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向大家推薦一個C/C++通用Makefile

本文推薦了一個用於對 C/C++ 程式進行編譯和連線以產生可執行程式的通用 Makefile。 

在使用 Makefile 之前,只需對它進行一些簡單的設定即可;而且一經設定,即使以後對源程式檔案有所增減一般也不再需要改動 Makefile。因此,即便是一個沒有學習過 Makefile 書寫規則的人,也可以為自己的 C/C++ 程式快速建立一個可工作的 Makefile。 

這個 Makefile 可以在 GNU Make 和 GCC 編譯器下正常工作。但是不能保證對於其它版本的 Make 和編譯器也能正常工作。

此 Makefile 的使用方法如下:

程式目錄的組織 
  儘量將自己的源程式集中在一個目錄中,並且把 Makefile 和源程式放在一起,這樣用起來比較方便。當然,也可以將源程式分類存放在不同的目錄中。 
  在程式目錄中建立一個名為 Makefile 的文字檔案,將後面列出的 Makefile 的內容複製到這個檔案中。(注意:在複製的過程中,Makfile 中各命令前面的 Tab 字元有可能被轉換成若干個空格。這種情況下需要把 Makefile 命令前面的這些空格替換為一個 Tab。) 
  將當前工作目錄切換到 Makefile 所在的目錄。目前,這個 Makefile 只支援在當前目錄中的呼叫,不支援當前目錄和 Makefile 所在的路徑不是同一目錄的情況。

指定可執行檔案 
  程式編譯和連線成功後產生的可執行檔案在 Makefile 中的 PROGRAM 變數中設定。這一項不能為空。為自己程式的可執行檔案起一個有意義的名子吧。

指定源程式 
  要編譯的源程式由其所在的路徑和檔案的副檔名兩項來確定。由於標頭檔案是通過包含來使用的,所以在這裡說的源程式不應包含標頭檔案。 
  程式所在的路徑在 SRCDIRS 中設定。如果源程式分佈在不同的目錄中,那麼需要在 SRCDIRS 中一一指定,並且路徑名之間用空格分隔。 
  在 SRCEXTS 中指定程式中使用的檔案型別。C/C++ 程式的副檔名一般有比較固定的幾種形式:.c、.C、.cc、.cpp、.CPP、.c++、.cp、或者.cxx(參見 man gcc)。副檔名決定了程式是 C 還是 C++ 程式:.c 是 C 程式,其它擴充套件名錶示 C++ 程式。一般固定使用其中的一種副檔名即可。但是也有可能需要使用多種副檔名,這可以在 SOURCE_EXT 中一一指定,各個副檔名之間用空格分隔。 
  雖然並不常用,但是 C 程式也可以被作為 C++ 程式編譯。這可以通過在 Makefile 中設定 CC = $(CXX) 和 CFLAGS = $(CXXFLAGS) 兩項即可實現。 
  這個 Makefile 支援 C、C++ 以及 C/C++ 混合三種編譯方式:

  如果只指定 .c 副檔名,那麼這是一個 C 程式,用 $(CC) 表示的編譯命令進行編譯和連線。

  如果指定的是除 .c 之外的其它副檔名(如 .cc、.cpp、.cxx 等),那麼這是一個 C++ 程式,用 $(CXX) 進行編譯和連線。
  如果既指定了 .c,又指定了其它 C++ 副檔名,那麼這是 C/C++ 混合程式,將用 $(CC) 編譯其中的 C 程式,用 $(CXX) 編譯其中的 C++ 程式,最後再用 $(CXX) 連線程式。 
  這些工作都是 make 根據在 Makefile 中提供的程式檔案型別(副檔名)自動判斷進行的,不需要使用者干預。

指定編譯選項 
  編譯選項由三部分組成:預處理選項、編譯選項以及連線選項,分別由 CPPFLAGS、CFLAGS與CXXFLAGS、LDFLAGS 指定。 
  CPPFLAGS 選項可參考 C 預處理命令 cpp 的說明,但是注意不能包含 -M 以及和 -M 有關的選項。如果是 C/C++ 混合程式設計,也可以在這裡設定 C/C++ 的一些共同的編譯選項。 
  CFLAGS 和 CXXFLAGS 兩個變數通常用來指定編譯選項。前者僅僅用於指定 C 程式的編譯選項,後者僅僅用於指定 C++ 程式的編譯選項。其實也可以在兩個變數中指定一些預處理選項(即一些本來應該放在 CPPFLAGS 中的選項),和 CPPFLAGS 並沒有明確的界限。 
  連線選項在 LDFLAGS 中指定。如果只使用 C/C++ 標準庫,一般沒有必要設定。如果使用了非標準庫,應該在這裡指定連線需要的選項,如庫所在的路徑、庫名以及其它聯接選項。 
  現在的庫一般都提供了一個相應的 .pc 檔案來記錄使用庫所需要的預編譯選項、編譯選項和連線選項等資訊,通過 pkg-config 可以動態提取這些選項。與由使用者顯式指定各個選項相比,使用 pkg-config 來訪問庫提供的選項更方便、更具通用性。在後面可以看到一個 GTK+ 程式的例子,其編譯和連線選項的指定就是用 pkg-config 實現的。

編譯和連線

  上面的各項設定好之後儲存 Makefile 檔案。執行 make 命令,程式就開始編譯了。 
  命令 make 會根據 Makefile 中設定好的路徑和檔案型別搜尋源程式檔案,然後根據檔案的型別呼叫相應的編譯命令、使用相應的編譯選項對程式進行編譯。 
  編譯成功之後程式的連線會自動進行。如果沒有錯誤的話最終會產生程式的可執行檔案。 
  注意:在對程式編譯之後,會產生和源程式檔案一一對應的 .d 檔案。這是表示依賴關係的檔案,通過它們 make 決定在源程式檔案變動之後要進行哪些更新。為每一個源程式檔案建立相應的 .d 檔案這也是 GNU Make 推薦的方式。

Makefile 目標(Targets)

下面是關於這個 Makefile 提供的目標以及它所完成的功能:

make 
編譯和連線程式。相當於 make all。

make objs 
僅僅編譯程式產生 .o 目標檔案,不進行連線(一般很少單獨使用)。

make clean 
刪除編譯產生的目標檔案和依賴檔案。

make cleanall 
刪除目標檔案、依賴檔案以及可執行檔案。

make rebuild 
重新編譯和連線程式。相當於 make clean && make all。

關於這個 Makefile 的實現原理不準備詳細解釋了。如果有興趣的話,可參考文末列出的“參考資料”。

Makefile 的內容如下: 

#############################################################
# Generic Makefile for C/C++ Program
#
# License: GPL (General Public License)
# Author:  whyglinux <whyglinux AT gmail DOT com>
# Date:    2006/03/04 (version 0.1)
#          2007/03/24 (version 0.2)
#          2007/04/09 (version 0.3)
#          2007/06/26 (version 0.4)
#          2008/04/05 (version 0.5)
#
# Description:
# ------------
# This is an easily customizable makefile template. The purpose is to
# provide an instant building environment for C/C++ programs.
#
# It searches all the C/C++ source files in the specified directories,
# makes dependencies, compiles and links to form an executable.
#
# Besides its default ability to build C/C++ programs which use only
# standard C/C++ libraries, you can customize the Makefile to build
# those using other libraries. Once done, without any changes you can
# then build programs using the same or less libraries, even if source
# files are renamed, added or removed. Therefore, it is particularly
# convenient to use it to build codes for experimental or study use.
#
# GNU make is expected to use the Makefile. Other versions of makes
# may or may not work.
#
# Usage:
# ------
# 1. Copy the Makefile to your program directory.
# 2. Customize in the "Customizable Section" only if necessary:
#    * to use non-standard C/C++ libraries, set pre-processor or compiler
#      options to <MY_CFLAGS> and linker ones to <MY_LIBS>
#      (See Makefile.gtk+-2.0 for an example)
#    * to search sources in more directories, set to <SRCDIRS>
#    * to specify your favorite program name, set to <PROGRAM>
# 3. Type make to start building your program.
#
# Make Target:
# ------------
# The Makefile provides the following targets to make:
#   $ make           compile and link
#   $ make NODEP=yes compile and link without generating dependencies
#   $ make objs      compile only (no linking)
#   $ make tags      create tags for Emacs editor
#   $ make ctags     create ctags for VI editor
#   $ make clean     clean objects and the executable file
#   $ make distclean clean objects, the executable and dependencies
#   $ make help      get the usage of the makefile
#
#===========================================================================

## Customizable Section: adapt those variables to suit your program.
##==========================================================================

# The pre-processor and compiler options.
MY_CFLAGS =

# The linker options.
MY_LIBS   =

# The pre-processor options used by the cpp (man cpp for more).
CPPFLAGS  = -Wall

# The options used in linking as well as in any direct use of ld.
LDFLAGS   =

# The directories in which source files reside.
# If not specified, only the current directory will be serached.
SRCDIRS   =

# The executable file name.
# If not specified, current directory name or `a.out' will be used.
PROGRAM   =

## Implicit Section: change the following only when necessary.
##==========================================================================

# The source file types (headers excluded).
# .c indicates C source files, and others C++ ones.
SRCEXTS = .c .C .cc .cpp .CPP .c++ .cxx .cp

# The header file types.
HDREXTS = .h .H .hh .hpp .HPP .h++ .hxx .hp

# The pre-processor and compiler options.
# Users can override those variables from the command line.
CFLAGS  = -g -O2
CXXFLAGS= -g -O2

# The C program compiler.
#CC     = gcc

# The C++ program compiler.
#CXX    = g++

# Un-comment the following line to compile C programs as C++ ones.
#CC     = $(CXX)

# The command used to delete file.
#RM     = rm -f

ETAGS = etags
ETAGSFLAGS =

CTAGS = ctags
CTAGSFLAGS =

## Stable Section: usually no need to be changed. But you can add more.
##==========================================================================
SHELL   = /bin/sh
EMPTY   =
SPACE   = $(EMPTY) $(EMPTY)
ifeq ($(PROGRAM),)
  CUR_PATH_NAMES = $(subst /,$(SPACE),$(subst $(SPACE),_,$(CURDIR)))
  PROGRAM = $(word $(words $(CUR_PATH_NAMES)),$(CUR_PATH_NAMES))
  ifeq ($(PROGRAM),)
    PROGRAM = a.out
  endif
endif
ifeq ($(SRCDIRS),)
  SRCDIRS = .
endif
SOURCES = $(foreach d,$(SRCDIRS),$(wildcard $(addprefix $(d)/*,$(SRCEXTS))))
HEADERS = $(foreach d,$(SRCDIRS),$(wildcard $(addprefix $(d)/*,$(HDREXTS))))
SRC_CXX = $(filter-out %.c,$(SOURCES))
OBJS    = $(addsuffix .o, $(basename $(SOURCES)))
DEPS    = $(OBJS:.o=.d)

## Define some useful variables.
DEP_OPT = $(shell if `$(CC) --version | grep "GCC" >/dev/null`; then \
                  echo "-MM -MP"; else echo "-M"; fi )
DEPEND      = $(CC)  $(DEP_OPT)  $(MY_CFLAGS) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS)
DEPEND.d    = $(subst -g ,,$(DEPEND))
COMPILE.c   = $(CC)  $(MY_CFLAGS) $(CFLAGS)   $(CPPFLAGS) -c
COMPILE.cxx = $(CXX) $(MY_CFLAGS) $(CXXFLAGS) $(CPPFLAGS) -c
LINK.c      = $(CC)  $(MY_CFLAGS) $(CFLAGS)   $(CPPFLAGS) $(LDFLAGS)
LINK.cxx    = $(CXX) $(MY_CFLAGS) $(CXXFLAGS) $(CPPFLAGS) $(LDFLAGS)

.PHONY: all objs tags ctags clean distclean help show

# Delete the default suffixes
.SUFFIXES:

all: $(PROGRAM)

# Rules for creating dependency files (.d).
#------------------------------------------

%.d:%.c
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.C
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.cc
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.cpp
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.CPP
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.c++
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.cp
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

%.d:%.cxx
	@echo -n $(dir $<) > [email protected]
	@$(DEPEND.d) $< >> [email protected]

# Rules for generating object files (.o).
#----------------------------------------
objs:$(OBJS)

%.o:%.c
	$(COMPILE.c) $< -o [email protected]

%.o:%.C
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.cc
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.cpp
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.CPP
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.c++
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.cp
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

%.o:%.cxx
	$(COMPILE.cxx) $< -o [email protected]

# Rules for generating the tags.
#-------------------------------------
tags: $(HEADERS) $(SOURCES)
	$(ETAGS) $(ETAGSFLAGS) $(HEADERS) $(SOURCES)

ctags: $(HEADERS) $(SOURCES)
	$(CTAGS) $(CTAGSFLAGS) $(HEADERS) $(SOURCES)

# Rules for generating the executable.
#-------------------------------------
$(PROGRAM):$(OBJS)
ifeq ($(SRC_CXX),)              # C program
	$(LINK.c)   $(OBJS) $(MY_LIBS) -o [email protected]
	@echo Type ./[email protected] to execute the program.
else                            # C++ program
	$(LINK.cxx) $(OBJS) $(MY_LIBS) -o [email protected]
	@echo Type ./[email protected] to execute the program.
endif

ifndef NODEP
ifneq ($(DEPS),)
  sinclude $(DEPS)
endif
endif

clean:
	$(RM) $(OBJS) $(PROGRAM) $(PROGRAM).exe

distclean: clean
	$(RM) $(DEPS) TAGS

# Show help.
help:
	@echo 'Generic Makefile for C/C++ Programs (gcmakefile) version 0.5'
	@echo 'Copyright (C) 2007, 2008 whyglinux <[email protected]>'
	@echo
	@echo 'Usage: make [TARGET]'
	@echo 'TARGETS:'
	@echo '  all       (=make) compile and link.'
	@echo '  NODEP=yes make without generating dependencies.'
	@echo '  objs      compile only (no linking).'
	@echo '  tags      create tags for Emacs editor.'
	@echo '  ctags     create ctags for VI editor.'
	@echo '  clean     clean objects and the executable file.'
	@echo '  distclean clean objects, the executable and dependencies.'
	@echo '  show      show variables (for debug use only).'
	@echo '  help      print this message.'
	@echo
	@echo 'Report bugs to <whyglinux AT gmail DOT com>.'

# Show variables (for debug use only.)
show:
	@echo 'PROGRAM     :' $(PROGRAM)
	@echo 'SRCDIRS     :' $(SRCDIRS)
	@echo 'HEADERS     :' $(HEADERS)
	@echo 'SOURCES     :' $(SOURCES)
	@echo 'SRC_CXX     :' $(SRC_CXX)
	@echo 'OBJS        :' $(OBJS)
	@echo 'DEPS        :' $(DEPS)
	@echo 'DEPEND      :' $(DEPEND)
	@echo 'COMPILE.c   :' $(COMPILE.c)
	@echo 'COMPILE.cxx :' $(COMPILE.cxx)
	@echo 'link.c      :' $(LINK.c)
	@echo 'link.cxx    :' $(LINK.cxx)

## End of the Makefile ##  Suggestions are welcome  ## All rights reserved ##
##############################################################

下面提供兩個例子來具體說明上面 Makefile 的用法。 

例一 Hello World 程式

這個程式的功能是輸出 Hello, world! 這樣一行文字。由 hello.h、hello.c、main.cxx 三個檔案組成。前兩個檔案是 C 程式,後一個是 C++ 程式,因此這是一個 C 和 C++ 混程式設計序。

/* File name: hello.h
 * C header file
 */

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

  void print_hello();
#ifdef __cplusplus
}

#endif
#endif


/* File name: hello.c
 * C source file.
 */

#include "hello.h"
#include <stdio.h>

void print_hello()
{
  puts( "Hello, world!" );
}


/* File name: main.cxx
 * C++ source file.
 */

#include "hello.h"

int main()
{
  print_hello();
  return 0;
}

建立一個新的目錄,然後把這三個檔案拷貝到目錄中,也把 Makefile 檔案拷貝到目錄中。之後,對 Makefile 的相關專案進行如下設定: 

PROGRAM   := hello      # 設定執行程式名

SRCDIRS   := .          # 源程式位於當前目錄下

SRCEXTS   := .c .cxx    # 源程式檔案有 .c 和 .cxx 兩種型別

CFLAGS    := -g         # 為 C 目標程式包含 GDB 可用的除錯資訊

CXXFLAGS  := -g         # 為 C++ 目標程式包含 GDB 可用的除錯資訊 

  由於這個簡單的程式只使用了 C 標準庫的函式(puts),所以對於 CFLAGS 和 CXXFLAGS 沒有過多的要求,LDFLAGS 和 CPPFLAGS 選項也無需設定。 

  經過上面的設定之後,執行 make 命令就可以編譯程式了。如果沒有錯誤出現的話,./hello  就可以執行程式了。

  如果修改了源程式的話,可以看到只有和修改有關的原始檔被編譯。也可以再為程式新增新的原始檔,只要它們的副檔名是已經在 Makefile 中設定過的,那麼就沒有必要修改 Makefile。 

例二 GTK+ 版 Hello World 程式

  這個 GTK+ 2.0 版的 Hello World 程式可以從下面的網址上得到:http://www.gtk.org/tutorial/c58.html#SEC-HELLOWORLD。當然,要編譯 GTK+ 程式,還需要你的系統上已經安裝好了 GTK+。 
  跟第一個例子一樣,單獨建立一個新的目錄,把上面網頁中提供的程式儲存為 main.c 檔案。對 Makefile 做如下設定: 
PROGRAM   := hello      # 設定執行程式名
SRCDIRS   := .          # 源程式位於當前目錄下
SRCEXTS   := .c         # 源程式檔案只有 .c 一種類

CFLAGS    := `pkg-config --cflags gtk+-2.0`  # CFLAGS
LDFLAGS   := `pkg-config --libs gtk+-2.0`    # LDFLAGS

這是一個 C 程式,所以 CXXFLAGS 沒有必要設定——即使被設定了也不會被使用。 
編譯和連線 GTK+ 庫所需要的 CFLAGS 和 LDFLAGS 由 pkg-config 程式自動產生。 
現在就可以執行 make 命令編譯、./hello 執行這個 GTK+ 程式了。

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