不懂 Makefile 的程序員還敢寫代碼嗎？

一口Linux

前言：編譯命令敲累了？是時候?qū)W點自動化了！每次編譯項目是不是手動敲gcc 命令？ 當(dāng)項目文件一多，命令就像繞口令一樣——又長又復(fù)雜，還特別容易出錯。
別怕，今天我就帶你認(rèn)識一個“懶人神器”——Makefile。
用 Makefile 的好處很簡單：

代碼編譯自動化，輕松又高效；

不用手動敲命令，少掉坑；

項目多大都不怕，它全能搞定。只要學(xué)會寫 Makefile，編譯這種枯燥的事情，再也不用你操心！讓我們從零開始，一步步帶你搞清楚它是啥、怎么寫，看完就能用！
1、什么是 Makefile？Makefile 就是一個編譯指揮官，你把編譯規(guī)則寫在里面，之后用一條簡單的命令make，它就會按照規(guī)則自動完成所有的編譯任務(wù)。
打個比方，你是項目經(jīng)理，Makefile 就是你的筆記本，記錄著項目的“施工計劃”：

每個目標(biāo)（比如可執(zhí)行文件main）的來源（哪些源文件）；

這些目標(biāo)要用什么命令生成；

有哪些需要重復(fù)利用的部分（比如中間文件*.o）。一句話：Makefile 幫你自動化處理那些又多又煩的編譯流程！
2、為什么用 Makefile？假設(shè)你有兩個源文件：main.c 和utils.c，手動編譯步驟大概是這樣：

先把main.c 和utils.c 分別編譯成目標(biāo)文件：[/ol]gcc -c main.c -o main.o
gcc -c utils.c -o utils.o 2. 再把目標(biāo)文件鏈接成可執(zhí)行文件：gcc main.o utils.o -o main
看著簡單，但代碼一多，命令就會變成這樣：
gcc -c file1.c -o file1.o
gcc -c file2.c -o file2.o
gcc -c file3.c -o file3.o
...
gcc file1.o file2.o file3.o -o my_program
多打一條命令，多一個機會掉坑；一改代碼，又得全編譯一遍，時間都浪費了。
用 Makefile，只需要：
make
一條命令，全搞定！而且它還會只編譯改動的文件，效率直接起飛。
簡單理解：

沒有 Makefile：自己手敲命令，累。

有了 Makefile：只用一句make，剩下的事全自動完成，爽。3、Makefile 的基本結(jié)構(gòu) (一分鐘搞懂）Makefile 是由一組規(guī)則（rule）組成的，每個規(guī)則都包含三部分：

目標(biāo)（target）：你想要生成的文件，比如main。

依賴（dependencies）：目標(biāo)文件需要哪些源文件或頭文件。

命令（commands）：生成目標(biāo)需要運行的命令。[/ol]舉個例子：
main: main.o utils.o
gcc main.o utils.o -o main
  
main.o: main.c
    gcc -c main.c
utils.o: utils.c
    gcc -c utils.c
什么意思呢？
上面總共 3 條規(guī)則，來說說第一條規(guī)則：

目標(biāo)是main，表示我們要生成一個叫main 的可執(zhí)行文件。

依賴是main.o 和utils.o，也就是說生成main 需要這兩個依賴文件先生成，而這兩個依賴是利用規(guī)則 2 和 規(guī)則 3 生成的。

命令是gcc main.o utils.o -o main，它負(fù)責(zé)把.o 文件編譯成最終的可執(zhí)行文件。[/ol]后兩條規(guī)則類似，告訴make 怎么生成main.o 和utils.o。
簡單嗎？這就相當(dāng)于告訴 Makefile：“你要先準(zhǔn)備好main.o 和utils.o，然后用 gcc 鏈接它們�！�
4、Makefile 基礎(chǔ)功能：讓編譯自動化從這里開始4.1 自動生成目標(biāo)文件如果你每次都向上面一樣手寫main.o、utils.o 的生成規(guī)則，那 Makefile 就會變得非常繁瑣和重復(fù)。好消息是，Makefile 支持通配符，可以自動生成規(guī)則！
%.o: %.c
gcc -c $ -o $@
這段代碼怎么用？假設(shè)你有main.c 和utils.c，Makefile 會自動生成對應(yīng)的規(guī)則：

main.o：由main.c 生成，命令是gcc -c main.c -o main.o；

utils.o：由utils.c 生成，命令是gcc -c utils.c -o utils.o。解釋一下符號：

%.o 和%.c：% 是通配符，表示文件名匹配，比如main.o 和main.c。

$：依賴文件，比如main.c。

$@：目標(biāo)文件，比如main.o。用這個規(guī)則，Makefile 直接幫你生成所有目標(biāo)文件，舒服吧？
而當(dāng)項目文件越多，使用 Makefile 的優(yōu)勢就越大。
4.2 增量編譯：只編譯改動的文件Makefile 有個超棒的功能：只編譯需要更新的文件。
它會檢查每個目標(biāo)的依賴文件，如果依賴文件沒有變化，就跳過編譯。
比如你改了main.c，Makefile 只會重新生成main.o，而utils.o 完全不動。
這個功能在項目文件很多的時候，能節(jié)省一大堆時間。
4.3 清理臨時文件編譯后，會留下很多.o 文件和中間文件。Makefile 可以加一個clean 規(guī)則，幫你一鍵清理：
clean:
rm -f *.o main
直接運行make clean，干凈清爽！
5、Makefile 的進階玩法了解了基本用法后，咱們來看一些能提升開發(fā)效率的進階功能。
5.1 基礎(chǔ)玩法 - 提高可讀性和可維護性1. 使用變量：讓 Makefile 更加簡潔變量怎么使用？比如CC = gcc。變量可以讓 Makefile 更加靈活和易維護。
變量的基本用法：
# 定義變量
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g
TARGET = main
SRCS = main.c utils.c
OBJS = $(SRCS:.c=.o)
# $(SRCS:.c=.o) 是 Makefile 中的一種變量替換，它的作用是把變量 SRCS 中的每個 .c 文件名換成對應(yīng)的 .o 文件名。
# 替換之后 OBJS = main.o utils.o
在命令中使用變量時，需要用$() 的形式引用：
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) $(CFLAGS) $(OBJS) -o $(TARGET)
   
# 使用$()替換變量之后的規(guī)則如下:   
main: main.o utils.o
gcc -Wall -g main.o utils.o -o main
這樣，如果你要修改編譯器或優(yōu)化選項，只需要改動變量部分，而不需要手動修改每條規(guī)則。
2、偽目標(biāo)：讓 Makefile 更靈活在 Makefile 中，有些目標(biāo)（比如clean）不會生成文件，而是用來執(zhí)行特定的命令，比如清理臨時文件。這種目標(biāo)我們稱為 偽目標(biāo)。
問題來了：如果目錄中剛好有個文件名就叫clean，運行make clean 時，Makefile 會誤以為這個文件已經(jīng)存在，導(dǎo)致規(guī)則不執(zhí)行。
怎么解決？
用.PHONY 聲明偽目標(biāo)，告訴make 這個目標(biāo)不是文件，應(yīng)該直接執(zhí)行命令。
示例：聲明偽目標(biāo)
.PHONY: clean
clean:
rm -f $(OBJS) $(TARGET)
這樣，即使目錄中有個名為clean 的文件，make clean 仍然會按規(guī)則執(zhí)行，刪除目標(biāo)文件和中間文件。
記�。悍彩遣簧�成文件的目標(biāo)，都建議用.PHONY 聲明！
5.2  進階玩法 - 構(gòu)建更強大的 Makefile1、模式規(guī)則：適配更多文件類型有時候我們的項目里，不只有.c 文件，還有.cpp 文件。如果要分別寫規(guī)則，那就太麻煩了！這時候，模式規(guī)則 就能幫上大忙。
什么是模式規(guī)則？
模式規(guī)則就是一種通用規(guī)則，用來告訴 Makefile：
“遇到這種類型的文件，該怎么處理�！�
比如，告訴 Makefile：

.c 文件用gcc 編譯；

.cpp 文件用g++ 編譯。這樣，Makefile 會根據(jù)文件后綴自動選擇正確的規(guī)則，不用你手動一個一個寫。
怎么用？支持 C++ 文件
假設(shè)項目里有.cpp 文件，我們可以加一個模式規(guī)則：
%.o: %.cpp
g++ -c $ -o $@
這樣，Makefile 會自動把所有.cpp 文件編譯成.o 文件，完全不用你操心。
如何同時支持 C 和 C++ 文件？
如果項目里既有.c 文件，也有.cpp 文件，那我們可以寫兩條規(guī)則：
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $ -o $@
%.o: %.cpp
g++ -c $ -o $@
這兩條規(guī)則的作用：

第一條：告訴 Makefile，.c 文件用gcc 編譯。

第二條：告訴 Makefile，.cpp 文件用g++ 編譯。[/ol]這樣，不管你的文件是.c 還是.cpp，Makefile 都會自動搞定。
總結(jié)一下：

它會根據(jù)文件類型，自動選擇合適的編譯方式；

你只需要寫一條規(guī)則，Makefile 就能幫你搞定一大堆文件；

再也不用重復(fù)寫規(guī)則了，省事又高效！記�。何募�后綴不同？用模式規(guī)則全搞定！
2、條件語句：讓 Makefile 更聰明條件語句可以讓 Makefile 根據(jù)實際情況調(diào)整規(guī)則，比如不同的操作系統(tǒng)、不同的編譯模式，用起來既靈活又省心。
1、適配不同平臺
不同操作系統(tǒng)的命令可能不一樣，比如刪除文件，Linux 用rm，Windows 用del。通過條件語句，Makefile 可以自動選擇正確的命令：
OS = $(shell uname)
ifeq ($(OS), Linux)
CLEAN_CMD = rm -f
else
CLEAN_CMD = del
endif
clean:
$(CLEAN_CMD) *.o $(TARGET)

在 Linux 上運行make clean：執(zhí)行rm -f；

在 Windows 上運行make clean：執(zhí)行del。這樣，無論在哪個平臺都不用手動改命令了，省事！
2、切換編譯模式
開發(fā)過程中經(jīng)常需要在調(diào)試模式（debug）和發(fā)布模式（release）之間切換：

調(diào)試模式：包含調(diào)試信息（方便排查問題）。

發(fā)布模式：優(yōu)化性能（適合生產(chǎn)環(huán)境）。用條件語句很容易實現(xiàn)：
ifeq ($(MODE), debug)
CFLAGS = -g -O0
else
CFLAGS = -O2
endif
all:
$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SRCS)

運行調(diào)試模式：make MODE=debug
用-g 和-O0 編譯，生成帶調(diào)試信息的程序。

運行發(fā)布模式：make
或：
make MODE=release
用-O2 編譯，生成優(yōu)化后的高性能程序。
小結(jié)一下：

適配不同平臺： 條件語句讓 Makefile 在 Linux 和 Windows 上都能用。

切換編譯模式： 方便開發(fā)階段調(diào)試和生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)化。3、自動化依賴管理： 讓 Makefile 更聰明！在寫代碼時，.c 文件往往會用到頭文件.h。比如，你的main.c 里可能有一句：
#include "utils.h"
如果有一天你修改了utils.h，Makefile 怎么知道它需要重新編譯main.c 呢？
靠你手動寫依賴規(guī)則？別開玩笑了，項目文件一多，光靠手動寫依賴會把人累趴。
這時候，自動化依賴管理就派上用場了。
什么是自動化依賴管理？

自動化依賴管理的核心是用gcc -M 命令，它能幫你自動生成.c 文件和.h 文件的依賴關(guān)系。每次你修改頭文件時，Makefile 會自動觸發(fā)相關(guān)的.c 文件重新編譯。代碼怎么寫？
看下面這個 Makefile 示例：
# 定義依賴文件列表
DEPS = $(SRCS:.c=.d)
# 生成 .d 文件，寫入依賴規(guī)則
%.d: %.c
$(CC) -M $ > $@
# 包含依賴文件
include $(DEPS)
它到底做了什么？

定義依賴文件[/ol]DEPS = $(SRCS:.c=.d)
把源文件列表SRCS 中的每個.c 文件，替換成對應(yīng)的.d 文件，比如：

main.c →main.d

utils.c →utils.d這些.d 文件就是用來記錄.c 和.h 之間的關(guān)系。
2. 自動生成依賴規(guī)則
%.d: %.c
$(CC) -M $ > $@
這條規(guī)則會用gcc -M 為每個.c 文件生成一個.d 文件，里面記錄了它依賴哪些頭文件。
比如，如果你的main.c 包含了utils.h，生成的main.d 文件可能是這樣的：
main.o: main.c utils.h3. 包含依賴規(guī)則include $(DEPS)
這句話告訴 Makefile，把所有.d 文件里的內(nèi)容加載進來。每次運行 Makefile 時，它都會檢查.d 文件里的規(guī)則，看哪些文件需要重新編譯。
效果如何？
假設(shè)你有以下文件：

main.c 依賴utils.h；

utils.c 不依賴任何頭文件。如果你修改了utils.h，Makefile 會自動發(fā)現(xiàn)這個改動，然后只重新編譯main.c，而不會動utils.c。
自動化依賴管理的好處：

再也不用手動寫依賴規(guī)則，讓 Makefile 更智能；

每次頭文件更新時，Makefile 自動判斷哪些文件需要重新編譯；

即使項目文件多到爆，也能輕松應(yīng)對。[/ol]簡單記住：“有.h 文件，就用gcc -M 自動生成依賴！”
4、多目標(biāo)支持：用 Makefile 管理多個模塊當(dāng)你的項目文件越來越多，甚至分成了多個模塊，比如lib 是核心功能模塊，app 是主程序模塊，光靠一個 Makefile 已經(jīng)很難搞定了。
這時候，聰明的做法是：

每個模塊有自己的 Makefile，單獨管理自己的規(guī)則；

用一個主 Makefile 調(diào)度所有模塊，讓項目更清晰、更高效！分模塊的做法：
1. 給每個模塊單獨寫一個 Makefile
比如，在lib 模塊的目錄下，我們寫一個lib/Makefile：
# lib/Makefile
lib.a: lib.o               # 定義目標(biāo) lib.a
ar rcs lib.a lib.o       # 把 lib.o 打包成靜態(tài)庫 lib.a
lib.o: lib.c               # 編譯規(guī)則：生成 lib.o
gcc -c lib.c -o lib.o

lib.a 是靜態(tài)庫，ar rcs 是打包命令。

這個 Makefile 只關(guān)心lib 模塊自己的文件，不影響其他模塊。2. 用主 Makefile 調(diào)度所有模塊
主 Makefile 位于項目根目錄，負(fù)責(zé)把所有模塊串起來。它并不關(guān)心每個模塊的具體規(guī)則，而是遞歸調(diào)用每個模塊自己的 Makefile：
# 主 Makefile
SUBDIRS = lib app          # 定義模塊目錄
all: $(SUBDIRS)            # 主目標(biāo)：編譯所有模塊
$(SUBDIRS):                # 遞歸調(diào)用每個模塊的 Makefile
$(MAKE) -C $@
clean:                     # 清理所有模塊
for dir in $(SUBDIRS); do $(MAKE) -C $$dir clean; done
代碼解釋：
1. SUBDIR 是模塊列表：這里定義了項目中的模塊，比如lib 和app。每個模塊目錄都有自己的 Makefile。
2. $(MAKE) -C $@  是關(guān)鍵：這條命令的意思是切換到指定目錄（-C），然后運行這個目錄里的 Makefile。比如，$(MAKE) -C lib 就是到lib 目錄運行它的 Makefile。
[/ol]3. 遞歸清理 :  clean 目標(biāo)會循環(huán)進入每個模塊目錄，調(diào)用它們的clean 規(guī)則。注意$$dir 中的雙$，是為了讓 Makefile 能正確解析。
整體效果:

你可以在主目錄運行make，它會自動編譯所有模塊；

運行make clean 時，它會遞歸清理所有模塊的臨時文件；

每個模塊的規(guī)則獨立，清晰又方便維護。用主 Makefile 調(diào)度多個模塊的好處：

結(jié)構(gòu)清晰：每個模塊的規(guī)則獨立管理，主 Makefile 只負(fù)責(zé)調(diào)度。

易于維護：修改或新增模塊時，只需在SUBDIRS 添加對應(yīng)模塊目錄即可。

高效遞歸：通過$(MAKE) -C 調(diào)用子目錄的 Makefile，模塊間互不干擾。[/ol]簡單來說：分模塊管理，用主 Makefile 調(diào)度，一切井井有條！
5.3 高階玩法 - 優(yōu)化效率與靈活性1. 并行編譯：提高效率Makefile 的make 命令支持并行執(zhí)行多個規(guī)則，用-j 參數(shù)指定并行任務(wù)數(shù)。
示例：并行編譯
make -j4
這會同時運行最多 4 個任務(wù)，充分利用多核 CPU，顯著提升大項目的編譯速度。
2. 自定義函數(shù)：復(fù)用邏輯在寫 Makefile 時，如果規(guī)則中有重復(fù)的編譯邏輯，比如把.c 文件編譯成.o 文件，一直重復(fù)寫$(CC) $(CFLAGS) 就很麻煩。這時候，我們可以用自定義函數(shù)來統(tǒng)一管理這些重復(fù)操作，既方便又省事！
定義函數(shù)：
用define 和endef 定義一個編譯函數(shù)：
define compile
$(CC) $(CFLAGS) -c $ -o $@
endef

compile 是函數(shù)名，表示編譯的邏輯；

$ 是依賴文件（比如main.c），$@ 是目標(biāo)文件（比如main.o）。使用函數(shù):
調(diào)用自定義函數(shù)時，用$(call 函數(shù)名)：
%.o: %.c
$(call compile)
這條規(guī)則會自動把.c 文件編譯成對應(yīng)的.o 文件。
小結(jié)一下：

自定義函數(shù)減少了重復(fù)代碼；

修改邏輯時，只需改函數(shù)定義，其他地方不用動；

讓 Makefile 簡潔易讀，清晰高效。[/ol]一句話：把重復(fù)的邏輯封裝成函數(shù)，Makefile 也能優(yōu)雅起來！
3. 靜態(tài)模式規(guī)則：批量生成目標(biāo)文件當(dāng)多個文件需要用相似的規(guī)則編譯時，一個個寫太麻煩，用靜態(tài)模式規(guī)則 就能一次性搞定！
先來看個簡單示例： 假設(shè)我們要把多個.c 文件編譯成.o 文件：
OBJS = main.o utils.o io.o
$(OBJS): %.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $ -o $@
這是什么意思？

$(OBJS) 是目標(biāo)文件列表，比如main.o、utils.o；

%.o: %.c 說明每個.o 文件由對應(yīng)的.c 文件生成；

$ 是源文件（如main.c），$@ 是目標(biāo)文件（如main.o）。優(yōu)點：

減少重復(fù)：一條規(guī)則批量處理，省時省力；

自動匹配：文件名自動對應(yīng)，無需手動寫每條規(guī)則。[/ol]這里順便提下 通配模式規(guī)則，這兩種模式用法很相似。
對于更簡單的項目，你可以用通配模式規(guī)則來實現(xiàn)類似效果：
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $ -o $@
解釋一下：

每個.o 文件由對應(yīng)的.c 文件生成；

通配符% 會匹配任意文件名，比如main.c 自動對應(yīng)main.o。靜態(tài)模式規(guī)則 vs. 通配模式規(guī)則
特性靜態(tài)模式規(guī)則通配模式規(guī)則匹配范圍針對特定目標(biāo)列表（如$(OBJS)
）自動匹配所有符合%
的文件靈活性控制更精確，只處理指定的目標(biāo)文件簡單統(tǒng)一，適合全局規(guī)則適用場景文件多、規(guī)則復(fù)雜，特定文件需要特殊處理文件少、規(guī)則統(tǒng)一，簡單項目總結(jié)：

通配模式規(guī)則適合簡單項目，一條規(guī)則處理所有文件；

靜態(tài)模式規(guī)則適合復(fù)雜項目，可以精確控制哪些文件應(yīng)用規(guī)則。記�。汉唵稳�局用通配，精準(zhǔn)處理選靜態(tài)！
4. 跨平臺構(gòu)建：用 CMake 生成 Makefile如果項目需要在多個平臺（如 Windows、Linux、macOS）上編譯，直接寫 Makefile 會很麻煩。這時，可以用 CMake 自動生成適配不同平臺的 Makefile。
使用方法：
1. 創(chuàng)建 CMake 配置文件
在項目目錄下新建CMakeLists.txt，內(nèi)容如下：

# 聲明最低版本要求cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
# 定義項目名稱project(MyProject)
# 指定可執(zhí)行文件add_executable(main main.c utils.c)2. 生成 Makefile
在終端運行：
cmake .
3. 編譯項目
使用生成的 Makefile：
make
優(yōu)點:

跨平臺：適配 Windows、Linux、macOS 等操作系統(tǒng)；

簡化管理：無需手寫復(fù)雜的 Makefile。一句話總結(jié)：用 CMake 自動生成 Makefile，跨平臺編譯就是這么簡單！
五、完整示例結(jié)合前面學(xué)到的內(nèi)容，來看看一個完整的 Makefile：
# 定義變量
CC = gcc                     # 編譯器
CFLAGS = -Wall -g            # 編譯參數(shù)：開啟所有警告和調(diào)試信息
SRCS =  $(wildcard *.c)      # 獲取當(dāng)前目錄下所有的 .c 文件，并賦值給 SRCS 變量，例如：SRCS = main.c utils.c
OBJS = $(SRCS:.c=.o)         # 把 .c 文件替換成 .o 文件，替換之后，OBJS = main.o utils.o
TARGET = main                # 最終生成的可執(zhí)行文件
# 編譯規(guī)則
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) $(CFLAGS) $(OBJS) -o $(TARGET)
# 生成 .o 文件規(guī)則
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $ -o $@
# 加上 .PHONY 聲明偽目標(biāo)
.PHONY: clean
clean:
rm -f $(OBJS) $(TARGET)
使用：

make：生成 可執(zhí)行文件main；

make clean：會刪除所有.o 文件和可執(zhí)行文件main，保持項目目錄干凈。看了這篇文章，相信你看上面的 Makefile 代碼 應(yīng)該很輕松！六、寫在最后：從 Makefile 開始，走向編譯自動化！Makefile 就是編譯中的“懶人神器”，一旦用上，你會發(fā)現(xiàn)：

不再手動敲命令，編譯變得更簡單；

即使項目越來越大，管理起來也毫不費力；

提高效率，節(jié)省時間，輕松搞定復(fù)雜編譯！如果你還在手動敲命令，趕緊試試寫個 Makefile，體驗一下自動化的快樂吧～
下篇文章我們將帶你進入 CMake 的世界，了解如何跨平臺管理項目，敬請期待！
end

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