阮一峰：Make 命令教程

代碼變成可執行文件，叫做編譯（compile）；先編譯這個，還是先編譯那個（即編譯的安排），叫做構建（build）。

Make是最常用的構建工具，誕生於1977年，主要用於C語言的項目。但是實際上 ，任何只要某個文件有變化，就要重新構建的項目，都可以用Make構建。

本文介紹Make命令的用法，從簡單的講起，不需要任何基礎，只要會使用命令行，就能看懂。我的參考資料主要是Isaac Schlueter的《Makefile文件教程》和《GNU Make手冊》。

一、Make的概念

Make這個詞，英語的意思是”制作”。Make命令直接用了這個意思，就是要做出某個文件。比如，要做出文件a.txt，就可以執行下面的命令。

$ make a.txt

但是，如果你真的輸入這條命令，它並不會起作用。因為Make命令本身並不知道，如何做出a.txt，需要有人告訴它，如何調用其他命令完成這個目標。

比如，假設文件 a.txt 依賴於 b.txt 和 c.txt ，是後面兩個文件連接（cat命令）的產物。那麼，make 需要知道下面的規則。

a.txt: b.txt c.txt
    cat b.txt c.txt > a.txt

也就是說，make a.txt 這條命令的背後，實際上分成兩步：第一步，確認 b.txt 和 c.txt 必須已經存在，第二步使用 cat 命令 將這個兩個文件合並，輸出為新文件。

像這樣的規則，都寫在一個叫做Makefile的文件中，Make命令依賴這個文件進行構建。Makefile文件也可以寫為makefile， 或者用命令行參數指定為其他文件名。

$ make -f rules.txt
# 或者
$ make --file=rules.txt

上面代碼指定make命令依據rules.txt文件中的規則，進行構建。

總之，make只是一個根據指定的Shell命令進行構建的工具。它的規則很簡單，你規定要構建哪個文件、它依賴哪些源文件，當那些文件有變動時，如何重新構建它。

二、Makefile文件的格式

構建規則都寫在Makefile文件裡面，要學會如何Make命令，就必須學會如何編寫Makefile文件。

2.1 概述

Makefile文件由一系列規則（rules）構成。每條規則的形式如下。

<target> : <prerequisites> 
[tab]  <commands>

上面第一行冒號前面的部分，叫做”目標”（target），冒號後面的部分叫做”前置條件”（prerequisites）；第二行必須由一個tab鍵起首，後面跟著”命令”（commands）。

“目標”是必需的，不可省略；”前置條件”和”命令”都是可選的，但是兩者之中必須至少存在一個。

每條規則就明確兩件事：構建目標的前置條件是什麼，以及如何構建。下面就詳細講解，每條規則的這三個組成部分。

2.2 目標（target）

一個目標（target）就構成一條規則。目標通常是文件名，指明Make命令所要構建的對象，比如上文的 a.txt 。目標可以是一個文件名，也可以是多個文件名，之間用空格分隔。

除了文件名，目標還可以是某個操作的名字，這稱為”偽目標”（phony target）。

clean:
      rm *.o

上面代碼的目標是clean，它不是文件名，而是一個操作的名字，屬於”偽目標 “，作用是刪除對象文件。

$ make  clean

但是，如果當前目錄中，正好有一個文件叫做clean，那麼這個命令不會執行。因為Make發現clean文件已經存在，就認為沒有必要重新構建了，就不會執行指定的rm命令。

為了避免這種情況，可以明確聲明clean是”偽目標”，寫法如下。

.PHONY: clean
clean:
        rm *.o temp

聲明clean是”偽目標”之後，make就不會去檢查是否存在一個叫做clean的文件，而是每次運行都執行對應的命令。像.PHONY這樣的內置目標名還有不少，可以查看手冊。

如果Make命令運行時沒有指定目標，默認會執行Makefile文件的第一個目標。

$ make

上面代碼執行Makefile文件的第一個目標。

2.3 前置條件（prerequisites）

前置條件通常是一組文件名，之間用空格分隔。它指定了”目標”是否重新構建的判斷標准：只要有一個前置文件不存在，或者有過更新（前置文件的last-modification時間戳比目標的時間戳新），”目標”就需要重新構建。

result.txt: source.txt
    cp source.txt result.txt

上面代碼中，構建 result.txt 的前置條件是 source.txt 。如果當前目錄中，source.txt 已經存在，那麼make result.txt可以正常運行，否則必須再寫一條規則，來生成 source.txt 。

source.txt:
    echo "this is the source" > source.txt

上面代碼中，source.txt後面沒有前置條件，就意味著它跟其他文件都無關，只要這個文件還不存在，每次調用make source.txt，它都會生成。

$ make result.txt
$ make result.txt

上面命令連續執行兩次make result.txt。第一次執行會先新建 source.txt，然後再新建 result.txt。第二次執行，Make發現 source.txt 沒有變動（時間戳晚於 result.txt），就不會執行任何操作，result.txt 也不會重新生成。

如果需要生成多個文件，往往采用下面的寫法。

source: file1 file2 file3

上面代碼中，source 是一個偽目標，只有三個前置文件，沒有任何對應的命令。

$ make source

執行make source命令後，就會一次性生成 file1，file2，file3 三個文件。這比下面的寫法要方便很多。

$ make file1
$ make file2
$ make file3

2.4 命令（commands）

命令（commands）表示如何更新目標文件，由一行或多行的Shell命令組成。它是構建”目標”的具體指令，它的運行結果通常就是生成目標文件。

每行命令之前必須有一個tab鍵。如果想用其他鍵，可以用內置變量.RECIPEPREFIX聲明。

.RECIPEPREFIX = >
all:
> echo Hello, world

上面代碼用.RECIPEPREFIX指定，大於號（>）替代tab鍵。所以，每一行命令的起首變成了大於號，而不是tab鍵。

需要注意的是，每行命令在一個單獨的shell中執行。這些Shell之間沒有繼承關系。

var-lost:
    export foo=bar
    echo "foo=[$$foo]"

上面代碼執行後（make var-lost），取不到foo的值。因為兩行命令在兩個不同的進程執行。一個解決辦法是將兩行命令寫在一行，中間用分號分隔。

var-kept:
    export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

另一個解決辦法是在換行符前加反斜槓轉義。

var-kept:
    export foo=bar; \
    echo "foo=[$$foo]"

最後一個方法是加上.ONESHELL:命令。

.ONESHELL:
var-kept:
    export foo=bar; 
    echo "foo=[$$foo]"

三、Makefile文件的語法

3.1 注釋

井號（#）在Makefile中表示注釋。

# 這是注釋
result.txt: source.txt
    # 這是注釋
    cp source.txt result.txt # 這也是注釋

3.2 回聲（echoing）

正常情況下，make會打印每條命令，然後再執行，這就叫做回聲（echoing）。

test:
    # 這是測試

執行上面的規則，會得到下面的結果。

$ make test
# 這是測試

在命令的前面加上@，就可以關閉回聲。

test:
    @# 這是測試

現在再執行make test，就不會有任何輸出。

由於在構建過程中，需要了解當前在執行哪條命令，所以通常只在注釋和純顯示的echo命令前面加上@。

test:
    @# 這是測試
    @echo TODO

3.3 通配符

通配符（wildcard）用來指定一組符合條件的文件名。Makefile 的通配符與 Bash 一致，主要有星號（*）、問號（？）和 […] 。比如， *.o 表示所有後綴名為o的文件。

clean:
        rm -f *.o

3.4 模式匹配

Make命令允許對文件名，進行類似正則運算的匹配，主要用到的匹配符是%。比如，假定當前目錄下有 f1.c 和 f2.c 兩個源碼文件，需要將它們編譯為對應的對象文件。

%.o: %.c

等同於下面的寫法。

f1.o: f1.c
f2.o: f2.c

使用匹配符%，可以將大量同類型的文件，只用一條規則就完成構建。

3.5 變量和賦值符

Makefile 允許使用等號自定義變量。

txt = Hello World
test:
    @echo $(txt)

上面代碼中，變量 txt 等於 Hello World。調用時，變量需要放在 $( ) 之中。

調用Shell變量，需要在美元符號前，再加一個美元符號，這是因為Make命令會對美元符號轉義。

test:
    @echo $$HOME

有時，變量的值可能指向另一個變量。

v1 = $(v2)

上面代碼中，變量 v1 的值是另一個變量 v2。這時會產生一個問題，v1 的值到底在定義時擴展（靜態擴展），還是在運行時擴展（動態擴展）？如果 v2 的值是動態的，這兩種擴展方式的結果可能會差異很大。

為了解決類似問題，Makefile一共提供了四個賦值運算符 （=、:=、？=、+=），它們的區別請看StackOverflow。

VARIABLE = value
# 在執行時擴展，允許遞歸擴展。

VARIABLE := value
# 在定義時擴展。

VARIABLE ?= value
# 只有在該變量為空時才設置值。

VARIABLE += value
# 將值追加到變量的尾端。

3.6 內置變量（Implicit Variables）

Make命令提供一系列內置變量，比如，$(CC) 指向當前使用的編譯器，$(MAKE) 指向當前使用的Make工具。這主要是為了跨平台的兼容性，詳細的內置變量清單見手冊。

output:
    $(CC) -o output input.c

3.7 自動變量（Automatic Variables）

Make命令還提供一些自動變量，它們的值與當前規則有關。主要有以下幾個。

（1）$@

$@指代當前目標，就是Make命令當前構建的那個目標。比如，make foo的 $@ 就指代foo。

a.txt b.txt: 
    touch $@

等同於下面的寫法。

a.txt:
    touch a.txt
b.txt:
    touch b.txt

（2）$<

$< 指代第一個前置條件。比如，規則為 t: p1 p2，那麼$< 就指代p1。

a.txt: b.txt c.txt
    cp $< $@ 

等同於下面的寫法。

a.txt: b.txt c.txt
    cp b.txt a.txt 

（3）$?

$? 指代比目標更新的所有前置條件，之間以空格分隔。比如，規則為 t: p1 p2，其中 p2 的時間戳比 t 新，$?就指代p2。

（4）$^

$^ 指代所有前置條件，之間以空格分隔。比如，規則為 t: p1 p2，那麼 $^ 就指代 p1 p2 。

（5）$*

$* 指代匹配符 % 匹配的部分， 比如% 匹配 f1.txt 中的f1 ，$* 就表示 f1。

（6）$(@D) 和 $(@F)

$(@D) 和 $(@F) 分別指向 $@ 的目錄名和文件名。比如，$@是 src/input.c，那麼$(@D) 的值為 src ，$(@F) 的值為 input.c。

（7）$(<D) 和 $(<F)

$(<D) 和 $(<F) 分別指向 $< 的目錄名和文件名。

所有的自動變量清單，請看手冊。下面是自動變量的一個例子。

dest/%.txt: src/%.txt
    @[ -d dest ] || mkdir dest
    cp $< $@

上面代碼將 src 目錄下的 txt 文件，拷貝到 dest 目錄下。首先判斷 dest 目錄是否存在，如果不存在就新建，然後，$< 指代前置文件（src/%.txt）， $@ 指代目標文件（dest/%.txt）。

3.8 判斷和循環

Makefile使用 Bash 語法，完成判斷和循環。

ifeq ($(CC),gcc)
  libs=$(libs_for_gcc)
else
  libs=$(normal_libs)
endif

上面代碼判斷當前編譯器是否 gcc ，然後指定不同的庫文件。

LIST = one two three
all:
    for i in $(LIST); do \
        echo $$i; \
    done

# 等同於

all:
    for i in one two three; do \
        echo $i; \
    done

上面代碼的運行結果。

one
two
three

3.9 函數

Makefile 還可以使用函數，格式如下。

$(function arguments)
# 或者
${function arguments}

Makefile提供了許多內置函數，可供調用。下面是幾個常用的內置函數。

（1）shell 函數

shell 函數用來執行 shell 命令

srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)

（2）wildcard 函數

wildcard 函數用來在 Makefile 中，替換 Bash 的通配符。

srcfiles := $(wildcard src/*.txt)

（3）替換函數

替換函數的寫法是：變量名 + 冒號 + 替換規則。

min: $(OUTPUT:.js=.min.js)

上面代碼的意思是，將變量OUTPUT中的 .js 全部替換成 .min.js 。

四、Makefile 的實例

（1）執行多個目標

.PHONY: cleanall cleanobj cleandiff

cleanall : cleanobj cleandiff
        rm program

cleanobj :
        rm *.o

cleandiff :
        rm *.diff

上面代碼可以調用不同目標，刪除不同後綴名的文件，也可以調用一個目標（cleanall），刪除所有指定類型的文件。

（2）編譯C語言項目

edit : main.o kbd.o command.o display.o 
    cc -o edit main.o kbd.o command.o display.o

main.o : main.c defs.h
    cc -c main.c
kbd.o : kbd.c defs.h command.h
    cc -c kbd.c
command.o : command.c defs.h command.h
    cc -c command.c
display.o : display.c defs.h
    cc -c display.c

clean :
     rm edit main.o kbd.o command.o display.o

.PHONY: edit clean

今天，Make命令的介紹就到這裡。下一篇文章我會介紹，如何用 Make 來構建 Node.js 項目。

（完）