Makefile与CMake

一、Makefile 核心内容

1. Makefile 基础结构与工作原理

• 三要素：
  • 目标（Target）：要生成的文件或执行的操作（如可执行文件、清理操作）。
  • 依赖（Dependency）：生成目标所需的文件或其他目标。
  • 命令（Command）：生成目标的具体指令（需以Tab 键开头）。
• 工作原理：
  Make 通过检查依赖文件的修改时间，仅重新编译更新过的文件，提高编译效率。例如：

  simple: main.o foo.o    # 目标：simple，依赖：main.o和foo.ogcc -o simple main.o foo.o  # 命令
  main.o: main.c          # 子目标：main.o依赖main.cgcc -c main.c -o main.o
  

2. 关键特性与语法

• 伪对象（.PHONY）：
  避免 Make 将目标视为同名文件，强制执行命令。例如：

  .PHONY: clean
  clean:rm simple main.o foo.o
  

   
  • 若不声明.PHONY，当目录存在clean文件时，make clean会认为目标已更新，不执行删除命令。

• 变量与自动变量：

  • 自定义变量：用于存储重复内容（如编译器、文件列表），例：

    CC = gcc
    SRCS = main.c foo.c
    OBJS = $(SRCS:.c=.o)  # 将.c替换为.o
    

  • 自动变量：
    • $@：当前目标名（如simple）。
    • $^：所有依赖文件（如main.o foo.o）。
    • $<：第一个依赖文件（如main.c）。

    $(EXE): $(OBJS)$(CC) -o $@ $^  # 等价于gcc -o simple main.o foo.o
    

• 函数与第三方库依赖：

  • wildcard：获取指定模式的文件列表，例：SRCS = $(wildcard *.c)。
  • patsubst：字符串替换，例：OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(SRCS))。
  • 第三方库链接：通过-I指定头文件路径，-L指定库路径，-l指定库名，例：

    makefile

    CFLAGS += -I./include
    LDFLAGS += -L./lib -lpthread
    

3. 实战范例

• 简单示例：

  all: test@echo "hello all"
  test:@echo "hello test"
  

   
  • make默认执行第一个目标（all），依赖test，因此先执行test再执行all。

• 复杂编译流程：
  通过变量和自动变量简化多文件编译，例：

  CC = gcc
  SRCS = main.c foo.c
  OBJS = $(SRCS:.c=.o)
  EXE = simple$(EXE): $(OBJS)$(CC) -o $@ $^%.o: %.c$(CC) -c $< -o $@
  

二、CMake 核心内容

1. CMake 概述

• 定位：跨平台构建工具，通过编写CMakeLists.txt生成 Makefile 或其他项目文件（如 VS 工程），简化多平台编译配置。
• 优势：相比 Makefile，语法更简洁，支持模块化设计，适合大型项目。

2. 基础语法与流程

• 核心命令：
  • cmake_minimum_required：指定 CMake 最低版本。
  • project：定义项目名称和语言（如C、CXX）。
  • add_executable：添加可执行文件，关联源文件。
  • add_library：生成库文件（SHARED动态库，STATIC静态库）。
  • target_link_libraries：链接库文件到可执行文件。
• 编译流程：
  1. 在项目根目录创建CMakeLists.txt。
  2. 创建build目录，进入后执行cmake ..生成 Makefile。
  3. 执行make编译。

3. 实战场景

• 单文件编译：

  cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
  project(0voice)
  set(SRC_LIST main.c)
  add_executable(0voice ${SRC_LIST})
  

• 多目录与库管理：

  • 子目录编译为库：

    # 根目录CMakeLists.txt
    add_subdirectory(src/dir1)  # 添加子目录
    add_subdirectory(src/dir2)
    add_executable(main main.c)
    target_link_libraries(main dir1 dir2)  # 链接库
    

     

    # src/dir1/CMakeLists.txt
    add_library(dir1 SHARED dir1.c)  # 生成动态库
    

  • 强制使用静态库：

    target_link_libraries(main libdir1.a)  # 指定静态库文件名
    

• 安装与编译选项：

  • 指定安装路径：

    cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local ..  # 安装到/usr/local
    make install  # 安装库、头文件等到目标路径
    

  • Debug/Release 模式：

    if(${CMAKE_BUILD_TYPE} MATCHES "Release")set(CMAKE_CXX_FLAGS "-O3 -Wall")  #  Release优化
    else()set(CMAKE_CXX_FLAGS "-O0 -g")     # Debug调试符号
    endif()
    

特性	Makefile	CMake
学习难度	较高（语法灵活但复杂）	较低（模块化命令，易上手）
跨平台支持	依赖平台特定语法（如 GNU Make）	原生支持多平台（生成对应平台构建文件）
大型项目管理	手动维护依赖关系，易出错	支持子目录、库管理，自动处理依赖
适用场景	简单项目或需要精细控制编译流程的场景	复杂多模块项目、跨平台开发

建议：

• 小型项目或需要深入理解编译原理时，使用 Makefile。
• 中大型项目或跨平台开发时，优先选择 CMake，搭配make执行编译。

三、Makefile和CMake的具体案例

案例 1：Makefile 跨目录编译

项目结构

project_make/
├── include/           # 头文件目录
│   └── utils.h
├── src/               # 源文件目录
│   ├── main.c
│   └── utils/
│       └── util.c
├── build/             # 输出目录（存放目标文件和可执行文件）
└── Makefile

代码文件内容

1. include/utils.h（头文件）

 

#ifndef UTILS_H
#define UTILS_Hint add(int a, int b);#endif

 

1. src/utils/util.c（功能实现）

#include "utils.h"int add(int a, int b) {return a + b;
}

 

1. src/main.c（主函数）

#include <stdio.h>
#include "utils.h"int main() {int sum = add(3, 5);printf("3 + 5 = %d\n", sum);return 0;
}

Makefile 实现

# 变量定义
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -I./include  # -I 指定头文件路径
SRCS = $(wildcard src/*.c src/utils/*.c)  # 匹配所有源文件
OBJS = $(patsubst %.c, build/%.o, $(SRCS))  # 目标文件路径（build目录下保持原目录结构）
EXE = build/app  # 最终可执行文件路径# 生成可执行文件（默认目标）
all: $(EXE)# 链接目标文件生成可执行文件
$(EXE): $(OBJS)@mkdir -p $(dir $@)  # 创建输出目录（若不存在）$(CC) $^ -o $@# 模式规则：编译 .c 文件为 .o（保持目录结构）
build/%.o: %.c@mkdir -p $(dir $@)  # 创建目标文件所在目录（如 build/src/utils/）$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@# 清理生成文件
.PHONY: clean
clean:rm -rf build/

操作说明

1. 执行 make，会自动：
   • 在 build 目录下生成 src/main.o、src/utils/util.o 目标文件。
   • 链接生成可执行文件 build/app。
2. 运行 ./build/app，输出 3 + 5 = 8。

案例 2：CMake 跨目录编译

项目结构

project_cmake/
├── include/           # 头文件目录
│   └── utils.h
├── src/               # 源文件目录
│   ├── main.c
│   └── utils/
│       ├── util.c
│       └── CMakeLists.txt  # 子目录 CMake 配置
├── build/             # 编译目录（手动创建）
└── CMakeLists.txt     # 根目录 CMake 配置

代码文件内容

头文件 include/utils.h、src/utils/util.c、src/main.c 与 Makefile 案例完全相同。

CMake 配置文件

1. 根目录 CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(MyProject)# 指定 C 标准（可选）
set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED ON)# 包含头文件目录（全局生效）
include_directories(include)# 添加子目录（会执行 src/utils/CMakeLists.txt）
add_subdirectory(src/utils)# 定义主程序源文件（仅主函数）
set(MAIN_SRC src/main.c)# 生成可执行文件（链接子目录生成的库）
add_executable(app ${MAIN_SRC})
target_link_libraries(app utils)  # 链接子目录生成的库

 

1. 子目录 src/utils/CMakeLists.txt：

# 定义当前目录的源文件（仅功能实现）
set(UTIL_SRC util.c)# 生成静态库（库名：utils）
add_library(utils STATIC ${UTIL_SRC})# 可选：设置库的输出目录（例如放到 build/lib）
set_target_properties(utils PROPERTIES ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_BINARY_DIR}/lib)

操作说明

1. 进入 build 目录（需手动创建）：

   mkdir build && cd build
   

2. 执行 cmake .. 生成构建文件（会自动处理跨目录依赖）。
3. 执行 make 编译，生成：
   • 静态库 build/lib/libutils.a（子目录生成）。
   • 可执行文件 build/app（根目录生成）。
4. 运行 ./app，输出 3 + 5 = 8。

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