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2008-12-11 20:09:59

<< 第 二 部 分 >>    介绍其中的一件工具:GNU Make 工具。

2) GNU Make 工具
2.1 基本 makefile 结构
    GNU Make 的主要工作是读进一个文本文件, makefile 。这个文件里主要是有关哪些文件(‘target’目的文件)是从哪些别的 文件(‘dependencies’依靠文件)中产生的,用什么命令来进行这个产生过程。有了这些信息, make 会检查磁碟上的文件,如果目的文件的时间戳(该文件生成或被改动时的时间)比至少它的一个依靠文件旧的话, make就执行相应的命令,以便更新目的文件。 (目的文件不一定是最后的可执行档,它可以是任何一个文件。) makefile 一般被叫做“makefile”“Makefile”。当然你可以在 make的命令行指 定别的文件名。如果你不特别指定,它会寻 找“makefile”“Makefile”,因此使用这两个名字是最简单的。
    一个 
makefile 主要含有一系列的规则,如下:
    例如,考虑以下的 
makefile 
    === makefile 开始 ===
    myprog : foo.o bar.o
    gcc foo.o bar.o -o myprog
    foo.o : foo.c foo.h bar.h
    gcc -c foo.c -o foo.o
    bar.o : bar.c bar.h
    gcc -c bar.c -o bar.o
    === makefile 
结束 ===
    这是一个非常基本的 makefile —— make 从最上面开始,把上面第一个目的,‘myprog’,做为它的主要目标(一个它需要保证其总是最新的最终目标)。给出的 规则说明只要文件‘myprog’ 比文件‘foo.o’‘bar.o’中的任何一个旧,下一行的命令将 会被执行。但是,在检查文件 foo.o 和 bar.o 的时间戳之前,它会往下查 找那些把 foo.o bar.o 做为目标文件的规则。它找到的关于 foo.o 的规则,该文件的依靠文件是 foo.c, foo.h 和 bar.h 。 它从下面再找不到生成这些依靠文件的规则,它就开始检查磁碟上这些依靠文件的时间戳。如果这些文件中任何一个的时间戳比 foo.o 的新, 命令 'gcc -o foo.o foo.c' 将会执行,从而更新 文件 foo.o 。 接下来对文件 bar.o 做类似的检查,依靠文件在这里是文件 bar.c 和 bar.h 。 现在, make 回到‘myprog’的规则。如果刚才两个规则中的任何一个被执行, myprog 就需要重建(因为其中一个 .o 档就会比‘myprog’新),因此连接命令将被 执行。
    希望到此,你可以看出使用 
make 工具来建立程序的好处——前 一章中所有繁琐的检 查步骤都由 make 替你做了:检查时间戳。 你的源码文件里一个简单改变都会造成那 个文件被重新编译(因为 .o 文件依靠 .c 文件),进而可执行文件被重新连接(因 为 .o 文件被改变了)。其实真正的得益是在当你改变一个 header 档的时候——你不 再需要记住那个源码文件依靠它,因为所有的 资料都在 makefile 里。 make 会很轻 松的替你重新编译所有那 些因依靠这个 header 文件而改变了的源码文件,如有需 要,再 进行重新连接。 当然,你要确定你在 makefile 中所写的规则是正确无误的,只 列出那些在源码文件 中被 #include的 header ……

2.2 编写 make 规则 (Rules)
    最明显的(也是最简单的)编写规则的方法是一个一个的查看源码文件,把它们的目标文件做为目的,而C源码文件和被它 #include 的 header 档做为依靠文件。但是你 也要把其它被这些 header 档 #include 的 header 档也列为依靠文件,还有那些被包括的文件所包括的文件……然后你会发现要对越来越多的文件进行管理,到低有没有些容易点儿的方法呢? 当然有!向编译器要!在编译每一个源码文件的时候,它实在应该知道应该包括什么样的 header 档。使用 gcc 的时候,用 -M 开关,它会为每一个你给它的C文件输出一个规则,把目标文件做为目的,而这个C文件和所有应该被 #include 的 header 文件将做为依靠文件。注意这个规则会加入所有 header 文件,包括被角括号(`<', `>')和双引号(`"')所包围的文件。其实我们可以相当肯定系统 header 档(比如 stdio.h, stdlib.h 等等)不会被我们更改,如果你用 -MM 来代替 -M 传递给 gcc, 那些用角括号包围的 header 档将不会被包括。(这会节省一些编译时间) 由 gcc 输出的规则不会含有命令部分;你可以自己写入你的命令 或者什么也不写,而让 make 使用它的隐含的规则(参考下面的 2.4 节)。

2.3 Makefile 
变量
    上面提到 
makefiles 里主要包含一些规则。它们包含的其它的东 西是变量定义。 makefile 里的变量就像一个环境变量(environment variable)。 事实上,环境变量在 make 过程中被解释成 make 的变量。这些 变量是大小写敏感的,一般使用大写字母。 它们可以从几乎任何 地方被引用,也可以被用来做很多事情,比如:
    i) 贮存一个文件名列表。在上面的例子里,生成可执行文件的 规则包含一些目标文件 名做为依靠。在这个规则的命令行 里同样的那些文件被输送给 gcc 做为命令参数。如果在这 里使用一个变数来贮存所有的目标文件名,加入新的目标 文件会变的简单而且
较不易出错。
    ii) 贮存可执行文件名。如果你的项目被用在一个非 gcc 的系统里,或者如果你想使用一个不同的编译器,你必须将所有使用编译器的地方改成用新的编译器名。但是如果使用一个变量来代替编译器名,那么你只需要改变一个地方,其它所有地方的命令名就都改变了。
    iii) 贮存编译器旗标。假设你想给你所有的编译命令传递一组相同的选项(例 -Wall -O -g);如果你把这组选项存入一个变量,那么你可以把这个变量放在所有呼叫编译器的地方。而当你要改变选项的时候,你只需在一个地方改 变这个变量的内容。要设定一个变量,你只要在一行的开始写下这个变量的名字,后面跟一个 号,后面跟你要设定的这个变量的值。以后你要引用这个变量,写一个 符号,后面是围在括号里的变量名。比如在下面,我们把前面的 makefile 利用变量重写一遍:
     === makefile 开始 ===
    OBJS = foo.o bar.o
    CC = gcc
    CFLAGS = -Wall -O -g
    myprog : $(OBJS)
    $(CC) $(OBJS) -o myprog
    foo.o : foo.c foo.h bar.h
    $(CC) $(CFLAGS) -c foo.c -o foo.o
    bar.o : bar.c bar.h
    $(CC) $(CFLAGS) -c bar.c -o bar.o
    === makefile 
结束 ===
    还有一些设定好的内部变量,它们根据每一个规则内容定义。三个比较有用的变量是$@, $< 和 $^ (这些变量不需要括号括住)。 
    
$@ 扩展成当前规则的目的文件名, 
    
$< 扩展成依靠列表中的第一个依靠文件, 
    $^ 
扩展成整个依靠的列表(除掉了里面所有重复的文件名)。

    利用这些变量,我们可以把上面的 
makefile 写成:
    === makefile 开始 ===
    OBJS = foo.o bar.o
    CC = gcc
    CFLAGS = -Wall -O -g
    myprog : $(OBJS)
    $(CC) $^ -o $@
    foo.o : foo.c foo.h bar.h
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
    bar.o : bar.c bar.h
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
    === makefile 
结束 ===
你可以用变量做许多其它的事情,特别是当你把它们和函数混合使用的时候。如果需要更进一步的了解,请参考 GNU Make 手册。 ('man make', 'man makefile')

2.4 隐含规则 (Implicit Rules)
    请注意,在上面的例子里,几个产生 .o 文件的命令都是一样的。 都是从 .c 文件和 相关文件里产生 .o 文件,这是一个标准的步 骤。其实 make 已经知道怎么做——它有一些叫做隐含规则的内置的规则,这些规则告诉它当你没有给出某些命令的时候, 应该怎么办。如果你把生成 foo.o 和 bar.o 的命令从它们的规则中删除, make 将会查找它的隐含规则,然后会找到一个适当的命令。它的命令会使用一些变量,因此你可以按照你的想法来设定它:它使用变量 CC 做为编译器(象我们在前面的例子),并且传递变量 CFLAGS (给 编译器,C++ 编译器用 CXXFLAGS ),CPPFLAGS ( 预 处理器旗 标), TARGET_ARCH (现在不用考虑这个),然后它加入旗标 '-c' ,后面跟变量 $< (第一个依靠名),然后是旗标 '-o' 跟变量 $@ (目的文件名)。
    一个C编译的 具体命令将 会是:
$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $(TARGET_ARCH) -c $< -o $@ 当然你可以按照你自己的需要来定义这些变量。这就是为什么用 gcc -M 或 -MM 开 关输出的码可以直接用在一个 makefile 里。 

2.5 
假象目的 (Phony Targets) 
    假设你的一个项目最后需要产生两个可执行文件。你的主要目标是产生两个可执行文件,但这两个文件是相互独立的
——如果一个文件需要重建,并不影响另一个。你可以使用假象目的来 达到这种效果。一个假象目的跟一个正常的目的几乎是一样的, 只是这个目的文件是不存在的。因此,make 总是会假设它需要被生成,当把它的依赖文件更新后,就会执行它的规则里的命令行。 如果在我们的 makefile 开始处输入:
all : exec1 exec2 其中 exec1 和 exec2 是我们做为目的的两个可执行文件。 make把这个 'all' 做为它的主要目的,每次执行时都会尝试把 'all' 更新。但既然这行规则里没有哪个命令来作用在一个叫 'all' 的实际文件(事实上 all 并不会在磁碟上实际产生),所以这个规则并不真的改变 'all' 的状态。可既然这个文件并不存在,所以 make 会尝试更新 all 规则,因此就检查它的依靠 exec1, exec2 是否需要更新,如果需要,就把 它们更新,从而达到我们的目的。 假象目的也可以用来描述一组非预设的动作。例如,你想把所有由 make 产生的文件删 除,你可以在 makefile 里设立这样一个规则:
    veryclean :
    rm *.o
    rm myprog

    前提是没有其它的规则依靠这个 'veryclean' 目的,它将永远不会被执行。但是,如果你明确的使用命令 'make veryclean' , make 会把这个目的做为它的主要目标,执行那些 rm 命令。如果你的磁碟上存在一个叫 veryclean 文件,会发生什么事?这时因为在这个规则里没有任何依靠文件,所以这个目的文件一定是最新的了(所有的依靠文件都已经是最新的了),所以既使用户明确命令 make 重新产生它,也不会有任何事情发生。解决 方法是标明所有的假象目的(用 .PHONY),这就告诉 make 不用检查它们是否存在于磁碟上,也不用查找任何隐含规则,直接假设指定的目的需要被更新。在 makefile 里加入下面这行包含上面规则的规则:
    ..PHONY : veryclean
    就可以了。注意,这是一个特殊的 make 规则,make 知道 .PHONY 是一个特殊目的, 当然你可以在它的依靠里加入你想用的任何假象 目的,而 make 知道它们都是假象目 的。

2.6 函数 (Functions)
    makefile 
里的函数跟它的变量很相似——使用的时候,你用一个 符号跟开括号,函数名,空格后跟一列由逗号分隔的参数,最后用关括号结束。例如,在 GNU Make 里 有一个叫 'wildcard' 的函数,它有一个参数,功能是展开成一列所有符合由其参数描述的文件名,文件间以空格间隔。你可以像下面所示使用这个命令:
    SOURCES = $(wildcard *.c)
    这行会产生一个所有以 '.c' 结尾的文件的列表,然后存入变量 SOURCES 里。当然你不需要一定要把结果存入一个变量。
    另一个有用的函数是 
patsubst ( patten substitude, 匹配替换的缩写)函数。它需要3个参数——第一个是一个需要匹配的式样,第二个表示用什么来替换它,第三个是一个需要被处理的 由空格分隔的字列。例如,处理那个经过上面定义后的变量,
    OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(SOURCES))
    这行将处理所有在 SOURCES 字列中的字(一列文件名),如果它的结尾是 '.c' ,就 用 '.o' 把 '.c' 取代。注意这里的 符号将匹配一个或多个字符,而它每次所匹配的字串叫做一个’(stem) 。 在第二个参数里, 被解读成用第一参数所匹配的 那个柄。

2.7 一个比较有效的 makefile
    利用我们现在所学的,我们可以建立一个相当有效的 makefile 。 这个 makefile 可以完成大部分我们需要的依靠检查,不用做太大的改变就可直接用在大多数的项目里。
    首先我们需要一个基本的 
makefile 来建我们的程序。我们可以让它搜索当前目录,找到源码文件,并且假设它们都是属于我们的项目的,放进一个叫 SOURCES 的变量。 这里如果也包含所有的 *.cc 文件,也许会更保险,因为源码文件可能是 C++ 码的。
    
SOURCES = $(wildcard *.c *.cc) 
    
利用 patsubst ,我们可以由源码文件名产生目标文件名,我们需 要编译出这些目标 文件。如果我们的源码文件既有 .c 文件,也有 .cc 文件,我们需要使用相嵌的 patsubst函数呼叫:
    OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(patsubst %.cc,%.o,$(SOURCES)))
    最里面一层 patsubst 的呼叫会对 .cc 文件进行后缀替代,产生的结 果被外层的 patsubst 呼叫处理,进行对 .c 文件后缀的替代。
    现在我们可以设立一个规则来建可执行文件:
    myprog : $(OBJS)
    gcc -o myprog $(OBJS)

    进一步的规则不一定需要, gcc 已经知道怎么去生成目标文件 (object files) 。下面我们可以设定产生依靠信息的规则:
    depends : $(SOURCES)
    gcc -M $(SOURCES) > depends

    在这里如果一个叫 'depends' 的文件不存在,或任何一个源码文件比一个已存在的 depends 文件新,那么一个 depends 文件会被生 成。depends 文件将会含有由 gcc 产生的关于源码文件的规则(注意 -M 开关)。现在我们要让 make 把这些规则当做 makefile 档的一部分。这里使用的技巧很像 语言中的 #include 系统——我们要求 make 把这个文件 include 到 makefile 里,如下:
    include depends
    GNU Make 
看到这个,检查 'depends' 目的是否更新了,如果没有, 它用我们给它的命令重新产生 depends 档。然后它会把这组(新) 规则包含进来,继续处理最终目标 'myprog' 。当看到有关 myprog 的规则,它会检查所有的目标文件是否更新——利用 depends 文件 里的规则,当然这些规则现在已经是更新过的了。
    这个系统其实效率很低,因为每当一个源码文件被改动,所有的源码文件都要被预处理以产生一个新的 
'depends' 文件。而且它也不是 100% 的安全,这是因为当一个 header 档被改动,依靠信息并不会被更新。但就基本工作来说,它也算相当有用的了。

2.8 一个更好的 makefile
    这是一个我为我大多数项目设计的 makefile 。它应该可以不需要修改的用在大部分项目里。我主要把它用在 djgpp 上,那是一个 DOS 版的 gcc 编译器。因此你可以看到执行的命令名、 'alleg' 程序包、 和 RM -F 变量都反映了这一点。

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