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我們在之前的 makefile 學習中，其目標文件（.o）只依賴于源文件（.c）。那么如果在源文件中還包含有頭文件，此時編譯器如何編譯源文件和頭文件呢？我們來看看編譯行為帶來的缺陷：1、預處理器將頭文件中的代碼直接插入源文件；2、編譯器只通過預處理后的源文件產生目標文件；3、規則中以源文件為依賴，命令就可能無法執行。
我們來看看下面的 makefile 有沒有問題
makefile 源碼
OBJS := func.o main.o hello.out : $(OBJS) @gcc -o $@ $^ @echo "Target File ==> $@" $(OBJS) : %.o : %.c @gcc -o $@ -c $^
func.h 源碼
#ifndef _FUNC_H_ #define _FUNC_H_ #define HELLO "Hello D.T." void foo(); #endif
func.c 源碼
#include <stdio.h>
#include "func.h"
void foo()
{
printf("void foo() : %s\n", HELLO);
}main.c 源碼
#include <stdio.h>
#include "func.h"
int main()
{
foo();
return 0;
}我們來看看編譯結果
我們看到已經正確實現了字符串的打印，那么我們接下來在 func.h 源文件中想要改掉這個字符串為 Software 呢？試試看能不能修改成功
我們看到在重新編譯的時候，它并沒有因為頭文件的改變而改變，我們在 makefile 中又沒有進行頭文件的相關添加，改掉頭文件中的內容肯定是不動的。下來我們在模式規則中加上頭文件，在 %.c 后加上 func.h，再來看看編譯結果
我們看到直接添加之后，編譯出錯了。因為 -c 后面的目標中含有頭文件，所以不能直接進行編譯。我們可以只編譯 %.o 后面的第一依賴 %.c，這樣就不會去編譯 func.h 頭文件了，將下面的 $^ 改為 $< ，我們來看看效果
我們看到已經正確改過來了。經過上面的實驗，我們看到：頭文件作為依賴條件出現于每個目標對應的規則中，當頭文件改動時，任何源文件都將會被重新編譯（編譯低效）；當項目中頭文件巨大時，makefile 將很難維護。那么我們的頭腦中不禁會冒出這么個想法：通過命令對自動生成對頭文件的依賴；將生成的依賴自動包含進 makefile 中；當頭文件改動后，自動確認需要重新編譯的文件。那么此時我們還需要知道一個命令，Linux 中的 sed 命令。sed 是一個流編輯器，用于流文本的修改（增、刪、查、改）；它可用于流文本中的字符串替換，其字符串替換方式為：sed 's:src:des:g'，具體格式如下
sed 同樣也支持正則表達式，在 sed 中可以用正則表達式匹配替換目標，并且可以使用匹配的目標生成替換結果。格式如下
下來我們以代碼為例來看看 sed 命令是如何使用的
再來看看 gcc 關鍵編譯選項，獲取目標的完整依賴關系：gcc -M test.c；獲取目標的部分依賴關系：gcc -MM test.c。makefile 如下
.PHONY : test test : gcc -M main.c
編譯結果如下
我們看到 -M 是獲取了它的所有依賴關系，再來試試 -MM 呢
我們看到 -MM 后，它只依賴與 main.c func.h。我們可以拆分目標的依賴，即將目標的完整依賴差分為多個部分依賴。格式如下
我們來做個實驗
.PHONY : a b c test : a b test : b c test : @echo "$^"
我們來打印看看目標 test 的依賴都有哪些，編譯結果如下
那么我們思考下：如何將 sed 和 gcc -MM 用于 makefile，并自動生成依賴關系呢？
我們再來看看 makefile 中的 include 關鍵字，它類似于 C 語言中的 include，是將其它文件的內容原封不動的搬入當前文件。make 對 include 關鍵字的處理方式是在當前目錄下搜索或指定搜索目標文件。如果搜索一成功，便將文件內容搬入當前 makefile 中；如果搜索失敗，將會產生警告，以文件名作為目標查找并執行對應規則，當文件名對應的規則不存在時，最終產生錯誤。格式如下
下來還是以代碼為例來進行說明
.PHONY : test include test.txt all : @echo "this is $@" test.txt : @echo "test.txt" @touch test.txt
我們在第 3 行包含 test.txt，可是當前目錄下并沒有 test.txt，然后觸發 test.txt 的規則。因而會打印出 test.txt，然后再創建 test.txt，我們來看看編譯結果
我們看到確實是創建了一個 test.txt 文件。那么在 makefile 中命令的執行是：1、規則中的每個命令默認是在一個新的進程中執行（Shell）；2、可以通過接續符（；）將多個命令組合成一個命令；3、組合的命令依次在同一個進程中被執行；4、set -e 指定發生錯誤后立即退出執行。那么我們看看下面的代碼會實現想要的功能嗎？
.POHONY : all all : mkdir test cd test mkdir subtest
我們來看看編譯結果
我們看到在當前目錄下創建了目錄，但是 subtest 目錄卻不是在 test 目錄下創建的，這是怎么回事呢？在第一條命令執行時創建了目錄 test，此時這個進程已經關閉了；在第二條命令執行時，執行的是另一個進程，雖然它已經進入到目錄 test 中，但是隨著這個進程的關閉，又回到了當前目錄；第三個進程是重新創建了目錄 subtest。那么如何解決這個問題呢？直接利用 set -e 和 接續符來解決
.PHONY : test all : set -e; \ mkdir test; \ cd test; \ mkdir subtest
看看編譯結果
那么我們之前思考問題的初步思路是：1、通過 gcc -MM 和 sed 得到 .dep 依賴文件（目標的部分依賴），技術點是規則中命令的連續執行；2、通過 include 指令包含所有的 .dep 依賴文件。技術點是當 .dep 依賴文件不存在時，使用規則自動生成。下面我們來看看解決方案是怎樣的
ONY : all clean MKDIR := mkdir RM := rm -fr CC := gcc SRCS := $(wildcard *.c) DEPS := $(SRCS:.c=.dep) include $(DEPS) all : @echo "all" %.dep : %.c @echo "Creating $@ ..." @set -e; \ $(CC) -MM -E $^ | sed 's,\(.*\)\.o[ :]*,objs/\1.o : ,g' > $@ clean : $(RM) $(DEPS)
我們來看看編譯結果
我們先來分析下，在執行 make all 前，它先通過 include 包含 $(DEPS)，通過 $(DEPS) 觸發模式規則，進而創建文件夾。我們看到在前面出現兩個沒有文件夾的信息，其實這條信息是可以隱藏的。我們在 include 前面加上 - 就 OK，來看看效果
我們看到并沒打印出前面的兩條信息了。那么我們再來思考下：如何組織依賴文件相關的規則與源碼編譯相關的規則，進而形成功能完整的 makefile 程序呢？我們如何在 makefile 中組織 .dep 文件到指定目錄呢？初步想法是當 include 發現 .dep 文件不存在時：1、通過規則和命令創建 deps 文件；2、將所有 .dep 文件創建到 deps 文件夾；3、.dep 文件中記錄目標文件的依賴關系。
我們下來看看初步的代碼設計是怎樣的
.PHONY : all clean MKDIR := mkdir RM := rm -rf CC := gcc DIR_DEPS := deps SRCS := $(wildcard *.c) DEPS := $(SRCS:.c=.dep) DEPS := $(addprefix $(DIR_DEPS)/, $(DEPS)) include $(DEPS) all : @echo "all" $(DIR_DEPS) : $(MKDIR) $@ $(DIR_DEPS)/%.dep : $(DIR_DEPS) %.c @echo "Creating $@ ..." @set -e; \ $(CC) -MM -E $(filter %.c, $^) | sed 's,\(.*\)\.o[ :]*,objs/\1.o : ,g' > $@ clean : $(RM) $(DIR_DEPS)
我們來看看編譯結果，是不是都將所有的 .dep 文件放入一個 deps 文件中
我們看到已經實現效果了。我們仔細看看 make 有一個警告，說 main.dep 被修改了，也就是說 main.dep 被重新創建了。那么我們來分析下，為什么一些 .dep 依賴文件會被重復創建多次呢？deps 文件夾的時間屬性會因為依賴文件創建而發生改變，make 發現 deps 文件夾比對應的目標更新，于是乎就觸發相應的規則重新解析和執行命令。那么我們知道了原因，此時這個方案該如何優化呢？我們可以使用 ifeq 動態決定 .dep 目標的依賴，具體 makefile 如下
.PHONY : all clean
MKDIR := mkdir
RM := rm -fr
CC := gcc
DIR_DEPS := deps
SRCS := $(wildcard *.c)
DEPS := $(SRCS:.c=.dep)
DEPS := $(addprefix $(DIR_DEPS)/, $(DEPS))
all :
@echo "all"
ifeq ("$(MAKECMDGOALS)", "all")
-include $(DEPS)
endif
ifeq ("$(MAKECMDGOALS)", "")
-include $(DEPS)
endif
$(DIR_DEPS) :
$(MKDIR) $@
ifeq ("$(wildcard $(DIR_DEPS))", "")
$(DIR_DEPS)/%.dep : $(DIR_DEPS) %.c
else
$(DIR_DEPS)/%.dep : %.c
endif
@echo "Creating $@ ..."
@set -e; \
$(CC) -MM -E $(filter %.c, $^) | sed 's,\(.*\)\.o[ :]*,objs/\1.o : ,g' > $@
clean :
$(RM) $(DIR_DEPS)我們再次編譯看看
我們看到它還是報了這樣的錯誤，有可能是編譯器的優化造成的。思路是正確的。下來我們來看看 include 的一些鮮為人知的秘密。
A、 使用減號（-）不但關閉了 include 發出的警告，同時將關閉了錯誤；當錯誤發生時 make 將忽略這些錯誤！ 以代碼為例來進行分析說明
.PHONY : all include test.txt all : @echo "this is all" test : @echo "creating $@ ..." @echo "other : ; @echo "this is other" " > test.txt
我們來編譯看看
我們看到不但發出警告，而且報錯了。下來我們來在 include 前面加上 - 試試
這樣它也不報錯了，直接就通過了，我們還以為 makefile 寫的對著呢。這便是第一個暗黑操作。下來看看第二個暗黑操作
B、如果 include 觸發規則創建了文件，之后還會發生什么？以代碼為例來進行分析說明
.PHONY : all include test.txt all : @echo "this is all" test.txt : @echo "creating $@ ..." @echo "other : ; @echo "this is other" " > test.txt
看看編譯結果
我們進行直接 make 的時候，發現它輸出的 this is other，并不是我們所期望的 this is all。這是為什么呢？因為在 include 的時候，直接將 test.txt 鋪開在這，此時會觸發規則。makefile 就變成了下面這樣
.PHONY : all other : @echo "creating $@ ..." @echo "this is other" all : @echo "this is all"
我們在直接 make 的時候，它默認執行的是第一個目標，因此便會輸出 this is other，只有當我們 make all 的時候才會輸出 this is all。這便是 include 的第二個暗黑操作了，下面繼續看看第三個
C、如果 include 包含的文件存在，之后會發生什么呢？以代碼為例來進行分析說明
.PHONY : all -include test.txt all : @echo "this is all" test.txt : b.txt @echo "this is $@"
在當前目錄下創建一個 b.txt 文件，看看編譯結果
我們看到同樣也執行了 test.txt 的相應的規則。看看下面這個 makefile 將會輸出什么
.PHONY : all -include test.txt all : @echo "$@ : $^" test.txt : b.txt @echo "creating $@ ..." @echo "all : c.txt" > test.txt
看看結果
我們看到它最后輸出的 all 的依賴是 c.txt，不應該覺得奇怪嗎？我們明明在 all 后面沒有依賴啊。再來看看生成的 test.txt 文件，它的內容是 all : c.txt，因此輸出的結果是我們意想不到的。那么我們關于 include 便有了這幾條總結：1、當目標文件不存在時，以文件名查找規則并執行；2、當目標文件不存在時且查找到的規則中創建了目標文件，將創建成功的目標文件包含進當前的 makefile 中；3、當目標文件存在，將目標文件包含進當前 makefile，以目標文件名查找是否有相應規則，YES 的話則比較規則的依賴關系來決定是否執行規則的命令，NO 的話則 NULL（無操作）。4、當目標文件存在且目標名對應的規則被執行，規則中的命令更新了目標文件，make 重新包含目標文件，替換之前包含的內容。目標文件未被更新，便是 NULL（無操作）。
經過了這么多的知識點的探索，此時已經具備實現之前的想法的能力了。想要實現的具體格式如下
下面我們就根據這個來編寫相關的 makefile。
func.h 源碼
#ifndef FUNC_H #define FUNC_H #define HELLO "hello Makefile" #endif
func.c 源碼
#include <stdio.h>
#include "func.h"
void foo()
{
printf("void foo() : %s\n", HELLO);
}main.c 源碼
#include <stdio.h>
#include "func.h"
int main()
{
foo();
return 0;
}makefile 源碼
.PHONY : all clean
MKDIR := mkdir
RM := rm -rf
CC := gcc
DIR_DEPS := deps
DIR_OBJS := objs
DIR_EXES := exes
DIRS := $(DIR_DEPS) $(DIR_EXES) $(DIR_OBJS)
EXE := app.out
EXE := $(addprefix $(DIR_EXES)/, $(EXE))
SRCS := $(wildcard *.c)
OBJS := $(SRCS:.c=.o)
OBJS := $(addprefix $(DIR_OBJS)/, $(OBJS))
DEPS := $(SRCS:.c=.dep)
DEPS := $(addprefix $(DIR_DEPS)/, $(DEPS))
all : $(DIR_OBJS) $(DIR_EXES) $(EXE)
ifeq ("$(MAKECMDGOALS)", "all")
-include $(DEPS)
endif
ifeq ("$(MAKECMDGOALS)", "")
-include $(DEPS)
endif
$(EXE) : $(OBJS)
$(CC) -o $@ $^
@echo "Success! Target => $@"
$(DIR_OBJS)/%.o : %.c
$(CC) -o $@ -c $^
$(DIRS) :
$(MKDIR) $@
ifeq ("$(wildcard $(DIR_DEPS))", "")
$(DIR_DEPS)/%.dep : $(DIR_DEPS) %.c
else
$(DIR_DEPS)/%.dep : %.c
endif
@echo "Creating $@ ..."
@set -e; \
$(CC) -MM -E $(filter %.c, $^) | sed 's,\(.*\)\.o[ :]*,objs/\1.o $@ : ,g' > $@
clean :
$(RM) $(DIRS)編譯結果如下
我們看到已經自動生成了，并且最后的結果也是我們想要的，那么我們如果在 func.h 中改變字符串，看看結果是否也會改變
我們看到在編譯的時候報錯了，原因是只能編譯 .c 文件，.h 頭文件不參與編譯，這時我們便要用到預定義函數 filter 了。因此我們需要在 makefile 第37 行將它改為 $(CC) -o $@ -c $(filter %.c, $^)；再來看看效果
我們看到也成功的替換掉了。這時我們基本上已經完成我們之前的想法了，那么在實際開發中，肯定需要時不時的添加頭文件，我們再來在 func.h 中包含一個頭文件 define.h，在 define.h 文件中定義字符串 hello-makefile，看看結果是否會跟著改變
我們看到字符串并沒有發生改變，再來看看 func.dep 和 main.dep 中是否包含了 define.h
也沒有包含，按理說不應該，因為我們在 func.h 中包含了 define.h，那么在 func.c 和 main.c 中肯定也就包含了 define.h。下來我們來分析下這個，當 .dep 文件生成后，如果動態的改變頭文件間的依賴關系，那么 make 可能無法檢測到這個改變，進而做出錯誤的編譯決策。解決方案便是：1、將依賴文件名作為目標加入自動生成的依賴關系中；2、通過 include 加載依賴文件時判斷是否執行規則；3、在規則執行時重新生成依賴關系文件；4、最后加載新的依賴文件。解決方法是在 sed 命令后加上 $@，看看編譯效果，順便我們再來加上 rebuild。
我們看到已經正確實現了，我們來看看在 deps 文件下的 .dep 文件是否包含 define.h 呢？
確實是包含了 define.h，我們再來加上 new.h，看看是否還會有效
我們看到 new.h 同樣也包含進去了。通過對綜合示例的學習，總結如下：1、makefile 中可以將目標的依賴拆分寫到不同的地方；2、include 關鍵字能夠觸發相應規則的執行；3、如果規則的執行導致依賴更新，可能導致再次解釋執行相應規則；4、依賴文件也需要依賴于源文件得到正確的編譯決策；5、自動生成文件間的依賴關系能夠提高 makefile 的移植性。
歡迎大家一起來學習 makefile，可以加我QQ：243343083。
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