第009课 gcc和arm-linux-gcc和MakeFile

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第001节_gcc编译器1_gcc常用选项_gcc编译过程详解

gcc的使用方法

gcc    [选项]    文件名

gcc常用选项

gcc常用选项

选项	功能
-v	查看gcc编译器的版本，显示gcc执行时的详细过程
-o <file>	指定输出文件名为file，这个名称不能跟源文件名同名
-E	只预处理，不会编译、汇编、链接
-S	只编译，不会汇编、链接
-c	编译和汇编，不会链接

 

一个C/C++文件要经过预处理、编译、汇编和链接才能变成可执行文件。

（1）预处理

C/C++源文件中，以#开头的命令称为预处理命令，如包含命令#include、宏定义命令#define、条件编译命令#if、#ifdef等。预处理就是将要包含（#include）的文件插入源文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择需要使用的代码，最后将这些东西输出到一个.i文件中等待进一步处理。

（2）编译

编译就是把C/C++代码（比如上述的.i文件）翻译成汇编代码。

（3）汇编

汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux系统上一般表现为ELF目标文件（OBJ文件）。反汇编是指将机器代码转换成汇编代码，这在调试程序时常常用到。

（4）链接

链接就是将上步生成的OBJ文件和系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件。

helo.c(预处理)-->hello.i(编译)-->hello.s(汇编)-->hello.o(链接)-->hello

详细的每一步命令如下：

gcc -E -o hello.i hello.c
gcc -S -o hello.s hello.i
gcc -c -o hello.o hello.s
gcc -o hello hello.o

上面一连串命令比较麻烦，gcc会对.c文件默认进行预处理操作，使用-c再来指明了编译、汇编，从而得到.o文件，在将.o文件进行链接，得到可执行应用程序。简化如下:

gcc -c -o hello.o hello.c
gcc -o hello hello.o

 

第002节_gcc编译器2_深入讲解链接过程

前面编译出来的可执行文件比源文件大了很多，这是什么原因呢？

我们从链接过程来分析，链接将汇编生成的OBJ文件、系统库的OBJ文件、库文件链接起来，crt1.o、crti.o、crtbegin.o、crtend.o、crtn.o这些都是gcc缴入的系统标准启动文件，它们的加入使最后出来的可执行文件相比原来的文件大得多。

-lc：链接libc库文件，其中libc库文件中就实现了printf等函数

gcc -v -nostdlib -o hello hello.o

会提示因为没有链接系统标准启动文件和标准库文件，而链接失败。

这个 -nostdlib 选项常用于裸机bootloader、linux内核等程序，因为它们不需要启动文件、标准库文件。

一般应用程序才需要系统标准启动文件和标准库文件。裸机/bootloader、linux内核等程序不需要启动文件、标准库文件。

 

  动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行的时候需要加载所需的动态库才能运行。

动态链接生成的程序体积较小，但是必须依赖所需的动态库，否则无法执行。

gcc -c -o hello.o hello.c
gcc -o hello_shared hello.o

 

静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行时所需的全部库，可以直接运行，不过，静态链接生成的程序体积较大。

gcc -c -o hello.o hello.c
gcc -static -o hello_static hello.o

 

第003节_C语言指针复习1_指向char和int的指针

 日常中，我们把笔记记到记事本中，记事本就相当于一个载体(存储笔记的内容)。

C语言中有些变量，例如，char、int类型的变量，它们也需要一个载体，来存储这些变量的值，这个载体就是内存。

比如：我们的电脑中内存有4GB内存，也就是4*1024*1024*1024=4294967296字节。

我们可以把整个内存想象成一串连续的格子，每个格子(字节)都可以放入一个数据，如下图所示。

每一个小格子都有一个编号，小格子的编号从0开始，我们可以通过读取格子的编号，得到格子里面的内容。同理，我们根据内存的变量的地址，来获得其中的数据。

下面写一个小程序进行测试，实例：

poniter_test.c

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("sizeof(char )  =%d\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int  )  =%d\n",sizeof(int));
    printf("sizeof(char *) =%d\n",sizeof(char *));
    printf("sizeof(char **)=%d\n",sizeof(char **));
    
    return 0;
}

根据程序可以看出来，函数的功能是输出，char，int，char*，char**类型所占据的字节数。

编译：

gcc -o poniter_test poniter_test.c

运行程序：

./poniter_test

结果：（我用的是64位的编译器）

sizeof(char   )=1
sizeof(int    )=4
sizeof(char *) =8
sizeof(char **)=8

可以看出在64位的机器中，用8字节表示指针，我们可以测试一下32位的机器编译：

编译：

gcc -m32 -o pointer_test poniter_test.c  //加上-m32：编译成32位的机器码

编译可能会出现下面提示错误：

/usr/include/features.h:367:25: fatal error: sys/cdefs.h: No such file or directory

解决错误，安装  lib32readline-gplv2-dev  ，执行：

sudo apt-get install lib32readline6-dev

重新编译：

gcc -m32 -o pinter_test pointer_test.c //没有错误

运行生成的应用程序

./pointer_test

结果：

sizeof(char  ) =1
sizeof(int   ) =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4

可以看出编译成32位的机器码，指针就是用4字节来存储的。

总结：

1. 所有变量不论是普通变量(char,int)还是指针变量，都存在于内存中。

2. 所有变量都可以保存某些值。

3.怎么使用指针？

　　取值

　　移动指针

 

实例0

步骤一

#include <stdio.h>

void test0()
{
    char c;
    char *pc;
    
    /*第一步：所有变量都保存在内存中，我们打印一下变量的存储地址*/
    printf("&c  = %p\n",&c);
    printf("&pc = %p\n",&pc);
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("sizeof(char )  =%d\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int  )  =%d\n",sizeof(int));
    printf("sizeof(char *) =%d\n",sizeof(char *));
    printf("sizeof(char **)=%d\n",sizeof(char **));
    test0();
    
    return 0;
}

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&c  = 0xffaaa2b7
&pc = 0xffaaa2b8

从运行的结果我们可知，变量c的地址编号(即地址)是 0xffaaa2b7 ,指针变量pc的地址编号是 0xffaaa2b8 ，如下所示，编译成32位的机器码，字符类型占用一个字节，指针类型就是用4个字节来存储的。

 

 步骤二

我们包test0() 函数里面的变量保存(赋予)一些值，假如这些变量不保存数据的话，那么存储变量的地址空间就会白白浪费。

我们把上面程序中的test0()函数里面的字符变量c，指针变量pc进行赋值。

c = 'A';    // 把字符‘A’赋值给字符变量
pc = &c;    // 把字符变量c的地址赋值给指针变量pc

然后把赋值后的变量值答应出来

printf("c = %c\n",c);
printf("pc = %p\n",pc);

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&c  = 0xffb009b7
&pc = 0xffb009b8
c = A
pc = 0xffb009b7

从运行的结构看来，字符变量和指针变量的地址编号发生了变化，所以在程序重新运行时，变量的地址，具有不确定性。字符变量c存储的内容是‘A’，指针变量pc存储的内容是 0xffb009b7（用四个字节来存储）。

由于内存的存储方式是，小端模式：低字节数据放在低地址，高字节的数据放在高地址。在内存中存储的格式如下图：

 

步骤三

我们定义的指针类型变量，要使用它。

用指针来取值，‘*’：表示取指针变量存储地址的数据。

我们在test0()函数里添加如下代码：

printf("*pc = %c\n",*pc);

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./poniter_test

运行结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&c  = 0xfff59ea7
&pc = 0xfff59ea8
c = A
pc = 0xfff59ea7
*pc = A

指针变量pc存储的内容是字符变量c的地址，所以*pc就相当于取字符变量c的内容。如图

实例1

步骤一

我们在上面函数的基础上，写一个函数test1()

void test1()
{
    int ia;
    int *pi;
    char *pc;
    
    /*第一步：所有变量都保存在内存中，我们打印一下变量的存储地址*/
    printf("&ia=%p\n",&ia);
    printf("&pi=%p\n",&pi);
    printf("&pc=%p\n",&pc);
}

main.c

int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("sizeof(char )  =%d\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int  )  =%d\n",sizeof(int));
    printf("sizeof(char *) =%d\n",sizeof(char *));
    printf("sizeof(char **)=%d\n",sizeof(char **));
    // test0();
    test1();
    return 0;
}

我们在test1()函数中定义了一个整型变量ia，定义了一个指向整型的指针变量pi，定义了一个指向字符型的指针变量pc。然后打印出这些变量的地址。

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&ia=0xff8a6df0
&pi=0xff8a6df4
&pc=0xff8a6df8

在32位的系统中int类型变量在内存中占用4个字节，指针型变量在内存中占用4个字节如图：

 

 步骤二

在test1()的函数中对定义的变量进行赋值，然后把赋值的结果打印出来。

    /*第二布：所有变量都可以保存某些值，接着赋值并打印*/
    ia = 0x12345678;
    pi = &ia;
    pc = (char *)&ia;
    printf("ia = 0x%x\n",ia);
    printf("pi = %p\n",pi);
    printf("pc = %p\n",pc);

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&ia=0xff9463c0
&pi=0xff9463c4
&pc=0xff9463c8
ia = 0x12345678
pi = 0xff9463c0
pc = 0xff9463c0

从结果可以看出来，变量pi和pc的值都等于变量ia的地址。

 

步骤三

我们使用指针并且对其进行取值，然后移动指针，在test1中添加如下代码：

    printf("pi=0x%x\n",*pi);
    printf("pc = %p\t",pc);
    printf("*pc = 0x%x\n",*pc); pc = pc +1;
    printf("pc = %p\t",pc);
    printf("*pc = 0x%x\n",*pc); pc = pc +1;
    printf("pc = %p\t",pc);
    printf("*pc = 0x%x\n",*pc); pc = pc +1;
    printf("pc = %p\t",pc);
    printf("*pc = 0x%x\n",*pc); 

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&ia=0xffdf73e0
&pi=0xffdf73e4
&pc=0xffdf73e8
ia = 0x12345678
pi = 0xffdf73e0
pc = 0xffdf73e0
pi=0x12345678
pc = 0xffdf73e0 *pc = 0x78
pc = 0xffdf73e1 *pc = 0x56
pc = 0xffdf73e2 *pc = 0x34
pc = 0xffdf73e3 *pc = 0x12

由于pi指向了ia，所以*pi的值为0x12345678。由于pc也指向了ia，但是由于pc是字符型指针变量，一次只能访问一个字节，需要四次才能访问完。如图所示：

结论：

1.指针变量锁存储的内容是所指向的变量在内存中的起始地址。

2.&变量：

　　目的：获得变量在内存中的地址；返回：变量在内存中的起始地址。

 

第004节_C语言指针复习2_指向数组和字符串的指针

实例2

我们在pointer_test.c的文件中写一个test2()函数，我们定义一个有3个元素的字符数组初始化值分别为'A' 'B' 'C',然后定义一个字符指针pc，把数组ca的首地址赋值给字符指针pc，然后通过访问指针变量pc，来读取指针变量pc所指向地址的数据，代码如下：

void test2()
{
    char ca[3] = {'A','B','C'};
    char *pc;
    
    /*第一步：所有变量都保存在内存中，我们打印一下变量的存储地址*/
    printf("ca = %p\n",ca);
    printf("&pc = %p\n",&pc);
    
    /*第二布：所有变量都可以保存某些值，接着赋值并打印*/
    //前面已经有ca[3] = {'A','B','C'}
    pc = ca;
    printf("pc = %p\n",pc);
    
    /*第三步：使用指针，1)取值 2)移动指针*/
    printf("pc = %p\t",pc);    printf("*pc = 0x%x\n",*pc);pc=pc+1;
    printf("pc = %p\t",pc);    printf("*pc = 0x%x\n",*pc);pc=pc+1;
    printf("pc = %p\t",pc);    printf("*pc = 0x%x\n",*pc);
}

main()函数

int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("sizeof(char )  =%d\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int  )  =%d\n",sizeof(int));
    printf("sizeof(char *) =%d\n",sizeof(char *));
    printf("sizeof(char **)=%d\n",sizeof(char **));
    // test0();
    // test1();
    test2();
    return 0;
}

编译:

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
ca = 0xffb946b9
&pc = 0xffb946b4
pc = 0xffb946b9
pc = 0xffb946b9 *pc = 0x41
pc = 0xffb946ba *pc = 0x42
pc = 0xffb946bb *pc = 0x43

分析：

第一步：

首先定义一个3个元素的字符数组ca(数组名表示数组存储的首地址)，然后定义一个字符指针pc，然后通过printf（）

函数把定义这两个变量在内存中的地址打印出来。

第二步：

执行pc=ca；就是把数组ca的首地址复制给指针变量pc。然后通过printf()函数打印pc的值可以看出pc的值就是数组ca的首地址0xffb946b9。

第三步：

通过移动指针我们可以发现数组占用的内存是连续的。0x41(的ascii码值‘A’)，0x42(的ascii码值‘B’)，0x43(的ascii码值‘C’)。

如图：

 

实例3

我们在pointer_test.c的文件中写一个函数test3()。我们定义一个有3个元素的整型数组ia，初始化值分别为，0x12345678,0x87654321,0x13572468，然后定义一个整型指针pi，把数组ia的首地址复制给整型指针pi，然后通过访问指针变量pi，来读取指针变量pi锁指向的数据，代码如下：

void test3()
{
    int ia[3]={0x12345678,0x87654321,0x13572468};
    int *pi;
    
    /*第一步：所有变量都保存在内存中，我们打印一下变量的存储地址*/
    printf("ia = %p\n",ia);
    printf("&pi = %p\n",&pi);
    
    /*第二布：所有变量都可以保存某些值，接着赋值并打印*/
    // 前面已经有ia[3]={0x12345678,0x87654321,0x13572468};
    pi = ia;
    printf("pi = %p\n",pi);
    
    /*第三步：使用指针，1)取值 2)移动指针*/
    printf("pi = %p\t",pi);    printf("*pi = 0x%x\n",*pi);pi=pi+1;
    printf("pi = %p\t",pi);    printf("*pi = 0x%x\n",*pi);pi=pi+1;
    printf("pi = %p\t",pi);    printf("*pi = 0x%x\n",*pi);
    
}

把main()函数test2()修改为test3()。

编译：

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
ia = 0xff91c060
&pi = 0xff91c05c
pi = 0xff91c060
pi = 0xff91c060 *pi = 0x12345678
pi = 0xff91c064 *pi = 0x87654321
pi = 0xff91c068 *pi = 0x13572468

分析：

第一步：

我们定义一个有3个怨毒的整型数组ia，数组名表示该数组存储的首地址，初始化值分别为0x12345678，0x87654321,0x13572468。然后定义一个整型指针pi，然后通过printf()函数把定义这两个变量在内存中的地址打印出来。

第二步：

执行pi=ia;就是把数组ia的首地址复制给指针变量pi，然后通过printf()函数打印pi的值可以看出pi的值就是整型数组ia的首地址0xff91c060。

第三步：

我们知道pi是整型变量指针，并且整型变量占用4个字节，所以整型指针变量pi是以4字节为单元进行访问的，所以pi和pi+1之间的差是一个整型变量的大小(4个字节)。

 

 实例4

定义一个指向字符串的指针pc，然后对字符串指针进行初始化设为为abc，代码如下：

void test4()
{
    char *pc = "abc";
    /*第一步：所有变量都保存在内存中，我们打印一下变量的存储地址*/
    printf("&pc = %p\n",&pc);
    
    /*第二步：所有变量都可以保存某些值，接着赋值并打印*/
    // 前面已经有 *pc = "abc";
    
    /*第三步：使用指针，1)取值 2)移动指针*/
    printf("pc      = %p\n", pc);
    printf("*pc     = %c\n",*pc);
    printf("pc str  = %s\n", pc);
}

 把main()函数test3()修改为test4()，编译

gcc -m32 -o pointer_test pointer_test.c

运行：

./pointer_test

结果：

sizeof(char )  =1
sizeof(int  )  =4
sizeof(char *) =4
sizeof(char **)=4
&pc = 0xfff49a68
pc      = 0x08048b4b
*pc     = a
pc str  = abc

分析：

第一步：

定义一个指向字符串的指针pc，然后对字符串指针进行初始化设置为abc，此时，指针变量pc的值就是字符串abc的首地址，然后通过printf()函数把指针pc的地址打印出来为0xfff49a68。

第二步：

首先通过printf()函数打印出指针变变量pc的值(字符串abc的首地址),pc的值为0x08048b4b，然后通过pc指针访问第一个字符(pc就是字符串的首地址)，所以pc的值就是字符‘a’的地址，所以*pc的值就是'a',如图所示：

下面分析一下指向数组的指针和指向字符串的指针：

char ca[3]={'A','B','C'};
char *pc0 = ca;

pc0是指向字符数组的字符指针，pc0就是数组首元素的地址，pc0=&a[0]

char *pc1="abc";

pc1是指向字符串的字符指针，pc1就是字符串“abc”的首字符‘a’的地址。

 

第005节_Makefile的引入及规则

使用keil，mdk，avr等工具开发程序时点击鼠标就可以编译了，它的内部机制是什么？它怎么组织管理程序？怎么决定编译哪一个文件？

答：实际上windows工具管理程序的内部机制，也是Makefile。我们在linux下来开发裸板程序的时候，使用Makefile组织管理这些程序，本节我们来讲解Makefile最基本的规则。Makefile要做什么事情呢？组织管理程序，组织管理文件，我们呢写一个程序来实验一下：

文件a.c

#include <stdio.h>

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

文件b.c

#include <stdio.h>

void func_b()
{
    printf("This is B \r\n");
}

 

编译:

gcc -o test a.c b.c

运行：

./test

结果：

This is B

 gcc -o test a.c b.c  这条命令虽然简单，但是它完成的功能不简单。我们来看看它做了哪些事情。

我们知道.c程序-->得到可执行程序

它们之间要经过四个步骤：

1.预处理

2.编译

3.汇编

4.链接

我们经常把前三个步骤统称为编译了。我们具体分析： gcc -o test a.c b.c  这条命令 它们要经过下面几个步骤：

1）对于a.c执行：预处理 编译 汇编 的过程，a.c --> xxx.s --> xxx.o 文件

2）对于b.c执行：预处理 编译 汇编 的过程，b.c --> yyy.s -->yyy.o 文件

3）最后：xxx.o和yyy.o链接起来得到一个test应用程序。

提示： gcc -o test a.c b.c -v :加上一个‘-v’选项可以看到它们的处理过程，

 第一次编译a.c得到xxx.o文件，这是很合乎情理的，执行完第一次之后，如果修改a.c又再次执行： gcc -o test a.c b.c ,对于a.c应该重新生成xxx.o，但是对于b.c又会重新编译一次，这完全没有必要，b.c根本没有修改，直接使用第一次生成的yyy.o文件就可以了。

缺点：对所有文件都要再处理一次，即使b.c没有经过修改，b.c也会重新编译一次，当文件比较少时，这都没有什么问题，当文件非常多的时候，就会带来非常多的效率问题。

如果文件非常多的时候，我们只修改了一个文件，所有的文件就会重新处理一次，编译的时候就会等待很长时间。

对于这些源文件，我们应该分别处理，执行：预处理，编译，汇编，先分别编译它们，最后再把它们链接在一起，比如：

编译：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c

 链接：

gcc -o test a.o b.o

比如：上面的例子，当我们修改a.c之后a.c就会重新编译，然后再把它们链接在一起就可以了。b.c就不需要重新编译。

那么问题来了，怎么知道哪些文件被更新/修改了？

比较时间：比较a.o和a.c的时间，如果a.c的时间比a.o的时间更加新的话，就表明a.c被修改了，同理b.o和b.c也会进行同样的比较。比较test和a.o，b.o的时间，如果a.o或者b.o的时间比test更加新的话，就表明应该重新生成test。Makefile就是这样做的。

我们现在来写出一个简单的Makefile

makefile最基本的语法规则：

目标 ： 依赖1 依赖2 ...
[TAB] 命令

当”依赖“比”目标“新，执行它们下面的命令。

 

我们要把上面三个命令写成makefile规则，如下：

test : a.o b.o  //test是目标，它依赖于a.o b.o文件，一旦a.o b.o比test新的时候，就需要执行下面的命令，重新生成test可执行程序
    gcc -o test a.o b.o
a.o : a.c    // a.o依赖于a.c，当a.c更新的话，执行下面的命令来生成a.o
    gcc -c -o a.o a.c
b.o : b.c  // b.o依赖于b.c，当b.c更新的话，执行下面的命令来生成b.o
    gcc -c -o b.o b.c

 

我们来做一个实验：

在更改目录下我们写一个Makefile文件

文件：Makefile

test: a.o b.o
    gcc -o test a.o b.o
    
a.o : a.c
    gcc -c -o a.o a.c
    
b.o : b.c
    gcc -c -o b.o b.c

上面是makefile中的三条规则。makefile，就是名字为”makefile“的文件。当我们想编译程序时，直接执行make命令就可以了。一执行make命令，它想生成第一个test可执行程序，如果发现a.o或者b.o没有，就要先生成a.o或者b.o，发现a.o依赖a.c，有a.c但是没有a.o，它就会认为a.c比a.o新，就会执行它们下面的命令来生成a.o。同理，b.o和b.c的处理关系也是这样的。

如果修改a.c，我们再次运行make，它的本意是想生成第一个目标test应用程序。它需要先生成a.o，发现a.o依赖a.c（执行我们修改了a.c），发现a.c比a.o更加新，就会执行 gcc -c -o a.o a.c  命令来生成a.o文件。b.o依赖b.c，发现b.c并没有修改，就不会执行 gcc -c -o b.o b.c  来更新b.o文件。现在a.o，b.o都有了，其中a.o比test更加新，就会执行 gcc -o test a.o b.o 来重新链接得到test可执行程序。所以当执行make命令时候，就会执行下面两条：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们第一次执行make的时候，会执行下面三条命令(三条都执行)：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test a.o b.o

再次执行 make 就会显示下面的提示：

make: 'test' is up to date.

我们再次执行make，就会判断Makefile文件中的依赖，发现依赖没有更新，所以目标文件就不会重现生成，就会有上面的提示。当我们修改a.c后，重新执行make。

就会执行下面两条指令：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们同事同事修改a.c b.c，执行make就会执行下面三条指令。

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test a.o b.o

a.c文件修改了，重新编译生成a.o，b.c修改了重新编译生成b.o，a.o.b.o 都更新了，重新链接生成test可执行程序，makefile的规则起始还是比较简单的。

 

规则是Makefile的核心，执行make命令的时候，就会在当前目录下面找到名字为Makefile的文件，根据里面的内容来执行里面的判断/命令。

 

第006节_Makefile的语法

本节我们只是简单讲解Makefile的语法，如果想比较深入学习Makefile的话，可以：

a. 百度搜”gnu make 于凤昌“。

b.查看官方文档： http://www.gnu.org/software/make/manual/

 

通配符

 加入一个目标文件依赖的依赖文件很多，那样岂不是我们要写很多规则，这显然是不合乎常理的。

我们可以使用通配符，来解决这些问题。

我们对上节程序进行修改，代码如下：

test : a.o b.o
    gcc -o test $^

%.o : %.c
    gcc -c -o $@ $<

%.o :表示所有的.o文件
%.c :表示所有的.c文件
$@  ：表示目标
$<  ：表示第1个目标
$^  : 表示所有依赖

我们来在该目录下增加c.c文件，代码如下：

#include <stdio.h>

void fun_c()
{
  printf("This is C\n");     
}

然后在main函数中调用修改Makefile，修改后的代码如下：

test : a.o b.o c.o 
    gcc -o $@ $^

%o : %c
    gcc -c -o $@ $<

执行：

make

结果：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -c -o c.o c.c
gcc -o test a.o b.o c.o

运行：

./test

结果：

This is B
This is C

 

假想目标：.PHONY

1. 我们想清除文件，我们在Makefile的结尾添加如下代码就可以了:

clean :
    rm *.o test

1) 执行 make ：生成第一个可执行文件。

2）执行  make clean ：清除所有文件，即执行： rm *.o test 。

 make 后面可以带上目标名，也可以不带，如果不带目标名，它就生成第一个规则里面的第一个目标。

 

2. 使用Makefile

执行： make [ 目标] 

也可以不跟目标名，若无目标，默认第一个目标。我们直接执行make的时候，会在makefile里面找到第一个目标，然后执行它下面的指令，生成第一个目标。当我们执行 make clean 的时候，就会在Makefile里面找到clean这个目标，然后执行里面的命令。这个写法有些问题，原因是我们的目标里面没有clean文件，这个规则执行的条件成立，它就会执行下面的命令来删除文件。

如果：该目录下面有名为clean文件怎么办？

我们在该目录下创建一个名为“clean”的文件，然后重新执行： make 然后 make clean ，结果(会有下面的提示)：

make: `clean' is up to date.

它根本没有执行我们的删除操作，这是为什么呢？

我们之前说，一个规则能执行的条件：

1）目标文件不存在。

2）依赖文件比目标文件新。

 

现在我们的目录里面有名为“clean”的文件，目标文件是有的，并且没有依赖文件，没有办法判断依赖文件的时间。这种写法会导致：有同名“clean”文件时，就没有办法执行 make clean 操作。解决办法：我们需要报目标文件定义为假想目标，用关键字 PHONY。

.PHONY ：clean  // 把clean定义为假想目标。他就不会判断名为“clean”的文件是否存在

然后在Makefile结尾添加  .PHONY : clean 语句，重新执行： make clean ，就会执行删除操作。

 

变量

在makefile中有两种变量：

1）简单变量(即时变量)：

A := xxx    # A的值即刻确定，在定义时即确定

对于即时变量，使用  ：=  表示，它的值在定义的时候已经被确定了。

2）延时变量

B = xxx     # B的值使用到时才确定

对于延时变量，使用  =  表示。它只有在使用到的时候才确定，在定义/等于时并没有确定下来。

想使用变量的时候使用“$”来引用，如果不想看到命令，可以在命令前面加上“@”符号，就不会显示命令本身。当我们执行make命令的时候，make这个指令本身，会把整个Makefile读进入，进行全部分析，然后解析里面的变量。常用的变量的定义如下：

:=     # 即时变量
=      # 延时变量
?=     # 延时变量，如果是第1次定义才起效，如果在前面该变量已定义则忽略这句
+=    # 附加，它是即时变量还是延时变量取决于前面的定义
?=:    # 如果这个变量在前面已经被定义了，这句就不会起效果

实例：

A := $(C)
B  = $(C)
C  = abc

#D = 100ask
D ?= weidongshan

all ：
    @echo A = $(A)
    @echo B = $(B)
    @echo D = $(D)

C += 123

执行：

make

结果：

A =
B = abc 123
D = weidongshan

分析：

1） A := $(C)  A为即时变量，在定义时即确定，，由于刚开始C的值为空，所以A的值也为空。

2） B = $(C)  B为延时变量，只有使用到时，它的值才确定，当执行make时，会解析Makefile里面的所用变量，所以先解析 C = abc 然后解析 C += 123 ，当执行 @echo B = $(B)  B的值为  abc 123 。

3） D ?= weidongshan  D变量在前面没有定义，所以D的值为weidongshan，如果在前面添加 D = 100ask ，最后D的值为  100ask 。

我们还可以通过命令行存入变量的值，例如：

执行：

make D=123456

里面的 D ?= weidongshan 这句就不起作用了。

结果：

A =
B = abc 123
D = 123456

 

第007节_Makefile函数

makefile里面可以包含很多函数，这些函数都是make本身实现的，线面我们来几个常用的函数。

引用一个函数用“$”.

函数 foreach

函数foreach语法如下：

$(foreach var,list,text)

前两个参数，“var”和“list”，将首先扩展，注意最后一个参数“text”，此时不扩展；接着，对每一个“list”扩展产生的字，将用来为“var”扩展后命名的变量赋值；然后“text”引用该变量扩展；因此它每次扩展都不相同。结果是有空格隔开的“text”在“list”中多次扩展的字组成的新的“list”。“text”多次扩展的字串联起来，字与字之间由空格隔开，如此就产生了foreach的返回值。

实例：

A = a b c
B = $(foreach f,$(A),$(f).o)

all:
    @echo B = $(B)

结果：

B = a.o b.o c.o

 

函数filter/filter-out

函数filter/filter-out语法如下：

$(filter pattern...,text)        # 在text中取出符合pattern格式的值
$(filter-out pattern...,text)    # 在text中取出不符合pattern格式的值

实例：

C = a b c d/

D = $(filter %/, $(C))
E = $(filter-out %/,$(C))

all :
    @echo D = $(D)
    @echo E = $(E)

结果：

D = d/
E = a b c

 

wildcard

函数wildcard语法如下：

$(wildcard pattern)    # pattern 定义了文件名的格式，wildcard取出其中存在的文件

这个函数wildcard会以pattern这个格式，去寻找存在的文件，返回存在文件的名字。

实例：

在该目录先创建三个文件：a.c b.c c.c

files = $(wildcard *.c)

all :
    @echo files = $(files)

结果：

files = a.c b.c c.c

我们可以用wildcard函数来判断，真实存在的文件。实例：

files2 = a.c b.c c.c d.c e.c abc
files3 = $(wildcard $(files2))

all :
    @echo files3 = $(files3)

结果：

files3 = a.c b.c c.c

 

patsubst函数

函数patsubst语法如下：

$(patsubst pattern,replacement,$(var))

patsubst函数是从var变量里面取出每一个值，如果这个符合pattern格式，把它替换成replacement格式。

实例：

files2 = a.c b.c c.c e.c e.c abc

dep_files = $(patsubst %.c,%.d,$(files2))

all :
    @echo dep_files = $(dep_files)

结果：

dep_files = a.d b.d c.d d.d e.d abc

 

第008节_Makefile实例

前面讲了那么多Makefile的知识，现在开始做一个实例。

之前编译的程序002_syntax,有个缺陷，将其复制出来，新建一个003_example文件夹，放在里面。在c.c里面，包含一个头文件c.h，在c.h里面定义一个宏。

把这个宏打印出来  c.c

#include <stdio.h>
#include <c.h>

void func_c()
{
  printf("This is C = %d\n",C)  
}

c.h:

#define C 1

然后上传，编译，执行 ./test  打印出：

This is B
This is C =1

测试没有问题，然后修改c.h

#define C 2

重新编译，发现没有更新程序，运行，结果不变，说明Makefile存在问题。

为什么会出现这个问题呢？首先我们test依赖c.o，c.o依赖 c.c,如果我们更新c.c，会重新更新整个程序。但c.o也依赖c.h，我们更新了c.h，并没有在Makefile上体现出来，导致c.h更新，Makefile无法检测到。

c.o : c.c c.h

现在每次修改c.h，Makefile都能识别到更新操作，从而更新最后输出文件。

这样有冒出一个新的问题，我们怎么为每个.c文件添加.h文件呢？对于内核，有几万个文件，不可能为每个文件依次写出其头文件。因此需要作出改进，让其自动生成头文件依赖，可以参考这篇文章：

https://blog.csdn.net/qq1452008/article/details/50855810

gcc -M c.c      // 打印出依赖

gcc -M -MF c.d c.c   // 把依赖写入文件c.d

gcc -c -o c.o c.c -MD -MF c.d   // 编译c.o，同时把依赖写入文件c.d

修改Makefile，如下：

objs = a.o b.o c.o 

dep_files := $(patsubst %,.%.d,$(objs))
dep_files := $(wildcard $(dep_files))

test : $(objs)
    gcc -o $@ $^

ifneq ($(dep_files),)
include $(dep_files)
endif

%.o : %.c
    gcc -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

clean :
    rm *.o test

distclean :
    rm $(dep_files)

.PHONY : clean

首先用objs变量将.o文件放在一块。利用前面讲到的函数，把obj里面所有文件都变为.%.d格式，并用变量dep_files表示。利用前面介绍的wildcard函数，判断dep_files是否存在。然后是目标文件test依赖所有的.o文件。如果dep_files变量不为空，就将其包含进来。然后就是所有的.o文件都包含进来。然后就是所有的.o文件都依赖.c文件，且通过 -MD -MF 生成 .d依赖文件。清理所有的.o文件和目标文件，清理依赖.d文件。

现在我们修改了任何.h文件，最终都会影响最后生成的文件，也没有任何手工添加.h、.o、.c文件，完成了支持头文件依赖。

下面再添加CFLAGS，即编译参数。比如加上编译参数-Werror，把所有的警告当成错误。

CFLAGS = -Werror -Iinclude

......

%.o : %.c
    gcc $(CFLAGS) -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

现在重新make，发现以前的警告变成了错误，必须要解决这些错误编译才能进行。在a.c里面声明一下函数：

void func_b();
void func_c();

重新make，错误就没有了。

除了编译参数-Werror，还可以加上-I参数，指定头文件路径，-Iinclude表示当前的include文件夹下。此时就可以把c.c文件里的 #include "c.h" 改为 #include <c.h> ,前者表示当前目录，后者表示编译器指定的路径和GCC路径。