Makefile 入門教學

Makefile 是一個非常強大的構建自動化工具，用於管理專案的編譯、連結和其他構建任務。以下是一個詳細的 Makefile 使用檔案，包括基本概念、語法、範例和常見任務。

1. 基本概念

• 目標 (Targets)：在 Makefile 中，目標是要生成的檔案或執行的操作的名稱。目標可以是檔名，也可以是偽目標，用於執行特定任務而不生成檔案。
• 依賴項 (Dependencies)：依賴項是與目標相關聯的檔案或其他目標，它們在目標生成之前必須存在或已經生成。
• 規則 (Rules)：規則定義瞭如何生成目標以及生成目標所需的命令。
• 命令 (Commands)：命令是在生成目標時要執行的操作。命令必須以 Tab 鍵開頭。
• 變數 (Variables)：變數用於儲存文字或命令，並可以在整個 Makefile 中重複使用。
• 偽目標 (Phony Targets)：偽目標是不代表實際檔案的目標，而是用於執行特定操作的標記。

2. Makefile 語法

一個基本的 Makefile 規則的語法如下：

target: dependencies
    command

• target：要生成的目標的名稱。
• dependencies：生成目標所需的檔案或其他目標的列表。
• command：生成目標的命令，必須以 Tab 鍵開頭。

3. 範例 Makefile

以下是一個簡單的範例 Makefile，用於編譯一個 C 程式：

CC = gcc
CFLAGS = -Wall
TARGET = myprogram
SOURCES = main.c utils.c

$(TARGET): $(SOURCES)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SOURCES)

clean:
    rm -f $(TARGET)

這個 Makefile 使用了變數 CC、CFLAGS、TARGET 和 SOURCES，並定義了一個 all 目標用於編譯程式，以及一個 clean 目標用於清理生成的檔案。

4. 常見任務

4.1 編譯專案

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(SOURCES)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SOURCES)

4.2 清理生成的檔案

clean:
    rm -f $(TARGET)

4.3 使用變數

CC = gcc
CFLAGS = -Wall
TARGET = myprogram
SOURCES = main.c utils.c

$(TARGET): $(SOURCES)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SOURCES)

4.4 偽目標

.PHONY: clean

clean:
    rm -f $(TARGET)

5. 高階用法

除了基本用法外，還支援一些高階用法，可以用來處理更復雜的構建需求。以下是一些高階用法的詳細介紹：

5.1 條件語句和函數

條件語句

Makefile 支援條件語句，可以根據條件來執行不同的規則或命令。通常使用 ifeq 和 ifdef 這兩個條件語句。

ifeq ($(VARIABLE), value)
    # 條件為真時的規則和命令
else
    # 條件為假時的規則和命令
endif

例如，可以根據是否定義了 DEBUG 變數來設定不同的編譯選項：

ifeq ($(DEBUG), 1)
    CFLAGS = -g
else
    CFLAGS = -O2
endif

函數

Makefile 還提供了一些內建函數，用於處理文字和檔案列表。以下是一些常見的函數：

• $(shell command)：執行 shell 命令並返回結果。
• $(wildcard pattern)：匹配檔名模式並返回符合條件的檔案列表。
• $(foreach var, list, text)：對列表中的每個元素執行指定的操作。
• $(strip string)：刪除字串開頭和結尾的空白字元。
• $(subst find,replace,text)：替換文字中的字串。
• $(filter pattern, text)：從文字中篩選出匹配指定模式的字串。
• $(patsubst pattern,replacement,text)：用指定字串替換文字中的模式。
• $(notdir names)：從檔案路徑中提取檔名。

這些函數可以在 Makefile 中用於各種目的，例如檔案操作、文書處理和條件判斷。

5.2 自動化依賴關係生成

通常，Makefile 中的依賴關係需要手動維護。但是，對於 C/C++ 專案，您可以使用編譯器提供的 -M 選項來自動生成依賴關係。例如：

SOURCES = main.c utils.c
DEPS = $(SOURCES:.c=.d)

%.d: %.c
    $(CC) -M $< -o $@

-include $(DEPS)

在這個範例中，%.d: %.c 規則用於自動生成 .d 檔案，其中包含了 .c 檔案的依賴關係。然後使用 -include 指令來包含這些 .d 檔案，以自動跟蹤依賴關係。

5.3 多目錄專案

對於大型專案，通常需要將 Makefile 拆分成多個子目錄，每個子目錄都有自己的 Makefile。然後，可以使用遞迴或變數傳遞來管理這些子目錄之間的依賴關係。例如：

SUBDIRS = dir1 dir2

all: $(SUBDIRS)

$(SUBDIRS):
    $(MAKE) -C $@

clean:
    for dir in $(SUBDIRS); do \
        $(MAKE) -C $$dir clean; \
    done

在這個範例中，SUBDIRS 變數包含了子目錄的列表。$(MAKE) 是一個 Makefile 中的特殊變數，用於啟動另一個 Makefile。

5.4 高階變數操作

Makefile 支援高階的變數操作，包括字串操作、條件賦值、變數展開等。以下是一些範例：

字串操作

STR1 = hello
STR2 = world
STR3 = $(STR1) $(STR2)

在這個範例中，STR3 的值將是 "hello world"。

條件賦值

FOO ?= default_value

如果 FOO 變數未定義，則將其賦值為 default_value。

變數展開

VAR1 = $(VAR2)
VAR2 = value

在這個範例中，VAR1 的值將是 value，因為 Make 會遞迴地展開變數。

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