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韦东山Linux - 通用Makefile解析

# Makefile文件 CROSS_COMPILE = AS = $(CROSS_COMPILE)as LD = $(CROSS_COMPILE)ld CC = $(CROSS_COMPILE)gcc CPP = $(CC) -E AR = $(CROSS_COMPILE)ar NM = $(CROSS_COMPILE)nm STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump export AS LD CC CPP AR NM export STRIP OBJCOPY OBJDUMP CFLAGS := -Wall -O2 -g CFLAGS += -I $(shell pwd)/include LDFLAGS := export CFLAGS LDFLAGS TOPDIR := $(shell pwd) export TOPDIR TARGET := test obj-y += main.o obj-y += sub.o obj-y += a/ all : start_recursive_build $(TARGET) @echo $(TARGET) has been built! start_recursive_build: make -C ./ -f $(TOPDIR)/Makefile.build $(TARGET) : start_recursive_build $(CC) -o $(TARGET) built-in.o $(LDFLAGS) clean: rm -f $(shell find -name "*.o") rm -f $(TARGET) distclean: rm -f $(shell find -name "*.o") rm -f $(shell find -name "*.d") rm -f $(TARGET)

PHONY := __build __build: obj-y := subdir-y := EXTRA_CFLAGS := include Makefile # obj-y := a.o b.o c/ d/ # $(filter %/, $(obj-y)) : c/ d/ # __subdir-y : c d # subdir-y : c d __subdir-y := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(obj-y))) subdir-y += $(__subdir-y) # c/built-in.o d/built-in.o subdir_objs := $(foreach f,$(subdir-y),$(f)/built-in.o) # a.o b.o cur_objs := $(filter-out %/, $(obj-y)) dep_files := $(foreach f,$(cur_objs),.$(f).d) dep_files := $(wildcard $(dep_files)) ifneq ($(dep_files),) include $(dep_files) endif PHONY += $(subdir-y) __build : $(subdir-y) built-in.o $(subdir-y): make -C $@ -f $(TOPDIR)/Makefile.build built-in.o : $(subdir-y) $(cur_objs) $(LD) -r -o $@ $(cur_objs) $(subdir_objs) dep_file = .$@.d %.o : %.c $(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -Wp,-MD,$(dep_file) -c -o $@ $< .PHONY : $(PHONY)

这是一个经典的Kbuild 风格（Linux 内核构建系统）的Makefile架构。这个系统将项目的配置信息(Makefile) 与通用构建规则(Makefile.build) 彻底分离，并实现了递归编译和自动依赖追踪。

下面将对Makefile和Makefile.build进行详细的逐行解析。

📄 一、顶层Makefile(配置与入口)

这个文件位于项目的顶层，负责定义编译工具、全局选项、目标列表，并作为启动递归构建的入口 1。

1. 工具链变量定义

CROSS_COMPILE = AS = $(CROSS_COMPILE)as LD = $(CROSS_COMPILE)ld # ... (其他工具变量如 CC, CPP, AR, NM, STRIP, OBJCOPY, OBJDUMP)

• 定义工具链前缀CROSS_COMPILE。如果为空，则使用本地工具（如gcc,as）。
• 基于CROSS_COMPILE定义所有工具的完整名称（如CC即gcc）。
• 变量导出（Export）

export AS LD CC CPP AR NM export STRIP OBJCOPY OBJDUMP

• export：将这些变量（如CC）导出到Shell 环境。这样，在Makefile规则中执行的任何命令（如gcc）都能访问这些变量的值，确保所有子目录和递归调用都使用相同的工具链。
• 编译与链接选项

CFLAGS := -Wall -O2 -g CFLAGS += -I $(shell pwd)/include LDFLAGS := export CFLAGS LDFLAGS

• CFLAGS：定义全局 C 编译选项。
  • := -Wall -O2 -g：使用即时变量定义-Wall（所有警告）、-O2（优化级别）、-g（生成调试信息）。
  • += -I $(shell pwd)/include：添加一个搜索头文件的路径，即项目根目录下的include文件夹。
• LDFLAGS：定义链接选项（当前为空）。
• export：将全局选项导出，确保在所有递归子目录中，编译和链接都使用这些统一的选项。
• 路径与目标定义

TOPDIR := $(shell pwd) export TOPDIR TARGET := test obj-y += main.o obj-y += sub.o obj-y += a/

• TOPDIR：定义项目的顶层目录的绝对路径，并导出。这对于子目录调用Makefile.build时查找文件路径至关重要。
• TARGET：定义最终可执行文件名为test。
• obj-y：定义了本层目录的构建配置：
  • main.o,sub.o：需要编译的文件。
  • a/：需要递归进入的子目录。
• 核心规则与入口

all : start_recursive_build $(TARGET) @echo $(TARGET) has been built! start_recursive_build: make -C ./ -f $(TOPDIR)/Makefile.build $(TARGET) : start_recursive_build $(CC) -o $(TARGET) built-in.o $(LDFLAGS)

• all：默认目标，依赖于start_recursive_build和$(TARGET)。
• start_recursive_build：递归构建的入口。
  • make -C ./ -f $(TOPDIR)/Makefile.build：启动一个新的make进程。它告诉make切换到当前目录 (./)，并使用位于$(TOPDIR)的Makefile.build作为规则文件。这将触发Makefile.build开始执行本层和子目录的编译。
• $(TARGET)(test)：最终的链接目标。
  • 依赖于start_recursive_build（确保所有.o文件都已编译，并被打包到built-in.o中）。
  • 命令：将built-in.o(由Makefile.build聚合而成) 链接成最终的test可执行文件。
• 清理目标

clean: rm -f $(shell find -name "*.o") rm -f $(TARGET) distclean: rm -f $(shell find -name "*.o") rm -f $(shell find -name "*.d") rm -f $(TARGET)

• clean：删除所有.o文件和最终目标test。
• distclean：更彻底的清理，还删除了自动生成的依赖文件 (.d文件)。

📄 二、通用规则文件Makefile.build

这个文件包含了所有通用的编译逻辑、递归规则和文件聚合机制，它不包含任何特定于项目的配置

1. 变量初始化与包含

PHONY := __build __build: obj-y := subdir-y := EXTRA_CFLAGS := include Makefile

• PHONY与__build：__build是Makefile.build中的核心目标，它代表“构建当前目录的所有内容”，被声明为伪目标 (PHONY)。
• 变量清空：obj-y,subdir-y,EXTRA_CFLAGS被清空，以确保它们仅包含当前目录 (Makefile) 中定义的值。
• include Makefile：关键步骤。此时make停止，转而读取当前目录下的Makefile(即顶层Makefile或子目录下的Makefile)。这个include会导入obj-y等配置变量。
  • 例如，在顶层运行时，obj-y变为main.o sub.o a/。
• 目录和文件分离

__subdir-y := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(obj-y))) subdir-y += $(__subdir-y) subdir_objs := $(foreach f,$(subdir-y),$(f)/built-in.o) cur_objs := $(filter-out %/, $(obj-y))

• __subdir-y：将obj-y中所有以/结尾的项（如a/）筛选出来 (filter %/, ...)，并去除斜杠 (patsubst %/,%, ...)，得到子目录名列表 (a)。
• subdir-y：存储需要递归的子目录列表 (a)。
• subdir_objs：生成子目录构建完成后的聚合目标文件列表（a/built-in.o）。
• cur_objs：将obj-y中不以/结尾的项筛选出来，得到本层需要编译的.o文件列表（main.o sub.o）。
• 自动依赖追踪 (Auto-Dependency)

dep_files := $(foreach f,$(cur_objs),.$(f).d) dep_files := $(wildcard $(dep_files)) ifneq ($(dep_files),) include $(dep_files) endif

• 生成依赖文件名的理论列表 (.main.o.d,.sub.o.d)。

• 使用wildcard查找实际存在的依赖文件。

• 如果找到任何.d文件 (ifneq), 则将其include进来，实现了自动依赖追踪：一旦头文件有改动，make就能通过.d文件中的规则知道哪些.o文件需要重编译。

  递归与聚合规则

__build : $(subdir-y) built-in.o $(subdir-y): make -C $@ -f $(TOPDIR)/Makefile.build built-in.o : $(subdir-y) $(cur_objs) $(LD) -r -o $@ $(cur_objs) $(subdir_objs)

• __build：核心目标，它依赖于所有子目录的完成 ($(subdir-y)) 和本层聚合文件 (built-in.o)。
• $(subdir-y)(a):递归规则。对于每个子目录a：
  • make -C $@ -f $(TOPDIR)/Makefile.build：递归调用make。切换到子目录 (-C $@，即a/)，并要求子目录再次使用Makefile.build进行构建。
• built-in.o：聚合规则。
  • 依赖于所有子目录的聚合文件 ($(subdir-y)) 和本层.o文件 ($(cur_objs))。
  • 命令：$(LD) -r -o $@ ...：使用链接器 (LD) 的-r选项（可重定位输出），将本层所有编译出的.o文件 ($(cur_objs)) 以及所有子目录的聚合文件 ($(subdir_objs))打包成一个大的聚合文件built-in.o。
• 编译模式规则

Makefile

dep_file = .$@.d %.o : %.c $(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -Wp,-MD,$(dep_file) -c -o $@ $<

• dep_file：定义了当前目标.o对应的.d文件名 (.$@.d)。
• %.o : %.c：通用的编译规则。
  • 调用gcc($(CC))。
  • 使用全局 ($(CFLAGS)), 额外的 ($(EXTRA_CFLAGS)), 局部 ($(CFLAGS_$@)) 选项。
  • -Wp,-MD,$(dep_file)：这是 GCC 产生依赖的另一种写法。-MD标志生成依赖，并将其写入$(dep_file)中。
  • -c -o $@ $<：正常的编译命令。

总结工作流

1. 顶层Makefile启动make -C ./ -f Makefile.build

2. Makefile.build读取Makefile中的配置 (obj-y = main.o sub.o a/)

3. Makefile.build编译main.o,sub.o(通过%.o : %.c规则)

4. Makefile.build发现a/，执行递归调用make -C a/ -f Makefile.build

5. 子目录重复步骤 2-4，并最终生成a/built-in.o.

6. 回到顶层，Makefile.build将main.o,sub.o, 和a/built-in.o打包成顶层的built-in.o

7. 顶层Makefile将顶层的built-in.o链接成最终的可执行文件test