從簡單例項開始，學會寫Makefile（一）
不會寫Makefile雖然還不至於影響到專案進度，從別的地方拷貝一份過來稍加修改就可以用了，但是，對於咱們“程式猿”來說這實在是一件讓人感覺很不爽的事。於是，百度，谷歌（PS：吐槽一下，不XX的話Google已經完全不能用了，Bing的效果都要比百度好一些），各種看資料，看大牛的部落格，或許是本人比較笨，也或許是網上的資料不太適合咱們這種新人，缺乏生動的例項講解，所以決定自己動手研究一下，並把過程分享給大家，希望新人們看完這篇文章後就能夠自己動手，為自己的專案編寫合適的Makefile啦。
一、為什麼要寫Makefile
首先要確定我們的目標，Makefile是用來幹嘛的？
曾經很長時間我都是在從事Windows環境下的開發，所以根本不知道Makefile是個什麼東西。因為早已經習慣了使用VS、Eclipse等等優秀的IDE做開發，只要點一個按鈕，程式就可以執行啦。但是進入公司以後，從事的是Unix環境下的開發工作，沒有了IDE，要怎麼才能讓我寫的程式碼編譯後執行呢？
在這裡，Makefile的作用就體現出來了，簡單的四個字—— “自動編譯”。一旦整個專案的Makefile都寫好了以後，只需要一個簡單的make命令，就可以實現自動編譯了。當然，準確的說，是make這個命令工具幫助我們實現了我們想要做的事，而Makefile就相當於是一個規則檔案，make程式會按照Makefile所指定的規則，去判斷哪些檔案需要先編譯，哪些檔案需要後編譯，哪些檔案需要重新編譯。
俗話說，懶人創造了整個世界，程式設計師就是在不斷偷懶的過程中獲得進步，使用Makefile最根本的目的就是簡化我們的工作。
下面我們就從頭開始，一步一步的去學習如何寫好一個Makefile檔案吧！
二、從單個檔案開始
1、單個檔案的編譯
為了便於大家學習，這篇文章是以常見的LInux平臺為基礎的，系統為Centos7.3，使用GNU make工具進行編譯，專案檔案為C++格式。這裡假定看到這篇文章的都是已經對C++程式的編譯等基礎知識和相關命令有了一定的瞭解的，鑑於篇幅限制，如果還有不清楚的就請自行查閱相關資料啦。
假設我們在src目錄下有一個test.cpp檔案，我們是如何編譯它的呢？
g++-o test test.cpp
在shell介面執行這句命令，當前目錄下會生成一個名為test的可執行程式，使用./test就可以執行該程式，看到輸出結果。
現在我們嘗試使用編寫Makefile的方式來實現這一編譯過程。 首先在當前目錄下新建檔案並命名為“Makefile”，這樣編譯的時候直接使用gmake命令即可，預設使用“Makefile”檔案進行編譯，也可以是其他名字，那樣的話需要使用“gmake -f 檔名”的格式來指定Makefile檔案。
Makefile檔案內容如下：
test:test.cpp
g++-o test test.cpp
在shell介面下執行gmake命令，敲下回車，OK。
可以看出，g++ -otest test.cpp這條命令已經被自動執行了，生成了名為test的程式。
2、Makefile的描述規則
至此，我們已經完成了一個最簡單的Makefile檔案，向我們的最終目標邁出了一大步！
有的人會問，傳說中的自動化編譯呢？難道每一個檔案都要自己去寫檔名和命令？
不用急，我們先來分析一下這個Makefile檔案。
TARGET... :PREREQUISITES...
COMMAND
...
...
這是最簡單的Makefile檔案的描述規則，可以說，這也是Makefile中最精華的部分，其他部分都是圍繞著這個最基本的描述規則的。先來解釋一下：
TARGET：規則生成的目標檔案，通常是需要生成的程式名（例如前面出現的程式名test）或者過程檔案（類似.o檔案）。
PREREQUISITES：規則的依賴項，比如前面的Makefile檔案中我們生成test程式所依賴的就是test.cpp。
COMMAND：規則所需執行的命令列，通常是編譯命令。這裡需要注意的是每一行命令都需要以[TAB]字元開頭。
再來看我們之前寫過的Makefile檔案，這個規則，用通俗的自然語言翻譯過來就是：
1、 如果目標test檔案不存在，根據規則建立它。
2、 目標test檔案存在，並且test檔案的依賴項中存在任何一個比目標檔案更新（比如修改了一個函式，檔案被更新了），根據規則重新生成它。
3、 目標test檔案存在，並且它比所有的依賴項都更新，那麼什麼都不做。
當我們第一次執行gmake命令時，test檔案還不存在，所以就會執行g++-o test test.cpp這條命令建立test檔案。
而當我們再一次執行gmake時，會提示檔案已經是最新的，什麼都不做。
這時候，如果修改了test.cpp命令，再次執行gmake命令。
由於依賴項比目標檔案更新，g++-o test test.cpp這條命令就又會被再一次執行。
現在，我們已經學會如何寫一個簡單的Makefile檔案了，每次修改過原始檔以後，只要執行gmake命令就可以得到我們想要生成的程式，而不需要一遍遍地重複敲g++ -o test test.cpp這個命令。
三、多個檔案的編譯
1、使用命令列編譯多個檔案
一個專案不可能只有一個檔案，學會了單個檔案的編譯，自然而然就要考慮如何去編譯多個檔案呢？
同樣，假設當前目錄下有如下7個檔案，test.cpp、w1.h、w1.cpp、w2.h、w2.cpp、w3.h、w3.cpp。其中test.cpp包含main函式，並且引用了w1.h、w2.h以及w3.h。我們需要生成的程式名為test。
在shell介面下，為了正確編譯我們的專案，我們需要敲下如下的命令：
g++ -c -o w1.ow1.cpp
g++-c -o w2.o w2.cpp
g++ -c -o w3.o w3.cpp
這時當前目錄下會生成w1.o、w2.o、w3.o三個.o檔案。這裡需要注意的是，“-c”命令是隻編譯，不連結，通常生成.o檔案的時候使用。
g++ -o testtest.cpp w1.o w2.o w3.o
執行完這條命令後，編譯成功，得到了我們想要的test檔案。
2、使用Makefile編譯多個檔案
既然單個檔案的Makefile會寫了，相信多個檔案舉一反三也不是問題了。
Makefile具體內容如下：
test:test.cppw1.o w2.o w3.o
g++ -o test test.cpp w1.o w2.o w3.o
w1.o:w1.cpp
g++ -c -o w1.o w1.cpp
w2.o:w2.cpp
g++ -c -o w2.o w2.cpp
w3.o:w3.cpp
g++ -c -o w3.o w3.cpp
這裡需要注意的是，我們寫的第一個規則的目標，將會成為“終極目標”，也就是我們最終希望生成的程式，這裡是“test”檔案。根據我們的“終極目標”，make會進行自動推導，例如“終極目標”依賴於的.o檔案，make就會尋找生成這些.o檔案的規則，然後執行相應的命令去生成這些檔案，這樣一層一層遞迴地進行下去，直到最終生成了“終極目標”。
如上圖所示，雖然生成test檔案的規則寫在最前面，但是由於依賴於w1.o、w2.o、w3.o，make會先執行生成w1.o、w2.o、w3.o所需的命令，然後才會執行g++ -o test test.cpp w1.o w2.o w3.o 來生成test檔案。
3、使用偽目標來清除過程檔案
我們現在已經可以自動編譯多個檔案的專案了，但是當我們需要全部重新編譯的時候，難道還要手動地一個一個去刪除那些生成的.o檔案嗎？
既然已經使用了Makefile，我們的目標就是實現自動化編譯，那麼這些清除過程檔案這點小事必須得能夠用一個命令搞定啦。
我們只需要在Makefile檔案的最後加上如下幾行：
clean:
-rm–f test *.o
OK，輕鬆搞定，然後在shell介面下執行gmakeclean。仔細看看，是不是所有的.o檔案和最後生成的程式檔案已經被清除了？
這裡說明一下，rm是Linux下刪除檔案或目錄的命令，前面加上“-”符號意思是忽略執行rm產生的錯誤。“-f”引數是指強制刪除，忽略不存在的檔案。
這樣的目標叫做“偽目標”，通過“gmake 目標名”來指定這個目標，然後執行這個目標規則下的命令。
四、使用變數簡化Makefile
作為一個“懶惰”的程式設計師，現在問題又來了。如果按照上面的寫法，在檔案數量和名稱不變的情況的下確實是沒有問題，但是如果我們新增一個檔案的話，豈不是又要去修改Makefile了，一個專案多的可能有成百上千的檔案，這樣管理起來得有多麻煩呀！
還記得我們在Linux下如果要檢視當前目錄下所有的cpp檔案的時候，使用的命令嗎？
ls*.cpp
通過這個命令，我們就可以將所有的cpp檔名稱顯示在介面上。而在Makefile中我們同樣可以使用類似的規則來做簡化，進一步減少後續開發過程中對Makefile檔案的修改。
修改後的Makefile檔案如下：
TARGET= test
CPP_FILES = $(shell ls *.cpp)
BASE = $(basename $(CPP_FILES))
OBJS = $(addsuffix .o, $(addprefix obj/,$(BASE)))
$(TARGET):$(OBJS)
-rm -f [email protected]
g++ -o $(TARGET)$(OBJS)
obj/%.o:%.cpp
@if test ! -d"obj"; then\
mkdir -pobj;\
fi;
g++ -c -o [email protected] $<
clean:
-rm -f test
-rm -f obj/*.o
是不是瞬間有種摸不著頭腦的感覺？別急，這是因為我們用到了一些新的語法和命令，其實，本質上和我們之前所寫的Makefile檔案是一個意思，下面我們就逐條來進行分析。
（1）TARGET = test
定義一個變數，儲存目標檔名，這裡我們需要生成的程式名就叫test。
（2）CPP_FILES = $(shell ls *.cpp)
定義一個變數，內容為所有的以.cpp為字尾的檔案的檔名，以空格隔開。
這裡&(shell 命令)的格式，說明這裡將會用shell命令執行後輸出的內容進行替換，就和在命令列下輸入ls *.cpp得到的結果一樣。
（3）BASE = $(basename $(CPP_FILES))
定義一個變數，內容為所有的以.cpp為字尾的檔案的檔名去除掉字尾部分。
$(CPP_FILES)是引用CPP_FIFES這個變數的內容，相信學過如何寫shell命令的同學肯定不會陌生。basename 是一個函式，其作用就是去除掉檔名的字尾部分，例如“test.cpp”，經過這一步後就變成了“test”。
（4）OBJS = $(addsuffix .o, $(addprefix obj/,$(BASE)))
定義一個變數，內容為所有的以.cpp為字尾的檔案去除調字尾部分後加上“.o”。
和basename一樣，addsuffix和addprefix同樣也是呼叫函式。addprefix的作用是給每個檔名加上字首，這裡是加上“obj/”，而addsuffix的作用是給每個檔名加上字尾，這裡是在檔名後加上“.o”。例如“test”，經過變換後變成了“obj/test.o”。
為什麼要在檔名前加上“obj/”？
這個不是必須的，只是我自己覺得將所有的.o檔案放在一個obj目錄下統一管理會讓目錄結構顯得更加清晰，包括以後的.d檔案會統一放在dep目錄下一樣。當然，你也可以選擇不這樣做，而是全部放在當前目錄下。
（5）$(TARGET):$(OBJS)
-rm -f [email protected]
g++ -o $(TARGET) $(OBJS)
這個描述規則和我們之前寫過的很像，只不過，使用了變數進行替換。其中需要注意的是[email protected]這個奇怪的符號，它的含義是這個規則的目標檔案的名稱，在這裡就相當於是$(TARGET)。
把這裡的變數替換成我們之前專案中的實際值，就相當於：
test:test.ow1.o w2.o w3.o
-rm–f test
g++-o test test.o w1.o w2.o w3.o
如果按照這種寫法，當我們新增了一個w4.cpp檔案的時候，就需要對Makefile進行修改，而如果我們使用了變數進行替換，那麼我們就什麼都不用做，直接再執行一遍gmake命令即可。
（6）obj/%.o:%.cpp
@if test ! -d"obj"; then\
mkdir -p obj;\
fi;
g++ -c -o [email protected] $<
這是依次生成所有cpp檔案所對應的.o檔案的規則。
%.o和%.c表示以.o和.c結尾的檔名。因為我們準備把所有的.o檔案放在obj目錄下，所以這裡在“%.o”前面加上字首“obj/”。
下面命令列的前三行，具體的作用是檢查當前目錄下是否有名為“obj”的目錄，如果沒有，則使用mkdir命令建立這個目錄。如果不瞭解的同學不如先去看一下shell程式設計的相關知識吧。
最後一句中的[email protected]前面已經解釋過了，是代表規則的目標檔名稱，而$<與之對應的，則是代表規則的依賴項中第一個依賴檔案的名稱。
例如obj/test.o:test.cpp
那麼[email protected]的值為“test.o”，$<的值為“test.cpp”
（7）clean:
-rm -f test
-rm -f obj/*.o
這個就沒什麼好說的啦，這裡只是修改了一下.o檔案的路徑。
到這裡，相信你對如何使用Makefile來編譯一個小的專案已經頗有些眉目了吧。使用這個Makefile檔案，不管你往這個目錄下加多少檔案，輕輕鬆鬆一個gmake命令搞定，不需要再因為加了一個新的檔案而去修改Makefile了。
但是，你難道沒有覺得仍然存在著很多問題嗎？
如果檔案間存在著相互之間的引用關係該怎麼辦？
如果把.h檔案和.cpp檔案放在了不同的目錄下該怎麼辦？
如果我想生成靜態庫，然後在其他地方引用靜態庫該怎麼辦？
如果我想將程式遷移到Unix平臺下，使用不同的編譯器，難道要依次修改所有的Makefile？
大家可以先嚐試著自己解決以上的問題，在之後的篇幅中我們會就以上幾點繼續通過舉例的方式來加以解決。