【Linux】自动化构建工具-make/Makefile&&第一个小程序

大家好我是沐曦希💕

一.项目自动化构建工具-make/Makefile

1.背景

• 会不会写makefile，从一个侧面说明了一个人是否具备完成大型工程的能力
• 一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作
• makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。
• make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具，一般来说，大多数的IDE都有这个命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make。可见，makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。
• make是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

2. 举例

• 第一步编写一个.c/.cpp文件

vim mycode.cpp
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编写完后退出该文件。

• 第二步创建一个Makefile文件

vim Makefile
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退出该文件

• 输入make进行编译
  
  可以看见编写完一个Makefile后，输入make指令后，就会编译你指定要比编译的文件(例:mycode.cpp),生成了对应可执行程序(mycode)。
  这样可以免去写编译指令，完成项目自动化构建。在需要大量编译时候可以节省很多时间，直接一个make命令就能完成了。

那么要删除可执行程序怎么办呢？

其中 .PHONY:clean 是伪目标，只输入make时候，不会执行.PHONY: 后面的指令，需要make加 .PHONY: 后面的指令才会执行该伪目标。

make clean
1

只输入make时候，不会编译也不会显示伪目标

那么Makefile是怎么实现这些的呢？

3. 原理

Makefile存在意义是为了构建项目的(要做一件事情)，那么就需要依赖关系和依赖方法。例如：你问你爸要钱，那么你们之间的依赖关系是你们是父子，表明依赖方法是你爸要给你钱。

所以Makefile内部要写的是：依赖关系和依赖方法。

• 依赖关系
  
  Makefile的mycode依赖mycode.cpp。mycode是可执行程序，必须由源文件mycode.cpp编译获得。
  所以 mycode:mycode.cpp 是依赖关系。

依赖方法是： g++ mycode.cpp -o mycode
表明可执行程序是由源文件编译获得，提供依赖方法。

注意的是：在写完依赖方法回车到下一行，一个是按[Tab]键，不然会报错。

.PHONY被关键字修饰的对象是一个伪目标，该目标总是能被执行。

可见即便mycode不存在了，clean指令依然被执行，不会报错。

甚至.PHONY可以修饰mycode,使编译始终被执行。

 .PHONY:mycode
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make是如何工作的,在默认的方式下，也就是我们只输入make命令。那么，

如果不用修饰.PHONY修饰mycode，能不能重复执行编译呢？


可见不能一直重复编译，报错：

`mycode' is up to date.
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意思使mycode已经使最新的了。

• 那么是什么工具阻止了重复的命令？又是怎么知道不需要再编译的呢?

是g++/gcc阻止该命令。g++/gcc通过比较源文件和可执行程序的Modify时间，如果源文件Modify时间比可执行程序时间新，就会编译，否则不会编译。

• 查看文件三个时间

stat mycode.cpp
stat mycode
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其中Modif：文件内容被修改的时间
Chang:文件内容属性最新一次被修改时间
Access：文件最后访问时间

那么我们进入到源文件mycode.cpp中后再退出会看到Access和Chang有时候会变化，有时候不会变化，Access一变化那么Chang就会变化，而Modif不会变化。
（注意：退出vim时候，底行模式时候，只能输入q，因为w是保存，相当于更改了文件的内容)
Access显示不是文件最后访问时间吗为什么时变时不变呢？而Chang会随着Access变化而变化呢?

因为文件操作的时候，文件的访问次数比文件的更改次数多，那么Access时间就会被频繁更改，更改频率太高了；而Access也算文件的属性，Chang记录的是文件内容属性最新一次被修改时间，那么Access被修改了，文件属性就会变化，Chang就会变化。而文件属性是有大小的，而更改Access时间就需要访问磁盘，那么频繁更改Access时间会频繁访问磁盘，效率降低，占用内存增大。
所以对Access时间进行了优化，Access只有在进行访问文件到达一定次数后才更改Access时间。

那么进行mycode.cpp更改后，Modify和Chang时间都会更改。

那么也可以解释为什么.PHONY修饰下的mycode可以一直执行了，因为它不会对比时间，而是直接执行。

• Makefile的推导规则
  结合编译链接的知识点，更改mycode:mycode.cpp的写法：
  
  

所以Makefile的推导规则是往下查找，直到找到存在的文件，类似于VS下的调用堆栈，会一直调用直到底层函数，然后一个一个返回。

不过建议直接写成

mycode:mycode.cpp
	g++ mycode.cpp -o mycode
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补充：make默认从上往下下扫描，第一个命令可以省略名字，make只生成一个可执行程序，默认为第一个。

4. 总结

make是如何工作的,在默认的方式下，也就是我们只输入make命令。那么，

1. make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件。
2. 如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“mycode”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。
3. 如果mycode文件不存在，或是mycode所依赖的后面的mycode.o文件的文件修改时间要比mycode这个文件新（可以用 touch 测试），那么，他就会执行后面所定义的命令来生成mycode这个文件。
4. 如果mycode所依赖的mycode.o文件不存在，那么make会在当前文件中找目标为mycode.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成mycode.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
5. 当然，你的C文件和H文件是存在的啦，于是make会生成 mycode.o 文件，然后再用 mycode.o 文件声明make的终极任务，也就是执行文件mycode了。
6. 这就是整个make的依赖性，make会一层又一层地去找文件的依赖关系，直到最终编译出第一个目标文件。
7. 在找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错，而对于所定义的命令的错误，或是编译不成功，make根本不理。
8. make只管文件的依赖性，即，如果在我找了依赖关系之后，冒号后面的文件还是不在，那么对不起，我就不工作啦。

5. 项目清理

• 工程是需要被清理的
• 像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行，不过，我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”，以此来清除所有的目标文件，以便重编译。
• 但是一般我们这种clean的目标文件，我们将它设置为伪目标,用 .PHONY 修饰,伪目标的特性是，总是被执行的。

6. 习题

习题一

1.下列关于makefile描述正确的有？
A.makefile文件保存了编译器和连接器的参数选项
B.主要包含了五个东西：显式规则、隐晦规则、变量定义、文件指示和注释
C.默认的情况下，make命令会在当前目录下按顺序找寻文件名为“GNUmakefile”、“makefile”、“Makefile”的文件， 找到了解释这个文件
D.在Makefile不可以使用include关键字把别的Makefile包含进来
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答案:ABC

1. makefile文件中，保存了编译器和链接器的参数选项，并且描述了所有源文件之间的关系。make程序会读取makefile文件中的数据，然后根据规则调用编译器，汇编器，链接器产生最后的输出。根据makefile的功能理解，A选项是正确的
2. Makefile里主要包含了五个东西：显式规则、隐晦规则、变量定义、文件指示和注释， B选项是正确的

• 显式规则说明了，如何生成一个或多个目标文件。
• make有自动推导的功能，所以隐晦的规则可以让我们比较粗糙地简略地书写makefile，比如源文件与目标文件之间的时间关系判断之类
• 在makefile中可以定义变量，当makefile被执行时，其中的变量都会被扩展到相应的引用位置上，通常使用 $(var) 表示引用变量
• 文件指示。包含在一个makefile中引用另一个makefile，类似C语言中的include； 根据这一项可以推导D选项是错误的。
• 注释，makefile中可以使用 # 在行首表示行注释
• 默认的情况下，make命令会在当前目录下按顺序找寻文件名为“GNUmakefile”、“makefile”、“Makefile”的文件，C选项也正确
• 根据以上对makefile的理解，可以分析出正确的选项包含：A B C

习题二

2.下列关于make/Makefile描述正确的有？
A.make会生成Makefile中定义的所有目标对象
B.make会自动根据依赖对象检测目标对象是否需要重新生成
C.Makefile中伪对象的功能是目标对象存在则不需要生成
D.Makefile中声明伪对象使用 .PHONY
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答案:BD

• make的执行规则是，只生成所有目标对象中的第一个，当然make会根据语法规则，递归生成第一个目标对象的所有依赖对象后再回头生成第一个目标对象，生成后退出。因此A选项错误。
• make在执行makefile规则中，根据语法规则，会分析目标对象与依赖对象的时间信息，判断是否在上一次生成后，源文件发生了修改，若发生了修改才需要重新生成。因此B选项正确
• makefile中的伪对象表示对象名称并不代表真正的文件名，与实际存在的同名文件没有相互关系，因此伪对象不管同名目标文件是否存在都会执行对应的生成指令。伪对象的作用有两个，1. 使目标对象无论如何都要重新生成。2. 并不生成目标文件，而是为了执行一些指令。 根据对伪对象的理解，C选项错误
• makefile中使用 .PHONY 来声明伪对象， .PHONY: clean。 D选项正确
• 根据makefile的理解，可以分析出 B D选项正确

二.第一个小程序－进度条

在c语言中’\n’的功能相当于’\r’+’\n’

• ‘\r’：回车，即将光标移动到当前行的行首；
• ‘\n’：换行，即将光标移动到下一行；

C语言中的 ‘\n’ 的作用是 回车 + 换行，而不仅仅是换行，这是沿用老式键盘。

1.行缓冲区

我们知道从键盘输入的字符以及向显示器输出的内容，并不会直接读入或输出，而是会先被存放到输入缓冲区与输出缓冲区中，待缓冲区刷新时数据才会才会被读入或输出；而行缓冲是缓冲区类型的一种，在行缓冲下，当 在输入和输出中遇到换行符时，才执行真正的I/O操作；即我们输入的字符会先存放在缓冲区，等按下回车键时才进行真正的I/O操作。

#include    
#include    
int main()    
{    
    printf("you can see me .......");
    sleep(5);
    return 0;                                        
}
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结果是休眠5秒才printf，我们知道先执行的一定是printf，代码是顺序结构的，只不过是数据并没有立即显示出来! 因为先执行printf不一定数据先显示。
可以看到只有休眠5秒后从刷新新的数据，既然printf先执行完成了打印，那么对呀输出的数据在哪里呢?
数据都在缓冲区里面存储，这就是为什么会先睡眠后才把数据显示出来。要把数据立即显示出来，我们直接刷新缓冲区，fflush(stdout) ；或者在在数据后面加上’\n’

#include    
#include    
int main()    
{    
    printf("you can see me ......."); 
    fflush(stdout);           
    sleep(5); 
    return 0;
}
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2.倒计时

#include    
#include    
int main()    
{    
    int cnt = 10;    
    while(cnt)    
    {    
        printf("剩余时间:%2d\r",cnt);
        cnt--;    
        fflush(stdout); 
        sleep(1);    
    }    
    return 0;    
}
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下面，我们直接来写一个进度条：

3.进度条

创建的文件:

//Progress.h

#pragma once    
#include    
#include    
#include    
#define NUM 101    
#define S_NUM 5
extern void ProccessOn();//函数声明
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//Progress.c

#include"Progress.h"    
char stype[S_NUM] = {'-','.','#','>','+'};
void ProccessOn()    
{    
    char bar[NUM];    
    memset(bar,'\0',sizeof(bar));    
    const char* lable = "|\\-/";
    int cnt = 0;//循环101次 
    while(cnt <= 100)
    {    
        printf("[%-100s][%-3d%%][%c]\r",bar,cnt,lable[cnt%4]);
        fflush(stdout);    
      	 bar[cnt++] = stype[N];    
        //sleep(1);    
        usleep(50000);
    }
    printf("\n");
}
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//main.c

#include"Progress.h" 
int main() 
{
    ProccessOn();
    return 0; 
}
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//Makefile

ProccessOn:main.c Progress.c 
    gcc -o ProccessOn main.c Progress.c -DN=3//利用命令行传值，选择进度条的形状
.PHONY:clean
clean:
    rm -f ProccessOn
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