深入解析Makefile系列(2) -- 常用的通配符、內建变量和模式规则

黄导

c程序员

在上一章节中，我们讲解了makefile中.o文件相对于.c文件的自动推导与变量，掌握了这两项，大大方便makefile的编写维护以及扩展。

在这一章节中，我们继续深入makefile，来讨论另外两种利器：通配符和模式规则。

makefile中的通配符

不论是在shell环境中还是在其他脚本中，通配符通常都是支持的，它提供了一种灵活的方法，以使得用户可以对任何带有共性的对象很方便地进行统一处理。

makefile语法中的主要使用的通配符有 "*","?"，比如：

*.c

则表示所有文件名以.c结尾的文件。

各个通配符的使用

""*

若是要选出通配符中出场率最高之一，* 可谓是当仁不让，* 表示匹配所有任何符合条件的。

*.o 表示所有的.o文件

*.c 表示所有的.c文件

* 表示所有的文件

"?"

"?" 通常在依赖文件列表中使用，匹配所有有更新的目标。

在第一章节中我们提到，make在编译目标时，会去检查目标的依赖文件列表是是否有文件更新，$? 表示当前依赖列表中已经更新的依赖文件。我们来看以下的示例：

1 main:foo.c bar.c
2     @echo $?
3     touch main

第一次运行 make 时，输出

foo.c bar.c
touch main

$? 的输出为foo.c,bar.c，因为这两个文件都是第一次编译。

此时，我们对 foo.c 运行 touch 命令更新 foo.c 的时间戳，再运行 make ：

输出为：

foo.c
touch main

此时，$? 的值就是更新的文件foo.c。

需要注意的是，在目标没有被生成的时候，make工具会将所有的依赖文件视为已更新的文件，从而重新编译生成目标。

比如在上述示例中，在第一次执行 make 之后，手动删除生成的 main 文件，$? 的值将会是所有的依赖文件。

值得注意的是，在shell中，$? 表示上一条指令的执行结果，这里需要做相应区分。

通配符的转义

当我们需要输入真实的字符 * 时，为了避免这些特殊符号被识别为通配符，需要对这些字符进行转义，比如：要操作一个真实的文件名为 *.c 时,不能直接这样输入：

obj = *.c

在当前目录下存在.c 文件时，将导致obj被赋值为所有后缀为.c的文件列表，应该使用反斜杠"\"对特殊符号进行转义。应该是这样的：

obj = \*.c

这样obj的内容就是*.c了。

需要注意的是，在windows系统中，文件的路径分隔符是"\"而不是unix下的"/"，尽管windows同时支持windows风格和unix风格的文件分隔符，但是这种支持并不包括通配符的扩展。所以，在windows下执行makefile时需要特别注意这一点。

通配符在赋值时的陷阱

学习了makefile中通配符的概念之后，很多朋友就很容易地写出这样的语句：

OBJ = *.o

可能你的本意是：OBJ的值为所有的以.o为后缀的文件名列表，如果没有相应的.o，make就会通过make的隐式推导生成所有对应的.o文件。

但是事实上并非如此，使用${OBJ}得出的值为 *.o 字符串本身，是的，在这种情况下通配符并不起作用。

那是不是在所有赋值的行为中，通配符都不起作用呢？博主在官方文档并没有找到相应的解答，但是一试便知。

在当前目录下执行ls：

main.c foo.c bar.c Makefile

Makefile的内容为：

1 OBJ = *.c
2 main:
3     @echo ${OBJ}

执行 make 时，结果为：

bar.c foo.c main.c

这个结果说明， 从原理上来说，当你在赋值时指定通配符匹配时，如果通配符表达式匹配不到任何合适的对象，通配符语句本身就会被赋值给变量 。所以，在上面的示例中，在当前目录下不存在.o文件时，${OBJ}就被赋值为"*.o"这明显不是我们想要的。而"*.c"因为指定目录下有.c文件而被正常赋值。

通配符函数

make作为一个成熟的工具，既然出现了问题，自然是有对应的解决方案的，我们可以使用通配符函数 wildcard 来实现上面的问题。

OBJ = ${wildcard *.o}

OBJ的赋值指定使用通配符的扩展方式，这样即使是没有匹配到任何合适的文件，${OBJ}的内容为空，而并非是错误的"*.o"。

规则中的特殊变量

在makefile的编译规则中，有一些特殊的內建变量，下面就列出一些常用的內建变量：为了演示方便，这里再回顾一下makefile目标的编译规则：

目标：依赖列表
    命令

$@ ：表示需要被编译的目标
$< ：依赖列表中第一个依赖文件名
$^ ：依赖列表中所有文件
$? : 依赖文件列表中所有有更新的文件，以空格分隔
~ 或者 ./ ：用户的家目录,如果 ~ 后接字符串，表示/home/+字符串,比如~downey,展开为/home/downey/。

模式规则

模式规则类似于普通规则。只是在模式规则中，目标名中需要包含有模式字符"%"，包含有模式字符"%"的目标被用来匹配一个文件名，"%" 可以匹配任何非空字符串。规则的依赖文件中同样可以使用"%"，依赖文件中模式字符"%"的取值情况由目标中的"%"来决定。

例如：对于模式规则"%.o : %.c"，它表示的含义是：所有的.o文件依赖于对应的.c文件。

下列示例就是一个makefile內建的模式规则，由所有的.c文件生成对应的.o文件：

%.o : %.c
    $(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $@

根据这个模式规则，makefile提供了隐式推导规则。

同时，模式规则的依赖可以不包含"%"，当依赖不包含"%"时代表的是所有与模式匹配的目标都依赖于指定的依赖文件。

静态模式规则

静态模式可以更加容易地定义多目标的规则，它的语法是这样的：

目标 ...: 目标模式 ： 依赖的模式
        ...

相对于普通的模式规则，静态模式规则则显得更加地灵活，作为模式规则的一种，仍然使用"%"来进行模式的匹配，我们来看下面一个简单的例子：

当前目录下的文件：foo.c foo.h bar.c bar.h main.c. makefile内容：

1 OBJ = foo.o bar.o
2 main:${OBJ}
3     cc ${OBJ} main.c -o main
4 ${OBJ}:%.o : %.c
5     cc -c $^

执行make时的运行log:

cc -c foo.c 
cc -c bar.c 
cc foo.o bar.o main.c -o main

make在编译时会将执行的指令打印出来，这一部分就是实际被执行的指令。

可以看到，在makefile第二行， main 的依赖文件为${OBJ},即 foo.o 和 bar.o ,make在当前目录中并没有找到这两个文件，所以就需要寻找生成这两个依赖文件的规则。

第四行就是生成 foo.o 和 bar.o 的规则，所以需要先被执行，这一行使用了静态模式规则，对于存在于${OBJ}中的每个.o文件，使用对应的.c文件作为依赖，调用命令部分，而命令就是生成.o文件。

可以看到，相对应普通的模式规则，静态模式规则相对来说更加地灵活。

另一种常用的语法

在模式规则时还有另一种常用的语法，是这样的：

${OBJ：pre-pattern=pattern}

举个例子：

${OBJ:%.c=%.o}

这条语句的作用是：将OBJ中所有.o后缀文件替换成.c后缀文件。

通配符与模式规则区别

乍一看，通配符和模式匹配像是同一个东西， * 和 % 都表示匹配任意的对象。

当然，这种"乍一看"的印象是错误的。

模式匹配对应的是生成规则，规则对应：目标、依赖和命令，与普通规则不同的是，它并不显示地指定具体的规则，则是自动匹配。

而通配符对应的是目标，表示寻找所有符合条件的目标，通常代表一个集合。

一个是针对执行规则，一个是针对目标文件，自然是不同的。

(模式规则和函数中的模式匹配也是不同的)。

学以致用

在makefile中，通配符与模式规则运用灵活，功能强大，同时也带来的一定的应用难度，合理地运用这些特性可以事半功倍。

我们来看看下面这个简单的、单目录模式下编译可执行文件的makefile模板：

环境：参与编译的文件：

foo.c  foo.h  bar.c  bar.h  common.h main.c
foo.c 依赖 foo.h common.h
bar.c 依赖 bar.h common.h
main.c为主文件，依赖foo.h  bar.h  common.h

目标：编译可执行文件main.

makefile ：

1 SRC = ${wildcard *.c}
3 MAIN_SRC = main.c
5 TARGET = main
7 RAW_OBJ = ${patsubst %.c,%.o,${SRC}}
9 OBJ = ${filter-out main% ,${RAW_OBJ}}
11 ${TARGET}:${OBJ}
12     cc $^ ${MAIN_SRC} -o ${TARGET}