Makefile难点记录

Makefile难点记录

Makefile是linux中自动化编译工具make的描述脚本，makefile文件通过目标、条件和动作三个概念完成对源文件和目标文件的依赖描述。Makefile不仅仅只能用于自动化编译，还可以用于处理所有与依赖和时间有关的操作。虽然现在有了cmake，ninja等等更加抽象化和跨平台的工具，但是这些大体上都是建立在make基础之上。掌握makefile还是有着一定的意义。

make的执行过程

理解make的执行过程对于我们理解它的符号扩展原则有着很重要的作用。make的总体执行过程如下：

1. 读入当前目录Makefile文件。
2. 读入被include的其它Makefile。
3. 初始化文件中的变量。
4. 推导隐晦规则，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，决定哪些目标要重新生成。
7. 执行生成命令。

其中1-5步为第一个阶段：读取内容阶段。6-7为第二个阶段，目标更新阶段。make执行的过程和主要原理是比较容易理解的。其中最为复杂和深奥的就是由于make对变量和模式的支持所牵扯到的扩展的问题。这其实是任何一个牵扯到模式和支持其嵌套的语言都会遇到问题。

make提供的便捷性特征

在欣赏make提供的便捷性特征之前，我们先看一段普通的未使用任何便捷特征的makefile文件。

在这个简单的项目基础上，我们可以明显的发现，如果项目的源文件开始增加并且包含的头文件也增加，那么编写makefile文件的工作量将会大大增加。很显然make不得不引入和多特征来简化我们的工作。相关特性如下：

1. 变量，我们可以将大量的目标文件定义在一个变量中，然后在后续很多地方进行引用。
2. 隐式规则，很多时候我们都是将 *.c 编译为 *.o，make可以通过文件名自动进行这些编译，而不需要我们手动的写出。
3. 在规则中可以使用通配符，即*（匹配0个或任意个字符）和？（匹配任意一个字符）。
4. 多目标规则，即可以多个目标拥有一个相同的依赖。
5. 静态模式规则，即由目标文件名称确定前置条件名称。

make的扩展解析

make的扩展问题主要处理的是变量的展开时间点。make对变量展开分为两类，即立即展开和推迟展开。立即展开发生在第一阶段，当make解析到变量时就做值的替换。推迟展开指在make解析到变量时，并不立刻做值的替换，而是等到后面遇到立即展开或者推迟到第二阶段。在此之外，make还附加了第二次展开的概念。第二次展开是相对于第一次展开而言，第二次展开一般发生在make执行的读取阶段和更新阶段之间。

对于变量的立即展开和推迟展开，make分别给出了如下规定：

immediate = deferred
immediate ?= deferred
immediate := immediate
immediate ::= immediate
immediate += deferred or immediate
immediate != immediate

对于第二展开，可以通过下面一小段代码说明：

代码的执行结果如下：

上述示例中，在第一次展开时debug1对应$(var)结果为top，debug2对应$$(var)结果为$(var)，接着在第二次展开的时候debug对应$(var)结果为bottom，不是top的原因是因为后面的再次赋值为bottom，而这也恰恰表明了第二次展开的存在。

make目标和规则中的模式使用

正如前面所说的，在通常情况下随着项目文件的增加，makefile文件会膨胀，增加开发人员的管理工作。通过在目标和规则中使用模式，make可以大大的减少开发人员的重复工作。make中支持的通配符也就是shell所支持的那些。make可以在规则中单独使用通配符，也可以目标和同时使用（即静态模式）。如果想要在目标中使用通配符的话，则需要使用make提供的wildcard函数来实现，不能在目标中单独使用通配符的原因很简单，目标在解析的时候应该是明确的或者可以通过上下文环境计算出来，否则后续的分析工作将难以进行。

对于makefile的难点，后续将会继续补充。

参考资料

GNU Make参考手册
跟我一起写Makefile