代码。
（2）切换到项目工作目录，执行命令autoscan命令扫描工作目录生成configure.scan文件。
（3）将文件configure.scan重命名为configure.ac，然后再编辑修改这个配置文件。
（4）项目目录下执行aclocal命令，扫描configure.ac文件生成aclocal.m4文件。
（5）项目目录下执行autoconf命令生成configure文件。
（6）项目目录下执行autoheader命令生成config.h.in文件。
（7）项目目录下创建一个Makefile.am文件，供automake工具根据configure.in中的参数将Makefile.am转换成Makefile.in文件。
（8）在项目目录下执行automake命令生成Makefile.in文件。通常要使用选项--add-missing让automake自动添加一些必需的脚本文件。
（9）在项目目录下执行./congigure命令，基于Makefile.in生成最终的Makefile文件。该命令将一些配置参数添加到Makefile文件中。
（10）在项目目录下执行make命令，基于Makefile文件编译源代码文件并生成可执行文件。
（11）在项目目录下执行make install命令将编译后的软件包安装到系统中。
（12）如果要对外发布，可以在项目目录下执行make dist命令将程序和相关的文档打包为一个压缩文档。

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