GNUMake详解：入门与Makefile构建详解

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本篇文章是关于Makefile语法的手册，详细介绍了一个用于构建文本编辑器的简单Makefile文件的编写和工作原理。Makefile在IT行业中扮演着关键角色，它是一个Make程序用来指导编译和链接过程的配置文件。以下是一些主要知识点： 1. **Makefile的基本概念**：Makefile定义了一系列规则，这些规则根据源文件的变化自动触发相应的编译步骤。它们通常包含了C源程序和头文件的编译指令，以及清理（如删除旧的OBJ文件）等操作。 2. **规则格式**：规则由目标（通常是可执行文件）和一系列依赖项组成，如果依赖项（如源文件或中间文件）需要更新，Make会自动执行相应的命令来生成目标。 3. **变量的使用**：Makefile通过变量简化任务，比如设置编译器路径、目标名称等，这样可以减少重复，提高灵活性。 4. **命令推断**：Make允许用户让工具自动推断出必要的命令，例如当头文件变化时，仅重新编译包含它的源文件，而非整个项目。 5. **不同的Makefile风格**：文中介绍了两种不同的Makefile编写风格，一种是传统的明确定义依赖关系，另一种则允许Make在必要时自动推断。 6. **目录管理和清理规则**：Makefile可以指定在目录中查找依赖文件，并提供删除特定文件的规则，确保项目的整洁。 7. **编写和组织Makefile**：Makefile文件的内容结构包括目标的定义、文件命名规范、如何包含其他Makefile、变量MAKEFILES的使用以及文件的重新生成和加载机制。 8. **规则的语法和细节**：讲解了规则的语法，如通配符的应用、依赖搜索策略、伪目标（如phony）、空目标文件的用途以及内建特殊目标。 9. **复杂规则**：处理多目标、多条规则的场景，以及静态格式规则和双冒号规则（::）的用法。本文档详细介绍了如何创建、维护和利用Makefile进行高效的IT项目管理，对于理解和编写高质量的Makefile文件具有很高的参考价值。对于C/C++开发者来说，掌握Makefile的使用是提升开发效率的关键技能之一。

4.2.1 通配符例子

通配符可以用在规则的命令中，此时通配符由 shell 扩展。例如，下面的规则删除所有

OBJ 文件：

clean：

rm –f *.o

通配符在规则的依赖中也很有用。在下面的 makefile 规则中，‘make print’将打印

所有从上次您打印以后又有改动的‘.c’文件：

print: *.c

lpr -p $?

touch print

本规则使用‘ptint’作为一个空目标文件（参看

使用空目标文件记录事件

）；自动变量‘$?’

用来打印那些已经修改的文件，参看

自动变量

。

当您定义一个变量时通配符不会扩展，如果您这样写：

objects = *.o

变量 objects 的值实际就是字符串‘*.o’。然而，如果您在一个目标、依赖和命令中使用

变量 objects 的值，通配符将在那时扩展。使用下面的语句可使通配符扩展：

objects=$(wildcard *.o)

详细内容参阅

函数 wildcard

。

4.2.2 使用通配符的常见错误

下面有一个幼稚使用通配符扩展的例子，但实际上该例子不能完成您所希望完成的任

务。假设可执行文件‘foo’由在当前目录的所有 OBJ 文件创建，其规则如下：

objects = *.o

foo : $(objects)

cc -o foo $(CFLAGS) $(objects)

由于变量 objects 的值为字符串‘*.o’，通配符在目标‘foo’的规则下扩展，所以每一个

OBJ 文件都会变为目标‘foo’的依赖，并在必要时重新编译自己。

但如果您已删除了所有的 OBJ 文件，情况又会怎样呢？因没有和通配符匹配的文件，所

以目标‘foo’就依靠了一个有着奇怪名字的文件‘*.o’。因为目录中不存在该文件，make

将发出不能创建‘*.o’的错误信息。这可不是所要执行的任务。

实际上，使用通配符获得正确的结果是可能的，但您必须使用稍微复杂一点的技术，该

技术包括使用函数 wildcard 和替代字符串等。详细内容将在下一节论述。

微软的操作系统（MS-DOS、MS-WINDOWS）使用反斜杠分离目录路径，如：

C:\foo\bar\bar.c

这和 Unix 风格‘c:/foo/bar/bar.c’等价（‘c:’是驱动器字母）。当 make 在这些系

统上运行时，不但支持在路径中存在反斜杠也支持 Unix 风格的前斜杠。但是这种对反斜杠

的支持不包括通配符扩展，因为通配符扩展时，反斜杠用作引用字符。所以，在这些场合您

必须使用 Unix 风格的前斜杠。

4.2.3 函数 wildcard

通配符在规则中可以自动扩展，但设置在变量中或在函数的参数中通配符一般不能正常

扩展。如果您需要在这些场合扩展通配符，您应该使用函数 wildcard，格式如下：

$(wildcard

pattern

...)

可以在 makefile 文件的任何地方使用该字符串，应用时该字符串被一列在指定目录下存在

的并且文件名和给出的文件名的格式相符合的文件所代替，文件名中间由空格隔开。如果没

有和指定格式一致的文件，则函数 wildcard 的输出将会省略。注意这和在规则中通配符扩

展的方式不同，在规则中使用逐字扩展方式，而不是省略方式（参阅上节）。

使用函数 wildcard 得到指定目录下所有的 C 语言源程序文件名的命令格式为：

$(wildcard *.c)

我们可以把所获得的 C 语言源程序文件名的字符串通过将‘.c’后缀变为‘.o’转换为 OBJ

文件名的字符串，其格式为：

$(patsubst %.c,%.o,$(wildcard *.c))

这里我们使用了另外一个函数：patsubst，详细内容参阅

字符串替换和分析函数

。

这样，一个编译特定目录下所有 C 语言源程序并把它们连接在一起的 makefile 文件可

以写成如下格式：

objects := $(patsubst %.c,%.o,$(wildcard *.c))

foo : $(objects)

cc -o foo $(objects)

这里使用了编译 C 语言源程序的隐含规则，因此没有必要为每个文件写具体编译规则。

‘:=’是‘=’的变异，对‘:=’的解释，参阅

两种风格的变量

。

4.3 在目录中搜寻依赖

对于大型系统，把源文件安放在一个单独的目录中，而把二进制文件放在另一个目录中

是十分常见的。Make 的目录搜寻特性使自动在几个目录搜寻依赖十分容易。当您在几个目

录中重新安排您的文件，您不必改动单独的规则，仅仅改动一下搜寻路径即可。

4.3.1 VPATH：所有依赖的搜寻路径

make 变量 VPATH 的值指定了 make 搜寻的目录。经常用到的是那些包含依赖的目录，并

不是当前的目录；但 VPATH 指定了 make 对所有文件都适用的目录搜寻序列，包括了规则的

目标所需要的文件。

如果一个作为目标或依赖的文件在当前目录中不存在，make 就会在 VPATH 指定的目录

中搜寻该文件。如果在这些目录中找到要寻找的文件，则就象这些文件在当前目录下存在一

样，规则把这些文件指定为依赖。参阅

编写搜寻目录的 shell 命令

。

在 VPATH 变量定义中，目录的名字由冒号或空格分开。目录列举的次序也是 make 搜寻

的次序。在 MS-DOS、MS-WINDOWS 系统中，VPATH 变量定义中的目录的名字由分号分开，因

为在这些系统中，冒号用为路径名的一部分（通常在驱动器字母后面）。例如：

VPATH = src:../headers

指定了两个目录，‘src’和‘…/headers’，make 也按照这个次序进行搜寻。使用该 VPATH

的值，下面的规则，

foo.o : foo.c

在执行时就象如下写法一样会被中断：

foo.o : src/foo.c

然后在 src 目录下搜寻 foo.c。

4.3.2 vpath 指令

vpath 指令（注意字母是小写）和 VPATH 变量类似，但却更具灵活性。vpath 指令允许对符

合一定格式类型的文件名指定一个搜寻路径。这样您就可以对一种格式类型的文件名指定一

个搜寻路径，对另外格式类型的文件名指定另外一个搜寻路径。总共由三种形式的 vpath

指令：

vpath

pattern

directories

对一定格式类型的文件名指定一个搜寻路径。搜寻的路径由一列要搜寻的目录构成，

目录由冒号（在 MS-DOS、MS-WINDOWS 系统中用分号）或空格隔开，和 VPATH 变量定义

要搜寻的路径格式一样。

vpath

pattern

清除和一定类型格式相联系的搜寻路径。

vpath

清除所有前面由 vapth 指令指定的搜寻路径。

一个 vpath 的格式 pattern 是一个包含一个’%’的字符串。该字符串必须和正搜寻的一个

依赖的文件名匹配，字符%可和任何字符串匹配（关于格式规则，参阅

定义与重新定义格式

规则

）。例如，%.h 和任何文件名以.h 结尾的文件匹配。如果不使用‘%’，格式必须与依赖

精确匹配，这种情况很少使用。

在 vpath 指令格式中的字符‘%’可以通过前面的反斜杠被引用。引用其它字符‘%’的

反斜杠也可以被更多的反斜杠引用。引用字符‘%’和其它反斜杠的反斜杠在和文件名比较

之前和格式是分开的。如果反斜杠所引用的字符‘%’没有错误，则该反斜杠不会运行带来

任何危害。

如果 vpath 指令格式和一个依赖的文件名匹配，并且在当前目录中该依赖不存在，则

vpath 指令中指定的目录和 VPATH 变量中的目录一样可以被搜寻。例如：

vpath %.h ../headers

将告诉 make 如果在当前目录中以‘.h’结尾文件不存在，则在‘../headers’目录下搜寻

任何以‘.h’结尾依赖。

如果有几个 vpath 指令格式和一个依赖的文件名匹配，则 make 一个接一个的处理它们，

搜寻所有在指令中指定的目录。Make 按它们在 makefile 文件中出现的次序控制多个 vpath

指令，多个指令虽然有相同的格式，但它们是相互独立的。以下代码：

vpath %.c foo

vpath % blish

vpath %.c bar

表示搜寻`.c'文件先搜寻目录`foo'、然后`blish'，最后`bar'；如果是如下代码：

vpath %.c foo:bar

vpath % blish

表示搜寻`.c'文件先搜寻目录‘foo'、然后‘bar'，最后‘blish'。

4.3.3 目录搜寻过程

当通过目录搜寻找到一个文件，该文件有可能不是您在依赖列表中所列出的依赖；有时

通过目录搜寻找到的路径也可能被废弃。Make 决定对通过目录搜寻找到的路径保存或废弃

所依据的算法如下：

1、1、如果一个目标文件在 makefile 文件所在的目录下不存在，则将会执行目录搜寻。

2、2、如果目录搜寻成功，则路径和所得到的文件暂时作为目标文件储存。

3、3、所有该目标的依赖用相同的方法考察。

4、4、把依赖处理完成后，该目标可能需要或不需要重新创建：

1、1、如果该目标不需要重建，目录搜寻时所得到的文件的路径用作该目标所有依赖

的路径，同时包含该目标文件。简而言之，如果 make 不必重建目标，则您使用通

过目录搜寻得到的路径。

2、2、如果该目标需要重建，目录搜寻时所得到的文件的路径将废弃，目标文件在

makefile 文件所在的目录下重建。简而言之，如果 make 要重建目标，是在 makefile

文件所在的目录下重建目标，而不是在目录搜寻时所得到的文件的路径下。

该算法似乎比较复杂，但它却可十分精确的解释实际您所要的东西。

其它版本的 make 使用一种比较简单的算法：如果目标文件在当前目录下不存在，而它

通过目录搜寻得到，不论该目标是否需要重建，始终使用通过目录搜寻得到的路径。

实际上，如果在 GNU make 中使您的一些或全部目录具备这种行为，您可以使用 GPATH

变量来指定这些目录。

GPATH 变量和 VPATH 变量具有相同的语法和格式。如果通过目录搜寻得到一个过时的目

标，而目标存在的目录又出现在 GPATH 变量，则该路径将不废弃，目标将在该路径下重建。

4.3.4 编写目录搜寻的 shell 命令

即使通过目录搜寻在其它目录下找到一个依赖，不能改变规则的命令，这些命令同样按

照原来编写的方式执行。因此，您应该小心的编写这些命令，以便它们可以在 make 能够在

发现依赖的目录中处理依赖。

借助诸如‘$^’的自动变量可更好的使用 shell 命令（参阅

自动变量

）。例如，‘$^’

的值代表所有的依赖列表，并包含寻找依赖的目录；‘$@’的值是目标。

foo.o : foo.c

cc -c $(CFLAGS) $^ -o $@

变量 CFLAGS 存在可以方便您利用隐含规则指定编译 C 语言源程序的旗标。我们这里使

用它是为了保持编译 C 语言源程序一致性。参阅

隐含规则使用的变量

。

依赖通常情况下也包含头文件，因自动变量‘$<’的值是第一个依赖，因此这些头文件

您可以不必在命令中提及，例如：

VPATH = src:../headers

foo.o : foo.c defs.h hack.h

cc -c $(CFLAGS) $< -o $@

4.3.5 目录搜寻和隐含规则

搜寻的目录是由变量 VPATH 或隐含规则引入的 vpath 指令指定的（详细参阅

使用隐含规

则

）。例如，如果文件‘foo.o’没有具体的规则，make 则使用隐含规则：如文件 foo.c 存

在，make 使用内置的规则编译它；如果文件 foo.c 不在当前目录下，就搜寻适当的目录，

如在别的目录下找到 foo.c，make 同样使用内置的规则编译它。

隐含规则的命令使用自动变量是必需的，所以隐含规则可以自然地使用目录搜寻得到的

文件。

4.3.6 连接库的搜寻目录

对于连接库文件，目录搜寻采用一种特别的方式。这种特别的方式来源于个玩笑：您写

一个依赖，它的名字是‘-|name’的形式。（您可以在这里写一些奇特的字符，因为依赖正

常是一些文件名，库文件名通常是‘libname.a’ 的形式，而不是‘-|name’ 的形式。）

当一个依赖的名字是‘-|name’的形式时，make 特别地在当前目录下、与 vpath 匹配

的目录下、VPATH 指定的目录下以及‘/lib’, ‘/usr/lib', 和 ‘

prefix

/lib'（正常情

况为`/usr/local/lib'，但是 MS-DOS、MS-Windows 版本的 make 的行为好像是

prefix

定义

为 DJGPP 安装树的根目录的情况）目录下搜寻名字为‘lib

name

.so'的文件然后再处理它。

如果没有搜寻到‘lib

name

.so'文件，然后在前述的目录下搜寻‘lib

name

.a'文件。

例如，如果在您的系统中有‘/usr/lib/libcurses.a'的库文件，则：

foo : foo.c –lcurses

cc $^ -o $@

如果‘foo’比‘foo.c’更旧，将导致命令‘cc foo.c /usr/lib/libcurses.a -o foo'执

行。

缺省情况下是搜寻‘lib

name

.so' 和‘lib

name

.a'文件，具体搜寻的文件及其类型可使

用.LIBPATTERNS 变量指定，这个变量值中的每一个字都是一个字符串格式。当寻找名为

‘-|name’的依赖时，make 首先用

name

替代列表中第一个字中的格式部分形成要搜寻的库

文件名，然后使用该库文件名在上述的目录中搜寻。如果没有发现库文件，则使用列表中的

下一个字，其余以此类推。

.LIBPATTERNS 变量缺省的值是"‘lib%.so lib%.a'"，该值对前面描述的缺省行为提供

支持。您可以通过将该值设为空值从而彻底关闭对连接库的扩展。

4.4 假想目标

假想目标并不是一个真正的文件名，它仅仅是您制定的一个具体规则所执行的一些命令

的名称。使用假想目标有两个原因：避免和具有相同名称的文件冲突和改善性能。

如果您写一个其命令不创建目标文件的规则，一旦由于重建而提及该目标，则该规则的

命令就会执行。这里有一个例子：

clean:

rm *.o temp

因为 rm 命令不创建名为‘clean’的文件，所以不应有名为‘clean’的文件存在。因此不

论何时您发布`make clean'指令，rm 命令就会执行。

假想目标能够终止任何在目录下创建名为‘clean’的文件工作。但如在目录下存在文

件 clean，因为该目标 clean 没有依赖，所以文件 clean 始终会认为已经该更新，因此它的

命令将永不会执行。为了避免这种情况，您应该使用象如下特别的.PHONY 目标格式将该目

标具体的声明为一个假想目标：

.PHONY : clean

一旦这样声明，‘make clean’命令无论目录下是否存在名为‘clean’的文件，该目标的命

令都会执行。

因为 make 知道假想目标不是一个需要根据别的文件重新创建的实际文件，所以它将跳

过隐含规则搜寻假想目标的步骤（详细内容参阅

使用隐含规则

）。这是把一个目标声明为假

想目标可以提高执行效率的原因，因此使用假想目标您不用担心在目录下是否有实际文件存

在。这样，对前面的例子可以用假想目标的写出，其格式如下：

.PHONY: clean

clean:

rm *.o temp

另外一个使用假想目标的例子是使用 make 的递归调用进行连接的情况：此时，makefile

文件常常包含列举一系列需要创建的子目录的变量。不用假想目标完成这种任务的方法是使

用一条规则，其命令是一个在各个子目录下循环的 shell 命令，如下面的例子：

subdirs:

for dir in $(SUBDIRS); do \

$(MAKE) -C $$dir; \

done

但使用这个方法存在下述问题：首先，这个规则在创建子目录时产生的任何错误都不及时发

现，因此，当一个子目录创建失败时，该规则仍然会继续创建剩余的子目录。虽然该问题可

以添加监视错误产生并退出的 shell 命令来解决，但非常不幸的是如果 make 使用了‘-k’

选项，这个问题仍然会产生。第二，也许更重要的是您使用了该方法就失去使用 make 并行

处理的特点能力。

使用假想目标（如果一些子目录已经存在，您则必须这样做，否则，不存在的子目录将

不会创建）则可以避免上述问题：

SUBDIRS = foo bar baz

.PHONY: subdirs $(SUBDIRS)

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