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写一个通用的Makefile文件

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make是一种自动构建目标文件的工具，最早应用于 C 语言的编译过程，现在也用于 node.js 等工程中。其语法独特而复杂，上手有一定的难度。这篇文章中我会以一个 C++ 工程为例，展示如何编写一个通用的 Makefile 文件。

Makefile 的基本语法是

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TARGETS: DEPENDENCIES
	OPERATIONS

每个 Makefile 文件都要指定一个终极目标。make工具会查看这个终极目标的依赖关系，将它分解成多个子目标，然后再自底向上地执行子目标的操作，在完成子目标的基础上实现终极目标。

当程序足够简单的时候，我们的 Makefile 可能只有一个目标。现在我们来设想一个比较复杂的情况。有这样一个 C++ 的工程：

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demo
	|- include
		|- demo.hpp
	|- src
		|- demo.cpp
		|- main.cpp
	|- test
		|- test.cpp

源文件、头文件和测试文件分别放置在三个文件夹中，如何顺利地编译这个工程呢？

如果你已经熟悉了 Makefile 的编写，你应该看得懂下面的操作：

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.SUFFIXES:
.PHONY: all clean

all: src/main.o src/demo.o test/test.o
	g++ -Wall -g -Iinclude -lm $^ -o demo.exe

src/main.o src/demo.o test/test.o: %.o: %.cpp
	g++ -Wall -g -Iinclude $< -c -o $@

clean:
	-@rm -f demo.exe
	-@rm -f src/*.o test/*.o

这个工程的终极目标all依赖于三个目标文件。而每个文件夹下的目标文件分别由一条静态模式指令生成。在这个例子中，静态模式%.o匹配目标中的所有*.o文件，并设定其依赖文件为对应的%.cpp。对所有匹配成功的组合，将.cpp的源文件（用$<表示）编译成.o的目标文件（用$@表示），这样就实现了目标的编译。如果想要删除编译产生的文件，只需要调用伪目标clean即可。

不过上面的 Makefile 显然还不够完美，有两个地方值得改进。其一是封装编译的参数，当编译的参数需要修正时，我们只用修改一处，而不必逐行修改。其二是自动获取目标文件名，即使工程中有上百个源文件，Makefile 依旧会简洁明了，而不是充斥着各种文件的名称。

实现第一点并不困难，使用make的宏扩展功能即可：

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.SUFFIXES:
.PHONY: all clean

CXX := g++
CXXFLAGS := -Wall -g
INCLUDES := -Iinclude
LIBS := -lm
TARGET := demo.exe
OBJS := src/main.o src/demo.o test/test.o

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(INCLUDES) $(LIBS) $^ -o $@

$(OBJS): %.o: %.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(INCLUDES) $< -c -o $@

clean:
	-@rm -f $(TARGET)
	-@rm -f $(OBJS)

虽然 Makefile 变长了，但它的语义却更加清晰。如果我们要添加新的目标文件，只需要修改变量$(OBJS)的值即可。

不过这还是不够完美。有没有一种办法，可以不用输入目标文件的名字，只要是文件夹下符合要求的文件（例如所有的.cpp文件），统统拿来编译呢？这也不困难，只要运用通配符和有关的字符串函数就行了：

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.SUFFIXES:
.PHONY: all clean

CXX := g++
CXXFLAGS := -Wall -g
INCLUDES := -Iinclude
LIBS := -lm
TARGET := demo.exe

SRCDIR := src
TESTDIR := test
SRCOBJS := $(patsubst %.cpp, %.o, $(wildcard $(SRCDIR)/*.cpp))
TESTOBJS := $(patsubst %.cpp, %.o, $(wildcard $(TESTDIR)/*.cpp))
OBJS := $(SRCOBJS) $(TESTOBJS)

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(INCLUDES) $(LIBS) $^ -o $@

$(OBJS): %.o: %.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(INCLUDES) $< -c -o $@

clean:
	-@rm -f $(TARGET)
	-@rm -f $(OBJS)

这个 Makefile 比上一个更长了。不过我们已经看不到文件名了。就像你想到的那样，我们将目标文件的文件名存到了两个变量中

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$(SRCOBJS) == "src/demo.o src/main.o"
$(TESTOBJS) == "test/test.o"

这是通过make的两个内置函数wildcard和patsubst实现的。wildcard返回所有符合给定模式的匹配。在上面的例子中，我们要匹配所有处于$(SRCDIR)和$(TESTDIR)目录下的.cpp文件，并将其路径作为变量传入另一个函数patsubst，它会将每个路径中的.cpp替换成.o，最后存入我们指定的变量中。

有了如此逆天的功能，妈妈再也不用担心我们会写出又长又臭的 Makefile 了……