Makefile是如何編譯代碼文件的？

Makefile 簡介

makefile文件最常用的作用是，告訴make程序，如何來編譯以及連接程序，最終生成可執(zhí)行的二進(jìn)制文件。

Makefile 最基礎(chǔ)的規(guī)則格式如下：

Target … ： Prerequisites …

Recipe

…

…

Target 是目標(biāo)文件，通常就是程序編譯最終所要產(chǎn)生的文件，比如二進(jìn)制可執(zhí)行文件，或者是obj文件

Prerequisite是先決條件，也就是生成目標(biāo)文件所需的輸入文件，一個(gè)目標(biāo)文件通常依賴于多個(gè)文件

Recipe是執(zhí)行命令?？梢杂卸鄠€(gè)執(zhí)行命令，可以在同一行，也可以分成多行。特別要注意的是，每個(gè)Recipe之前都要加Tab

通常Recipe中會(huì)包含Prerequisite，并且任意一個(gè)Prerequisite文件有更改時(shí)，都會(huì)重新生成Target文件

生成目標(biāo)hex文件的流程

makefile最廣泛的應(yīng)用就是把一堆代碼文件編譯成二進(jìn)制的可執(zhí)行文件，比如hex文件。

首先把所有的.c文件以及其包含的.h文件，分別都編譯為.o文件。

然后把所有生成的.o文件與link文件一起，生成.elf文件和.map文件

最后由.elf文件生成.hex文件

循序漸進(jìn)的例子

1. 首先準(zhǔn)備好編譯器和demo代碼

可以在hightec的官網(wǎng)上下載hightec的評(píng)估版軟件

然后在HighTec中新建一個(gè)HelloSerial的Demo例子

創(chuàng)建完就會(huì)自動(dòng)生成如下的.c和.h文件，這個(gè)就可以直接在Hightec中編譯了。

2. 最最直接的makefile

為了說明makefile是如何工作的，先從最簡單的情況開始說明。

首先為了消除路徑的影響，先把所有的.c和.h文件還有l(wèi)ink文件（.ld文件）都放到同一個(gè)文件夾內(nèi)，然后新建一個(gè)名叫makefile的文件

下面我們看一下最最最直接的makefile長什么樣，相信在任何一個(gè)項(xiàng)目中，都不會(huì)有人這么寫makefile的，暫且叫他版本0

紅色的就是Target，所謂目標(biāo)文件。比如我們?cè)谖募A路徑下的命令窗口輸入MakeAll

就是告訴make命令，想要生成all這個(gè)目標(biāo)，然后all這個(gè)目標(biāo)又依賴于HelloSerial_Demo.elf 這個(gè)Prerequisite 也就是先決條件

于是就要生成HelloSerial_Demo.elf，這時(shí)，HelloSerial_Demo.elf就變成了目標(biāo)文件。

然后為了要生成HelloSerial_Demo.elf這個(gè)目標(biāo)文件，就需要hello.o，system_tc27x.o，uart_init_poll.o，uart_poll.o，usr_sprintf.o這些Prerequisite

于是這些.o文件又變成了目標(biāo)文件，需要對(duì)應(yīng)的.c文件和其中包含的.h文件來生成

比如要生成hello.o 這個(gè)文件，就需要hello.c，led.huart_poll.h，system_tc2x.h，usr_sprintf.h 這些文件，由于這些文件已經(jīng)在目錄下面了，所以就可以直接用了。

然后還需要Recipe，也就是執(zhí)行命令來生成目標(biāo)文件，這邊的執(zhí)行命令就是"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc"-c hello.c

其中"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc"是調(diào)用HighTec安裝的編譯器，tricore-gcc.exe

這個(gè)不是固定的，我們需要用哪個(gè)編譯器來編譯.c文件，那么這邊就調(diào)用哪個(gè)編譯器的.exe文件。

-c 表示編譯源文件，但不進(jìn)行l(wèi)ink。這條指令就是告訴tricore-gcc.exe把hello.c這個(gè)文件編譯成hello.o

類似的，把所有的.c文件都編譯為.o文件后，就會(huì)進(jìn)行l(wèi)ink的操作，生成HelloSerial_Demo.elf這個(gè)文件。具體的執(zhí)行命令如下：

"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc" \\

-o "HelloSerial_Demo.elf" \\

-T"iROM.ld" \\

hello.o system_tc27x.o uart_init_poll.o uart_poll.ousr_sprintf.o \\

-Wl,--gc-sections -mcpu=tc27xx \\

-Wl,--no-warn-flags \\

-Wl,-Map="HelloSerial_Demo.map"

其中

"C:/HIGHTEC/toolchains/tricore/v4.6.6.1/bin/tricore-gcc" 是調(diào)用編譯器

-o "HelloSerial_Demo.elf" 是指定輸出文件的名字叫"HelloSerial_Demo.elf"

-T"iROM.ld" 是指定link文件

hello.o system_tc27x.o uart_init_poll.o uart_poll.o usr_sprintf.o 這些是要被link的.o文件

-Wl 由于這邊是通過tricore-gcc 編譯器驅(qū)動(dòng)鏈接的指令，所以對(duì)鏈接的指令需要加前綴'-Wl'，

--gc-sections -mcpu=tc27xx 表示section的分配是按照 tc27xx 這個(gè)系列的cpu來執(zhí)行的

--no-warn-flags 表示不會(huì)產(chǎn)生警告信息

-Map="HelloSerial_Demo.map" 表示會(huì)生成一個(gè)map文件

""是換行符

3. makefile中的變量

在版本0中的makefile中，只用了makefile最基本的規(guī)則，這樣的makefile具體做什么，看著是挺清楚的，但寫起來很麻煩。

makefile中可以使用變量，這樣，會(huì)看起來簡單一些

比如對(duì)于版本0中的makefile，需要用到的.o文件定義了多次，編譯器的路徑也定義了多次，那我們就可以把這些做成一個(gè)變量，使用的時(shí)候就可以直接使用了。

定義變量的方法是：<變量名> = <內(nèi)容>

使用變量的方法時(shí)：$(變量名)

我們把所有的.o文件對(duì)象和編譯器路徑定義為變量，得到如下的makefile版本1

4. <-I "dir">指令

對(duì)于版本1的makefile還有個(gè)問題，就是每次要編譯.c文件為.o文件時(shí)，需要把這個(gè).c文件所用的.h文件，以及.h文件里用到的.h文件都要寫出來。

這樣寫當(dāng)然也有好處，就是任何.h文件有變化時(shí)，包含這個(gè).h文件的.c文件也會(huì)重新編譯一個(gè)新的.o文件。

但是如果有成百上千個(gè).c文件時(shí)，把所有.c文件用到的.h文件都找出來，這個(gè)工作量也是巨大的。

所以可以用一種妥協(xié)的方法，就是無論編譯哪個(gè).c文件時(shí)，把所有的.h文件都包含進(jìn)來，這樣就不用管這個(gè).c文件到底用到了哪些.h文件。

想要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，那就可以在編譯.c文件時(shí)，增加<-I "dir">這個(gè)指令

于是我們可以得到版本2的makefile，這樣看起來又簡單了一些。不過這種方法會(huì)有一個(gè)問題，就是.h文件變更時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的.c文件重新編譯

這個(gè)問題其實(shí)也是可以解決的，后面引入依賴文件時(shí)，就可以 解決這個(gè)問題

相比于之前的makefile，這里生成.o文件時(shí)的先決條件中就沒有.h文件了，而是在執(zhí)行命令中添加了包含.h文件夾的參數(shù)。

5. vpath指令

可能大家也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在每個(gè).c文件的編譯命令都一樣了，只有文件名不一樣，這個(gè)是不是可以優(yōu)化呢，當(dāng)然是可以的

vpath指令可以在指定的目錄下面找特定的文件，比如我要找在某個(gè)文件夾下面所有的.c文件，指令如下：

vpath %.c E:/c10_Workspace/complier_demo

這就表示需要的時(shí)候，make就會(huì)在E:/c10_Workspace/complier_demo找，看有沒有make需要的.c文件，%.c 表示所有后綴名為.c的文件

利用vpath指令，我們就可以繼續(xù)簡化makefile，得到版本2的makefile。

這里把.c編譯為.o的指令合并為一個(gè)指令了。所有需要的.o文件都可以在vpath指定的路徑中找到對(duì)應(yīng)的.c文件（這里是make的一個(gè)默認(rèn)規(guī)則，.o和.c文件的名稱是一致的），然后進(jìn)行編譯

6. 生成依賴文件 (.d)

我們可以讓編譯器在編譯.c文件的時(shí)候，同時(shí)生成一個(gè).d的依賴文件，在依賴文件中，會(huì)列出這個(gè).c文件所包含的所有.h文件。

生成的.d文件如下，會(huì)把這個(gè).d文件作為一個(gè)Traget，Prerequisite文件就是其對(duì)應(yīng)的.c文件，以及.c文件所引用的所有頭文件。

這樣就把這個(gè).c文件所生成的.d文件和這個(gè).c文件引用的所有.h文件就關(guān)聯(lián)起來了。

當(dāng)某一個(gè).h文件有修改時(shí)，引用這個(gè)頭文件的.c文件所生成的.d文件就會(huì)被認(rèn)為要重新生成，再配合上對(duì)應(yīng)生成規(guī)則，就可以保證當(dāng)某一個(gè).h文件修改時(shí)，包含這個(gè).h的所有.c文件都會(huì)重新編譯。

于是就得到了版本3的makefile

首先增加了依賴文件的變量定義（DEPS），里面定義了所有的依賴文件。

其次在.c編譯為.o文件時(shí)，增加了指令 -MMD -MP -MF，以及-MT。這些指令的作用都是生成.d的依賴文件，"(@:%.o=%.d)"是依賴文件的文件名，由于依賴文件和目標(biāo)的.o文件是同名，只是后綴由.o變?yōu)?d，所以這邊"(@:%.o=%.d)"的作用就是把目標(biāo).o文件的后綴改為.d，作為生成的依賴文件的文件名。

同時(shí)增加了目標(biāo)文件.d對(duì).c文件的規(guī)則，表示.d文件如果需要重新生成的話，就會(huì)按照這個(gè)規(guī)則，把.c文件重新編譯一份.o文件。由于這邊目標(biāo)文件就是.d文件，所以這里就直接使用了"$@"來指定生成.d文件的名稱。

最后增加了include的指令，把所有的生成的依賴文件都包含進(jìn)來。include的作用就是把include的文件里的內(nèi)容直接加到當(dāng)前的makefile中。也就是增加.d文件和對(duì)應(yīng).c文件和.h文件的規(guī)則。保證了當(dāng).h文件被修改時(shí)，對(duì)應(yīng)的.d也會(huì)被要求重新生成，從而去重新編譯對(duì)應(yīng)的.c文件，生成新的.o文件。

7. 通過定義代碼文件夾，自動(dòng)推導(dǎo)出編譯所需的文件

通過之前的步驟，一個(gè)功能比較完善的makefile就寫完了。但還有一個(gè)問題，目前所有的.c和.h文件都在一個(gè)文件夾內(nèi)，而且生成的.o和.d文件也都在同一個(gè)文件夾，這樣很不利于管理。

我們把文件夾路徑調(diào)整的跟實(shí)際更為貼切一些，如下圖所示，.c分件分別在5個(gè)不同source_code的文件夾中，.h文件分別在6個(gè)不同的include_file中，makefile和link文件在complie_env中，編譯完產(chǎn)生的map文件和elf文件，也在complie_env中，同時(shí)在編譯時(shí)，complie_env中還會(huì)生成一個(gè)臨時(shí)文件夾tmp，用來存放.o和.d文件。

同時(shí)，手動(dòng)定義.o文件和.d文件也很麻煩，我們也可以直接從給定的文件夾中尋找所有的.c文件，然后根據(jù)文件夾的相對(duì)路徑推導(dǎo)出.o和.d文件

于是就有了版本4的makefile

首先定義存放臨時(shí)文件(.d和.o文件)的文件夾，makefile中都推薦使用相對(duì)路徑，這樣不管工程放在什么路徑下面，只要文件夾結(jié)構(gòu)不變就都能正常運(yùn)行。"./"表示makefile當(dāng)前文件夾的路徑。

然后定義包含所有需要參與編譯的.c文件的文件夾，這些文件里所有的.c文件都會(huì)參與編譯，"../"表示makefile當(dāng)前文件夾的上一層文件夾路徑。

接著定義所有被引用的.h文件的文件夾。

再接著根據(jù)定義的.c文件的文件夾，找出這些文件夾里所有的.c文件。這里有兩個(gè)指令可以解釋一下，一個(gè)是 foreach，"foreach DIR, **(SRC_DIRS), **(wildcard (DIR)/*.c)"表示對(duì)SRC_DIRS中定義的所有文件夾做一個(gè)for循環(huán)，當(dāng)前循環(huán)的文件夾名叫DIR。另一個(gè)是wildcard，"(wildcard $(DIR)/*.c"表示找到DIR這個(gè)文件夾下面所有的.c文件。這樣就把SRC_DIRS中定義的所有的文件夾里所有的.c文件都找出來了，給到SRCS這個(gè)變量中。

有了所有.c文件后，就可以推導(dǎo)出所有的.o文件，由于.o文件的位置和.c文件不一樣，所以具體推導(dǎo).o文件的步驟就是將.c文件的文件夾路徑去掉，只保留.c文件的文件名，然后加上將要存放.o文件的路徑，以及把.c的后綴換成.o。這一些列的動(dòng)作，都可以用"OBJS = **(patsubst %.c, {TMP_DIR}/%.o,(notdir **{SRCS}))"這個(gè)命令來實(shí)現(xiàn)。"nodir"就是去掉文件夾路徑，"patsubst"是替換指令，這里是把所有.c文件替換為.o文件，并加上路徑。

最后就是根據(jù).o文件定義.d依賴文件，由于.d文件和.o文件都會(huì)放在臨時(shí)文件夾中，所以只要簡單的將.o文件的后綴.o換成.d就可以了。

由于.o文件和.d文件的位置發(fā)生了變化，執(zhí)行語句的命令也要做修改，.o和.d的目標(biāo)文件都加了路徑，命令中也加了"-o"，明確指定了編譯后的.o文件存放的位置。

8. 將makefile按功能分類

現(xiàn)在可以看到，由于加了代碼文件夾和頭文件文件夾的定義，makefile文件變長了不少，如果是大型項(xiàng)目，那么代碼文件夾和頭文件夾的數(shù)目會(huì)更多。為了更好的維護(hù)makefile，我們可以按照功能多定義幾個(gè)makefile，然后在主makefile中include這些makefile，這樣使得層次更加清晰，也更好維護(hù)。

比如可以新建一個(gè)source.mk的文件，里面定義想要生成的二進(jìn)制文件的名稱，c代碼文件夾，頭文件文件夾，臨時(shí)文件夾，推導(dǎo)出所有的.c，.o，.d文件

還可以再建一個(gè)congif.mk的文件，里面定義跟編譯器相關(guān)的一些設(shè)置，比如編譯器的路徑，刪除命令的定義，編譯時(shí)的參數(shù)等

這樣我們的主makefile又變得簡潔了，而且這個(gè)文件基本就可以不用修改了。如果編譯設(shè)置要修改的話，就修改config.mk，如果需要編譯代碼的內(nèi)容有修改的話，就去修改source.mk。維護(hù)起來就很清晰了，美滋滋~

9. 刪除編譯產(chǎn)生的文件

我們有時(shí)不但需要編譯文件，也需要?jiǎng)h除之前編譯的文件，這個(gè)也可以在makefile中完成。

我們可以添加clean功能，在clean為目標(biāo)的情況下，執(zhí)行刪除命令，刪除.o文件，.d文件，elf文件和map文件

這邊介紹一下PHONY功能，因?yàn)閍ll和clean作為Target時(shí)，這兩個(gè)命令并不是真正的文件名，也就是并不是要生成名為all或者clean的文件。但是萬一有文件名叫all或者clean的文件話，就會(huì)產(chǎn)生歧義，這時(shí)就可以用.PHONY來定義all和clean，告訴make，這兩個(gè)是命令，而不是文件，防止發(fā)生其想不到的問題。

另外，由于執(zhí)行clean命令時(shí)，僅僅是想刪除文件，并不需要去推導(dǎo)依賴文件，所以這邊使用ifneq來判斷，如果命令是clean的話，就不包含依賴文件了。

同時(shí)，也增加了rebuild功能，如果執(zhí)行make rebuild的話，就會(huì)先clean，刪除之前的文件，然后再生成目標(biāo)文件。

10. 調(diào)用makefile

如果makefile的名字就叫makefile或Makefile，那么可以在cmd的命令框中，將路徑切換到makefile的路徑，直接輸入make all，進(jìn)行編譯，或者make clean，刪除之前編譯的文件。

但makefile的名字也不一定非要這么叫，我們可以任意起名字，調(diào)用的時(shí)候只要增加參數(shù) "-f" 然后加上文件名就可以了，比如：

make -f makefile_ver5 all，或者make -f makefile_ver5 clean

另外，還有一個(gè)參數(shù)比較使用的就是"-j"加數(shù)字，比如

make all -j8

數(shù)字可以根據(jù)自己電腦cpu的線程數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)表示可以多個(gè)線程并行處理命令，也就是可以同時(shí)編譯多個(gè).c文件，這樣可以提高編譯速度。

另外如果嫌每次要打開cmd窗口比較麻煩的話，也可以建一個(gè)build.bat的批處理文件，這樣想要編譯時(shí)，就直接雙擊這個(gè)文件就可以了。

Cmd /k的作用是運(yùn)行完仍然保留cmd窗口，這樣如果有錯(cuò)誤的話就能看到了。

build.bat文件的內(nèi)容如下：

后記

這篇文將主要是介紹makefile的規(guī)則和大概的運(yùn)行原理，知道這些之后，大家可以根據(jù)實(shí)際需要來自己寫makefile，或者把之前項(xiàng)目中的makefile按自己的理解優(yōu)化。

關(guān)于make的參數(shù)和詳細(xì)說明可以參考"make.pdf"，關(guān)于編譯器的參數(shù)詳細(xì)說明可以參考“tricore-gcc.pdf”，關(guān)于鏈接的參數(shù)詳細(xì)說明，可以參考“tricore-ld.pdf”。這些都在百度網(wǎng)盤里，代碼和makefile也在里面。感興趣的可以下下來看看。或者根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際的情況查閱對(duì)應(yīng)的make，編譯和link的對(duì)應(yīng)文檔。