Makefile 入门：从基础到实用技巧

一、为什么需要Makefile？

简单说，Makefile是「编译规则说明书」。一个工程可能有几十上百个源文件，按功能放在不同目录里。Makefile定义了：

• 哪些文件先编译，哪些后编译
• 哪些文件修改后需要重新编译
• 甚至可以执行打包、备份等额外操作

有了Makefile，只需敲一个make命令，整个工程就会自动编译，极大提高开发效率。

二、先搞懂：编译和链接

在讲Makefile之前，先明确两个基本概念：

• 编译（compile）：把源代码（.c/.cpp）变成中间目标文件（Unix下是.o，Windows下是.obj）。编译器只检查语法和函数/变量是否声明。
• 链接（link）：把一堆中间目标文件拼成可执行文件。链接器找函数的实现，找不到就会报错（比如VC里的Link 2001）。

举个例子：main.c编译成main.o，tool.c编译成tool.o，最后链接成app可执行文件。

三、Makefile 基本规则

Makefile的核心是「依赖关系」和「执行命令」，格式如下：

目标（target）... : 依赖（prerequisites）...
    命令（command）
    ...

• 目标（target）：可以是可执行文件、中间目标文件（.o），甚至是一个动作（如clean）。
• 依赖（prerequisites）：生成目标需要的文件或其他目标。
• 命令（command）：生成目标的具体操作（必须以Tab键开头）。

规则逻辑：如果「依赖文件」比「目标文件」新（或目标不存在），就执行命令生成目标。

四、一个简单示例

假设工程有8个.c文件和3个头文件，要编译成可执行文件edit。一个基础的Makefile如下：

# 最终目标：edit（依赖所有.o文件）
edit : main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o
    cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o

# 每个.o文件的依赖和编译命令
main.o : main.c defs.h
    cc -c main.c
kbd.o : kbd.c defs.h command.h
    cc -c kbd.c
# ... 其他.o文件类似 ...

# 清理目标：删除编译产物
clean :
    rm edit main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o

用法：

• 敲make：自动编译所有需要更新的文件，生成edit。
• 敲make clean：删除edit和所有.o文件，方便重新编译。

五、简化Makefile的技巧

上面的示例有很多重复代码（比如一堆.o文件名），可以用「变量」和「自动推导」简化。

5.1 用变量减少重复

把重复出现的内容定义成变量，比如所有.o文件：

# 定义变量objects，包含所有.o文件
objects = main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o

# 使用变量$(objects)代替重复的文件名
edit : $(objects)
    cc -o edit $(objects)

# 清理命令也用变量
clean :
    rm edit $(objects)

以后新增.o文件，只需改objects变量即可。

5.2 自动推导（隐含规则）

GNU make很智能：看到.o文件，会自动找对应的.c文件作为依赖，并且自动生成编译命令（cc -c 源文件）。

简化后的Makefile：

objects = main.o kbd.o command.o display.o insert.o search.o files.o utils.o

edit : $(objects)
    cc -o edit $(objects)

# 只需写.o依赖的头文件，编译命令不用写
main.o : defs.h
kbd.o : defs.h command.h
command.o : defs.h command.h
# ... 其他.o文件的头文件依赖 ...

# 声明clean是伪目标（避免和同名文件冲突）
.PHONY : clean
clean :
    rm edit $(objects)

是不是简洁多了？

六、实用技巧

6.1 伪目标（.PHONY）

像clean这种「动作型目标」，不是真实文件，最好用.PHONY声明，避免和目录中同名文件冲突：

.PHONY : clean  # 声明clean是伪目标
clean :
    rm edit $(objects)

6.2 自动生成依赖

大型工程中，手动写.o依赖的头文件很麻烦。可以用编译器的-MM参数自动生成依赖：

# 自动生成每个.c的依赖文件（.d）
%.d: %.c
    @set -e; rm -f $@; \
     cc -MM $(CPPFLAGS) $< > $@.tmp; \
     sed 's,\($*\)\.o[ :]*,\1.o $@ : ,g' < $@.tmp > $@; \
     rm -f $@.tmp

# 引入所有.d文件
sources = main.c kbd.c command.c display.c insert.c search.c files.c utils.c
include $(sources:.c=.d)

这样头文件修改后，Makefile会自动识别需要重新编译的文件。

6.3 嵌套执行make

大型工程可以按模块分目录，每个目录放一个Makefile，总控Makefile调用子目录的Makefile：

# 编译子目录subdir
subsystem:
    cd subdir && $(MAKE)  # 等价于 $(MAKE) -C subdir

七、常用函数

Makefile有一些实用函数，帮你处理字符串、文件名等：

• 字符串替换：$(subst 旧字符串,新字符串,原字符串)
  例：$(subst .o,.c,main.o) → 结果是main.c

• 取目录：$(dir 文件名)
  例：$(dir src/main.c) → 结果是src/

• 过滤文件：$(filter 模式,文件列表)
  例：$(filter %.c,main.c tool.o test.c) → 结果是main.c test.c