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makefile(08)_打造專業的編譯環境

阿新 • • 發佈：2018-04-29
makefile 專業編譯環境

20.打造專業的編譯環境(上)_模塊Makefile設計

20.0. 實驗材料

項目架構：
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其中各個文件的內容請自己填寫。

20.1.大型項目的目錄結構(無第三方庫)

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20.2.項目架構設計分析

項目被劃分為不同的多個模塊：
每個模塊用一個文件夾進行管理，文件由inc, src, makefile構成
每個模塊的對外函數統一放置於common/inc中，如common.h xxxfunc.h

20.3.項目目標

工程項目中不希望源文件夾在編譯時被改動(只讀文件夾)
在編譯時自動創建文件夾(build)用於存放編譯結果
編譯過程中能夠自動生成依賴關系，自動搜索到需要的文件
每個模塊可以擁有自己獨立的編譯方式
支持調試版本和編譯選項

20.4.解決方案

第一階段：將每個模塊中的代碼編譯稱為靜態庫文件(compile)
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第二階段：將每個模塊的靜態庫文件最終鏈接成最終的可執行程序(link)
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20.5.第一階段任務

完成可用於各個模塊編譯的makefile文件
完成模塊的編譯結果為靜態庫文件(.a文件)

20.5.1.關鍵的實現要點

自動生成依賴關系（gcc -MM）
自動搜索需要的文件（vpath）
將目標文件打包為靜態庫文件（ar crs）

20.5.2.模塊makefile中的構成

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20.6.最終結果

大幅度


.PHONY : all

DIR_BUILD := /root/w_share/DT/ToBeMaster/makefile/20/build
DIR_COMMON_INC := /root/w_share/DT/ToBeMaster/makefile/20/common/inc

DIR_SRC := src
DIR_INC := inc

TYPE_INC := .h
TYPE_SRC := .c
TYPE_OBJ := .o
TYPE_DEP := .dep

AR := ar
ARFLAGS := crs

CC := gcc
CFLAGS := -I$(DIR_INC) -I$(DIR_COMMON_INC)

ifeq ($(DEBUG),true)
CFLAGS += -g
endif

MODULE := $(realpath .)
MODULE := $(notdir $(MODULE))
DIR_OUTPUT := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULE))

OUTPUT := $(MODULE).a
OUTPUT := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(OUTPUT))

SRCS := $(wildcard $(DIR_SRC)/*$(TYPE_SRC))
OBJS := $(SRCS:$(TYPE_SRC)=$(TYPE_OBJ))
OBJS := $(patsubst $(DIR_SRC)/%, $(DIR_OUTPUT)/%, $(OBJS))
DEPS := $(SRCS:$(TYPE_SRC)=$(TYPE_DEP))
DEPS := $(patsubst $(DIR_SRC)/%, $(DIR_OUTPUT)/%, $(DEPS))

vpath %$(TYPE_INC) $(DIR_INC)
vpath %$(TYPE_INC) $(DIR_COMMON_INC)
vpath %$(TYPE_SRC) $(DIR_SRC)

-include $(DEPS)

all : $(OUTPUT)
    @echo "Success! Target ==> $(OUTPUT)"

$(OUTPUT) : $(OBJS)
    $(AR) $(ARFLAGS) $@ $^

$(DIR_OUTPUT)/%$(TYPE_OBJ) : %$(TYPE_SRC)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ -c $(filter %$(TYPE_SRC), $^)

$(DIR_OUTPUT)/%$(TYPE_DEP) : %$(TYPE_SRC)
    @echo "Creating $@ ..."
    @set -e;     $(CC) $(CFLAGS) -MM -E $(filter %$(TYPE_SRC), $^) | sed ‘s,\(.*\)\.o[ :]*,$(DIR_OUTPUT)/\1$(TYPE_OBJ) $@ : ,g‘ > $@

註意：實驗過程中需要自己創建build及各模塊的文件夾，並將makefile中的絕對路徑改為自己代碼的路徑。
輸出結果：
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這裏我們看到在build/common下成功生成了依賴文件和編譯後的文件，並將這些.o文件打包後放入build文件夾下。
思考：如何編寫項目makefile使其能夠觸發模塊makefile的調用，並最終生成可執行程序？

21.打造專業的編譯環境_鏈接

21.1.第二階段任務

完成整個工程的makefile文件；調用makefile編譯生成靜態庫文件；鏈接所有模塊的靜態庫文件，得到最終的可執行程序。
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21.2.關鍵的實現要點

如何自動創建build文件夾及其子文件夾？
如何進入每一個模塊文件夾進行編譯？

編譯成功後如何連接所有模塊靜態庫？

21.3.開發中的經驗假設

項目中的各個模塊在設計階段就已經基本確定，因此，在之後的開發過程中不會頻繁的增加或減少

21.4.解決方案設計

1.定義變量保存模塊名
2.利用shell中的for循環遍歷模塊名變量
3.在for循環中進入模塊文件夾進行編譯
4.循環結束後連接所有的模塊靜態庫文件

21.4.1.Makefile中潛入shell的for循環

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21.4.2. 註意事項

Makefile中嵌入shell代碼時，如果需要使用shell變量的值，必須在變量前面加$$，譬如$$dir，用於區分該變量是shell變量而非Makefile中定義的變量。
21.4.3. shell中for循環實驗

compile : $(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB)
    @echo "Begin to compile ..."
    @set -e;     for dir in $(MODULES);     do         cd $$dir && $(MAKE) all DEBUG:=$(DEBUG) && cd .. ;     done
    @echo "Compile Success!"

工程makefile中的關鍵構成
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編譯makefile：


.PHONY : all compile

MODULES := common            module            main

MKDIR := mkdir
RM := rm -fr

DIR_PROJECT := $(realpath .)
DIR_BUILD := build
DIR_BUILD_SUB := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULES))
MODULE_LIB := $(addsuffix .a, $(MODULES))

compile : $(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB)
    @echo "Begin to compile ..."
    @set -e;     for dir in $(MODULES);     do         cd $$dir && $(MAKE) all DEBUG:=$(DEBUG) && cd .. ;     done
    @echo "Compile Success!"

$(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB) : 
    $(MKDIR) $@

輸出結果：
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編譯成功，在build文件夾下生成了各個模塊的打包文件。

21.5. 鏈接時的註意事項

gcc 在進行靜態庫連接時，必須遵守嚴格的依賴關系
gcc -o app.out x.a y.a
其中的依賴關必須為：x.a -> y.a , y.a -> z.a
默認情況下遵循自左向右的依賴關系
如果不清楚庫間的依賴，可以使用-Xlinker自動確定依賴關系

gcc -o app.out -Xlinker “-(”z.a y.a x.a -Xlinker”-)”
link $(APP) : $(MODULE_LIB)
    @echo "Begin to link ..."
    $(CC) -o $(APP) -Xlinker "-(" $^ -Xlinker "-)" $(LFLAGS)
    @echo "Link Success!"

21.6. 最終方案


.PHONY : all compile link clean rebuild

MODULES := common            module            main

MKDIR := mkdir
RM := rm -fr

CC := gcc
LFLAGS := 

DIR_PROJECT := $(realpath .)
DIR_BUILD := build
DIR_BUILD_SUB := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULES))
MODULE_LIB := $(addsuffix .a, $(MODULES))
MODULE_LIB := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULE_LIB))

APP := app.out
APP := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(APP))

all : compile $(APP)
    @echo "Success! Target ==> $(APP)"

compile : $(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB)
    @echo "Begin to compile ..."
    @set -e;     for dir in $(MODULES);     do         cd $$dir && $(MAKE) all DEBUG:=$(DEBUG) && cd .. ;     done
    @echo "Compile Success!"

link $(APP) : $(MODULE_LIB)
    @echo "Begin to link ..."
    $(CC) -o $(APP) -Xlinker "-(" $^ -Xlinker "-)" $(LFLAGS)
    @echo "Link Success!"

$(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB) : 
    $(MKDIR) $@

clean : 
    @echo "Begin to clean ..."
    $(RM) $(DIR_BUILD)
    @echo "Clean Success!"

rebuild : clean all

思考：
當前整個項目的makefile是否存在潛在的問題？是否需要重構？

22.打造專業的編譯環境_下(編譯環境重構)

當前整個項目的makefile是否存在潛在的問題？是否需要重構？

22.1.絕對路徑問題

所有makefile中使用的編譯路徑均為寫死的絕對路徑，一旦項目文件移動，編譯必將失敗！
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22.1.1.解決方案：

在工程makefile中獲取項目的源碼路徑，根據項目源碼路徑：
拼接得到編譯文件夾的路徑（DIR_BUILD）
拼接得到全局包含路徑（DIR_COMMON_INC）
通過命令行變量將路徑傳遞給模塊makefile

compile : $(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB)
    @echo "Begin to compile ..."
    @set -e;     for dir in $(MODULES);     do         cd $$dir &&         $(MAKE) all                     DEBUG:=$(DEBUG)                     DIR_BUILD:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_BUILD))                     DIR_COMMON_INC:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_COMMON_INC)) &&         cd .. ;     done
    @echo "Compile Success!"

22.2.代碼復用問題(模塊makefile重構)

所有模塊makefile的內容完全相同！
當模塊makefile需要改動時，將涉及多處相同的改動！

22.2.1.解決方案

將模塊makefile拆分為兩個模板文件
mod-cfg.mk : 定義可能改變的變量
mod-rule.mk : 定義相對穩定的變量和規則
默認情況下，模塊makefile復用模板文件實現功能(include)

22.2.2.解決方案

模塊makefile如何指導模板文件的具體位置？
通過命令行變量進行模板文件位置的傳遞

$(MAKE) all                 DEBUG:=$(DEBUG)                 DIR_BUILD:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_BUILD))                 DIR_COMMON_INC:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_COMMON_INC))                 CMD_CFG:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(CMD_CFG))                 MOD_CFG:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(MOD_CFG))                 MOD_RULE:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(MOD_RULE)) && \

最終方案：
模塊makefile:

include $(MOD_CFG)

# 此處之所以保留這些配置，而不是直接刪除，是因為我們可能需要對某個模塊進行特殊配置，此時只需該改定這裏即可
# Custmization Begin
# 
# DIR_SRC := src
# DIR_INC := inc
#
# TYPE_INC := .h
# TYPE_SRC := .c
# TYPE_OBJ := .o
# TYPE_DEP := .dep
#
# Custmization End

include $(CMD_CFG)

include $(MOD_RULE)

模塊makefile中include包含的子模塊mod-cfg.mk：


DIR_SRC := src
DIR_INC := inc

TYPE_INC := .h
TYPE_SRC := .c
TYPE_OBJ := .o
TYPE_DEP := .dep

模塊makefile中include包含的子模塊mod-rule.mk：

#生成依賴文件，編譯，打包
.PHONY : all

MODULE := $(realpath .)
MODULE := $(notdir $(MODULE))
DIR_OUTPUT := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULE))

OUTPUT := $(MODULE).a
OUTPUT := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(OUTPUT))

SRCS := $(wildcard $(DIR_SRC)/*$(TYPE_SRC))
OBJS := $(SRCS:$(TYPE_SRC)=$(TYPE_OBJ))
OBJS := $(patsubst $(DIR_SRC)/%, $(DIR_OUTPUT)/%, $(OBJS))
DEPS := $(SRCS:$(TYPE_SRC)=$(TYPE_DEP))
DEPS := $(patsubst $(DIR_SRC)/%, $(DIR_OUTPUT)/%, $(DEPS))

vpath %$(TYPE_INC) $(DIR_INC)
vpath %$(TYPE_INC) $(DIR_COMMON_INC)
vpath %$(TYPE_SRC) $(DIR_SRC)

-include $(DEPS)

all : $(OUTPUT)
    @echo "Success! Target ==> $(OUTPUT)"

$(OUTPUT) : $(OBJS)
    $(AR) $(ARFLAGS) $@ $^

$(DIR_OUTPUT)/%$(TYPE_OBJ) : %$(TYPE_SRC)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ -c $(filter %$(TYPE_SRC), $^)

$(DIR_OUTPUT)/%$(TYPE_DEP) : %$(TYPE_SRC)
    @echo "Creating $@ ..."
    @set -e;     $(CC) $(CFLAGS) -MM -E $(filter %$(TYPE_SRC), $^) | sed ‘s,\(.*\)\.o[ :]*,$(DIR_OUTPUT)/\1$(TYPE_OBJ) $@ : ,g‘ > $@

模塊makefile中include包含的子模塊cmd-cfg.mk：


AR := ar
ARFLAGS := crs

CC := gcc
LFLAGS := 
CFLAGS := -I$(DIR_INC) -I$(DIR_COMMON_INC)

ifeq ($(DEBUG),true)
CFLAGS += -g
endif

MKDIR := mkdir
RM := rm -fr

22.3.工程makefile的重構

拆分命令變量，項目變量，以及其他變量和規則到不同文件
cmd-cfg.mk : 定義命令相關的變量
pro-cfg.mk : 定義項目變量以及編譯路徑變量等
pro-rule.mk : 定義其他變量和規則
最後的makefile通過包含拆分後的文件構成(include)
最終方案：
項目主makefile:

include pro-cfg.mk
include cmd-cfg.mk
include pro-rule.mk

項目makefile中include包含的子模塊pro-cfg.mk：


MODULES := common            module            main

MOD_CFG := mod-cfg.mk
MOD_RULE := mod-rule.mk
CMD_CFG := cmd-cfg.mk

DIR_BUILD := build
DIR_COMMON_INC := common/inc

APP := app.out

項目makefile中include包含的子模塊pro-rele.mk：


.PHONY : all compile link clean rebuild

DIR_PROJECT := $(realpath .)
DIR_BUILD_SUB := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULES))
MODULE_LIB := $(addsuffix .a, $(MODULES))
MODULE_LIB := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(MODULE_LIB))

APP := $(addprefix $(DIR_BUILD)/, $(APP))

all : compile $(APP)
    @echo "Success! Target ==> $(APP)"

compile : $(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB)
    @echo "Begin to compile ..."
    @set -e;     for dir in $(MODULES);     do         cd $$dir &&         $(MAKE) all                 DEBUG:=$(DEBUG)                 DIR_BUILD:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_BUILD))                 DIR_COMMON_INC:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(DIR_COMMON_INC))                 CMD_CFG:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(CMD_CFG))                 MOD_CFG:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(MOD_CFG))                 MOD_RULE:=$(addprefix $(DIR_PROJECT)/, $(MOD_RULE)) &&         cd .. ;     done
    @echo "Compile Success!"

link $(APP) : $(MODULE_LIB)
    @echo "Begin to link ..."
    $(CC) -o $(APP) -Xlinker "-(" $^ -Xlinker "-)" $(LFLAGS)
    @echo "Link Success!"

$(DIR_BUILD) $(DIR_BUILD_SUB) : 
    $(MKDIR) $@

clean : 
    @echo "Begin to clean ..."
    $(RM) $(DIR_BUILD)
    @echo "Clean Success!"

rebuild : clean all

22.4.總結

大型項目的編譯環境是由不同的makefile構成的
編譯環境的設計需要根據項目的整體架構設計
整個項目的編譯過程可以分解為不同階段
根據不同的階段由針對性的對makefile進行設計
Makefile也要考慮復用性和維護性等基本的程序特性

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