一、Makefile 簡介

1. Makefile 是什么？

Makefile 通常指的是一個含有一系列命令（directive）的，通過 Make 自動化編譯工具，幫助 C/C++ 程式實作自動編譯目標檔案的檔案，這個檔案的默認命名是 "Makefile"，

2. 為什么要使用 Makefile？

Makefile 檔案描述了整個工程的編譯、鏈接的規則，

為工程撰寫 Makefile 的好處是能夠使用一行命令來完成“自動化編譯”，只需提供一個（通常對于一個工程來說會是多個）正確的 Makefile，接下來每次的編譯都只需要在終端輸入“make”命令，整個工程便會完全自動編譯，極大提高了效率，尤其是在編譯一個僅有一小部分檔案被改動過的大專案的情況下，

絕大多數的 IDE 開發環境都會為用戶自動撰寫 Makefile，

3. Make 是怎么作業的？

Make 作業的原則就是：

一個目標檔案當且僅當在其依賴檔案（dependencies）的更改時間戳比該目標檔案的創建時間戳新時，這個目標檔案才需要被重新編譯，

Make 工具會遍歷所有的依賴檔案，并且把它們對應的目標檔案進行更新，編譯的命令和這些目標檔案及它們對應的依賴檔案的關系則全部儲存在 Makefile 中，

Makefile 中也指定了應該如何創建，創建出怎么樣的目標檔案和可執行檔案等資訊，

除此之外，你甚至還可以在 Makefile 中儲存一些你想呼叫的系統終端的命令，像一個 Shell 腳本一樣使用它，

二、簡單了解編譯連接與執行

1. 實驗介紹

按照 GNU make 官方手冊中采用的教學模式，在正式的學習 Makefile 知識之前，本次實驗先介紹一些簡單的前導知識，實驗詳細介紹了 GNU GCC 編譯和鏈接的基本方法，通過編譯、鏈接、靜態鏈接、動態鏈接的實驗內容讓用戶學習和理解 GCC 的基本使用方法，同時，用戶也將在實驗程序中體會到手動編譯鏈接的低效，從而體會到自動編譯的在專案工程管理中的重要性，

知識點

• GCC 編譯的使用方式
• GCC 鏈接的使用方式
• GCC 靜態鏈接的使用方式
• GCC 動態鏈接的使用方式
• GCC 靜態鏈接 + 動態鏈接混用的方式

代碼獲取

通過在 Terminal 中輸入以下命令可以將本課程所涉及到的所有源代碼下載到在線環境中，作為參照對比進行學習，

wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/849/make_example-master.zip && unzip make_example-master.zip && rm make_example-master.zip

命令執行后 WebIDE 的作業區中將會出現一個名為 make_example-master 的檔案夾，檔案夾中包含了課程所涉及到的源代碼，目錄結構如圖所示：

2. 實驗步驟

本章節的源代碼位于 /home/project/make_example-master/chapter0 目錄中，請在 Terminal 中通過 cd 命令切換至該目錄后再進行實驗學習，

專案涉及到的代碼檔案：
（1）main.c: 主要檔案
（2）add_minus.c add_minus.h: 加減法 API 及實作
（3）multi_div.c multi_div.h: 乘除法 API 及實作

專案涉及到的 gcc 引數：

這一章節我們將正式開始進行簡易四則預算程式的編譯實驗，分步驟進行，

主程式的編譯、鏈接與執行

打開 chapter0 檔案夾查看 main.c 檔案，內容如下：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello Cacu!\n");
    return 0;
}

點擊 chapter0 檔案夾并右鍵選擇 Open in Terminal 在終端中打開 main.c 所在的檔案夾，

在 Terminal 中執行以下命令，對 main.c 檔案只編譯而不鏈接，

gcc -c main.c

可以發現在當前目錄中生成了一個新的檔案 main.o，

通過 file 命令查看 main.o 的檔案格式：

file main.o

輸出結果如圖所示：

這說明 main.o 實際上是一個 relocatable object 檔案，

通過以下命令為 main.o 檔案賦予可執行的權限：

chmod 777 main.o

chmod 命令用于改變檔案的讀寫以及運行許可設定，詳細解紹參考 Permissions

輸入以下命令嘗試執行 main.o 檔案：

./main.o

Terminal 輸出可執行檔案格式錯誤，如圖所示：

說明 relocatable object 檔案是不可執行的，

接下來通過 GCC 對 main.o 檔案進行鏈接操作，從而生成一個可執行的程式 main，

在 Terminal 中輸入以下命令將 main.o 鏈接為 main 檔案：

gcc -o main main.o

可以發現當前目錄新增了一個名為 main 的檔案，

通過 file 命令查看 main 的檔案格式：

file main

輸出結果如圖所示：

說明 main 檔案是一個可執行的檔案，于是通過以下命令來執行 main 檔案：

./main

輸出結果如圖所示：

說明程式得到了正確的執行，

靜態鏈接

撰寫 add_minus.h 檔案，在檔案中對函式 add() 和 minus() 進行宣告，不過在 chapter0 檔案夾中已經提供撰寫好的 add_minus.h 檔案，我們可以拿來直接使用，

檔案內容如下：

#ifndef __ADD_MINUS_H__
#define __ADD_MINUS_H__

int add(int a, int b);
int minus(int a, int b);

#endif /*__ADD_MINUS_H__*

撰寫 add_minus.c 檔案，實作函式 add() 和 minus() ，同樣的在 chapter0 檔案夾中已經有撰寫好的 add_minus.c 檔案，我們可以拿來直接使用，

檔案內容如下：

#include "add_minus.h"

int add(int a, int b)
{
    return a+b;
}

int minus(int a, int b)
{
    return a-b;

對 add_minus.c 檔案進行編譯，生成 add_minus.o 檔案，

gcc -c add_minus.c

修改 main.c 檔案，為其增加加減法運算并編譯這個檔案，

執行以下命令給 main.c 打上 v1.0.patch 補丁：

patch -p2 < v1.0.patch

patch 命令可以處理 diff 程式生成的補丁檔案，補丁格式可以是四種比較格式中任意一種， 然后把這些差異融入到原始檔案中，生成一個打過補丁的版本，-p 選項表示剝離層級，通過在 Terminal 中輸入 man patch 命令可獲取詳細說明，

此時 main.c 檔案內容如下：

#include <stdio.h>
#include "add_minus.h"

int main(void)
{
    int rst;

    printf("Hello Cacu!\n");

    rst = add(3,2);
    printf("3 + 2 = %d\n",rst);

    rst = minus(3,2);
    printf("3 - 2 = %d\n",rst);

    return 

通過以下命令對 main.c 檔案進行編譯和鏈接：

gcc -c main.c
gcc -o main main.o

鏈接生成的 main.o 檔案時，發現有錯誤出現，錯誤內容如圖所示：

原因在于鏈接程序中找不到 add 和 minus 這兩個 symbol，

現將 main.o 和 add_minus.o 鏈接成可執行檔案并執行測驗，

gcc -o main main.o add_minus.o

執行新生成的可執行檔案 main，

./main

輸出結果如下：
說明程式得到了正常執行，

重新編譯 add_minus.c 生成 add_minus.o 檔案，

gcc -c add_minus.c

通過 ar 命令將 add_minus.o 打包到靜態庫中，

ar rc libadd_minus.a add_minus.o

可以發現在當前目錄下，生成了一個名為 libadd_minus.a 的靜態庫檔案，
用 file 命令查看 libadd_minus.a 的檔案格式，

file libadd_minus.a

Terminal 輸出結果如圖所示：
實際上 libxxx.a 格式的檔案可以簡單的看成指定的以 .o 結尾的檔案集合，

鏈接 main.o 和靜態庫檔案，

gcc -o main2 main.o -L./ -ladd_minus

-L./：表明庫檔案位置在當前檔案夾，
-ladd_minus：表示鏈接 libadd_minus.a 檔案，使用 -l 引數時,前綴 lib 和后綴 .a 是需要省略的，

執行 main2：

./main2

Terminal 輸出結果如圖所示：
說明程式的到了正確的執行，

動態鏈接

撰寫 multi_div.h 檔案，并在其中對函式 multi() 和 div() 進行宣告，由于提供的源代碼中已經包含了撰寫好的 multi_div.h 檔案，因此我們可以拿來直接使用，

multi_div.h 檔案的內容如下：

#ifndef __MULTI_DIV_H__
#define __MULTI_DIV_H__

int multi(int a, int b);
int div(int a, int b);

#endif /*__MULTI_DIV_H__*

撰寫 multi_div.c 檔案，實作函式 multi() 和 div()，同樣的由于提供的源代碼中已包含了撰寫好的 multi_div.c 檔案，我們可以直接拿來使用，

multi_div.c 檔案內容如下：

#include "multi_div.h"

int multi(int a, int b)
{
    return a*b;
}

int div(int a, int b)
{
    return a/b;

通過以下命令將 multi_div.c 檔案編譯成元件，

gcc multi_div.c -fPIC -shared -o libmulti_div.so

-fPIC 選項作用于編譯階段，在生成目標檔案時就得使用該選項，以生成位置無關的代碼，

命令執行結束后，在當前目錄下會生成一個名為 libmulti_div.so 的檔案，
通過 file 命令來查看 libmulti_div.so 的檔案格式，

file libmulti_div.so

Terminal 輸出結果如圖所示：
由此可知 libmulti_div.so 是一個 shared object 檔案，

洗掉之前的 main.c 檔案，并撰寫新的 main.c 檔案，內容如下：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello Cacu!\n");
    return 0;
}

通過以下命令為 main.c 打上 v2.0.patch 補丁：

patch -p2 < v2.0.patch

此時 main.c 檔案的內容如下：

#include <stdio.h>
/*
#include "add_minus.h"
*/
#include "multi_div.h"

int main(void)
{
    int rst;

    printf("Hello Cacu!\n");
/*
    rst = add(3,2);
    printf("3 + 2 = %d\n",rst);

    rst = minus(3,2);
    printf("3 - 2 = %d\n",rst);
*/
    rst = multi(3,2);
    printf("3 * 2 = %d\n",rst);

    rst = div(6,2);
    printf("6 / 2 = %d\n",rst);

    return 

編譯 main.c 生成 main.o：

gcc -c main.c

鏈接 main.o 與元件檔案，

gcc -o main3 main.o -L./ -lmulti_div

執行生成的 main3 檔案，

./main3

輸出結果出現錯誤，如圖所示：
出現錯誤的原因是我們生成的動態庫 libmulti_div.so 并不在庫檔案搜索路徑中，

解決辦法：

1. 將 libmulti_div.so 拷貝到 /lib/ 或 /usr/lib/ 檔案夾下，

sudo cp libmulti_div.so /usr/lib

2. 在 LD_LIBRARY_PATH 變數中指定庫檔案路徑，而元件檔案存放在 /home/project/make_example-master/chapter0/ 路徑下，

所以需要在 Terminal 中執行下面的命令：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/project/make_example-master/chapter0/

現在在 Terminal 中執行下面的命令：

./main3

輸出結果如圖所示：
說明程式得到了正確的執行，

混合使用靜態鏈接與動態鏈接

洗掉舊的 main.c 檔案，并撰寫新的 main.c 檔案，內容如下：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello Cacu!\n");
    return 0;
}

為新的 main.c 檔案打上 v3.0.patch 補丁，

patch -p2 < v3.0.patch

編譯 main.c 生成 main.o，

gcc -c main.c

測驗執行混用靜態鏈接和動態鏈接的方式，

gcc -o main4 main.o -L./ -ladd_minus -lmulti_div

由于我們之前已經修改過 LD_LIBRARY_PATH 變數,所以此次無需再次修改，

執行下面的命令：

./main4

輸出結果如圖所示：
說明程式得到正確的執行，

盡管我們知道無論是靜態鏈接還是動態鏈接都能達到鏈接物件檔案生成可執行檔案的目的，但是我們還是得 z 注意靜態鏈接庫與元件之間的區別，詳細內容參考 Static, Shared Dynamic and Loadable Linux Libraries

三、總結

上述內容來自課程《Makefile 基礎入門實戰》，主要介紹了 GCC 編譯，鏈接的方法和靜態鏈接庫與元件的創建和使用方法，

后續課程內容將學習以下內容：

點擊《Makefile 基礎入門實戰》，即可可學習完整課程！

標籤：C

上一篇：C連載9-char型別詳解

下一篇：printf 列印顏色