简介
在Linux中，make程序用于自动化编译大型源代码。通过运行简单的命令make，我们可以轻松完成编译和安装软件的工作，极大地方便了开发者。
make能够自动化完成这些任务，是因为项目中提供了一个名为Makefile的文件。Makefile负责指导make如何编译和链接程序。
Makefile的作用可以类比于Java项目的pom.xml、Node项目的package.json、Rust项目的Cargo.toml。不同之处在于，尽管make最初是为C语言开发的，但实际上它可以用于任何类型的项目，甚至不局限于编程语言。此外，make主要应用于Unix/Linux环境，掌握Makefile的编写可以帮助我们在Linux环境下更好地进行开发，并为后续的Linux内核开发做好准备。
在本教程中，我们将逐步学习如何编写Makefile，内容完全针对零基础的小白用户，只需提前掌握基本的Linux命令使用。
安装make
由于make只能在Unix/Linux环境下运行，因此在Windows系统中，我们需要先在Windows下运行Linux。
方法一： 安装VirtualBox，并下载Linux发行版的安装镜像，推荐使用Ubuntu 22.04，以便在虚拟机中运行Linux。
方法二： 对于Windows 10/11用户，可以安装WSL（Windows Subsystem for Linux）：
- 安装WSL
- 在Windows应用商店中搜索并安装Ubuntu 22.04，安装完成后启动，Windows会弹出PowerShell窗口连接到Linux，此时可以输入Linux命令，类似于SSH连接。
以Ubuntu为例，在Linux命令行中使用apt命令安装make和GCC工具链：
$ sudo apt install build-essential
对于macOS系统，由于其内核是BSD（Unix的一种变体），同样可以直接运行make。推荐安装Homebrew，并通过Homebrew安装make和GCC工具链：
$ brew install make gcc
安装完成后，可以通过输入以下命令验证安装是否成功：
$ make -v
GNU Make 4.3
$ gcc --version
gcc (Ubuntu ...) 11.4.0
通过上述步骤，我们成功安装了make和GCC工具链。
Makefile基础
在Linux环境中，当我们输入make命令时，它会在当前目录查找一个名为Makefile的文件，并根据该文件定义的规则自动执行编译命令等。
Makefile可以理解为“生成文件”的说明书。
举个例子，假设在当前目录下有3个文本文件：a.txt、b.txt和c.txt。我们希望将a.txt与b.txt合并生成中间文件m.txt，再用m.txt与c.txt合并生成最终的目标文件x.txt，整个逻辑如下：
以下是将“文件和依赖”部分转化为有序列表的内容：
- a.txt、b.txt 和 c.txt 是三个独立的文件，作为输入或源文件。
- m.txt 是一个中间文件，依赖于 a.txt 和 b.txt。这意味着 m.txt 的内容可能由这两个文件的数据生成。
- x.txt 是最终文件，依赖于 m.txt。这表明 x.txt 的内容依赖于中间文件 m.txt 的生成。
根据上述逻辑，我们编写Makefile。
规则
Makefile由若干条规则（Rule）构成，每条规则指定一个目标文件（Target）、若干依赖文件（prerequisites）以及生成目标文件的命令。
例如，要生成m.txt，其依赖文件为a.txt与b.txt，规则如下：
# 目标文件: 依赖文件1 依赖文件2
m.txt: a.txt b.txt
cat a.txt b.txt > m.txt
规则的格式为：
目标文件: 依赖文件1 依赖文件2 ...
接下来，命令必须以Tab开头，用于生成目标文件。上述规则使用cat命令合并了a.txt与b.txt，并将结果写入m.txt。生成目标文件的方法不拘一格，命令可以是编译命令，也可以是其他任意命令。
以#开头的行为注释，会被make忽略。
注意：Makefile的规则中，命令必须以Tab开头，不能使用空格。
接下来，生成x.txt的规则如下：
x.txt: m.txt c.txt
cat m.txt c.txt > x.txt
由于make在执行时默认执行第一条规则，我们将x.txt的规则放在前面。完整的Makefile如下：
x.txt: m.txt c.txt
cat m.txt c.txt > x.txt
m.txt: a.txt b.txt
cat a.txt b.txt > m.txt
在当前目录创建a.txt、b.txt和c.txt并输入一些内容，然后执行make命令：
$ make
cat a.txt b.txt > m.txt
cat m.txt c.txt > x.txt
make默认执行第一条规则，创建x.txt，但由于m.txt不存在，必须先执行规则生成m.txt。执行完成后，当前目录下生成了m.txt和x.txt。
可以看出，Makefile定义了一系列规则，在满足依赖条件时执行命令，从而生成目标文件，这就是Makefile的基本概念。
默认执行的规则放在第一条，其他规则的顺序无关紧要，因为make会自动判断依赖关系。
此外，make会打印出执行的每条命令，便于观察执行顺序以便于调试。
如果再次运行make，输出如下：
$ make
make: `x.txt' is up to date.
make检测到x.txt已是最新版本，无需再次执行，因为x.txt的创建时间晚于其依赖的m.txt和c.txt的最后修改时间。
make利用文件的创建和修改时间判断是否更新目标文件。当修改c.txt后，再次运行make，则会触发x.txt的更新：
$ make
cat m.txt c.txt > x.txt
但并不会触发m.txt的更新，因为m.txt的依赖a.txt和b.txt未更新。因此，make仅会执行必要的规则，而不会无脑执行所有规则。
在编译大型程序时，全量编译可能需要几十分钟或更长时间。如果仅修改了几个文件，使用Makefile实现增量编译能够大大节省时间。
当然，是否能正确实现增量更新，取决于我们的规则写得是否正确，make本身并不会检查规则逻辑的正确性。
伪目标
由于m.txt与x.txt都是自动生成的文件，因此可以安全地删除它们。
我们希望编写一个clean规则来删除这些文件，而不是手动删除：
clean:
rm -f m.txt
rm -f x.txt
clean规则与之前编写的规则不同，它没有依赖文件。因此，要执行clean，必须用命令make clean：
$ make clean
rm -f m.txt
rm -f x.txt
但是，如果我们手动创建一个名为clean的文件，这个clean规则就不会执行了！
如果希望make将clean视为伪目标，可以添加一个标识：
.PHONY: clean
clean:
rm -f m.txt
rm -f x.txt
此时，clean就不再被视为一个文件，而是伪目标（Phony Target）。
大型项目通常会提供clean、install等约定俗成的伪目标名称，以方便用户快速执行特定任务。
一般情况下，除非有人故意创建一个名为clean的文件，否则并不需要用.PHONY标识约定俗成的伪目标名称。
执行多条命令
一个规则可以有多条命令，例如：
cd:
pwd
cd ..
pwd
执行cd规则：
$ make cd
pwd
/home/ubuntu/makefile-tutorial/v1
cd ..
pwd
/home/ubuntu/makefile-tutorial/v1
观察输出，可以发现cd ..命令执行后，当前目录没有改变，两次pwd的输出是
相同的。这是因为每条命令都会在一个新的Shell中执行。
为了在同一Shell中执行多条命令，可以用&&连接每条命令，例如：
cd:
pwd && cd .. && pwd
执行后，第二条pwd将输出上一级目录路径。
另外，若想在多条命令中使用同一个变量，直接写在第一条命令前面的花括号内，例如：
cd:
{
pwd
cd ..
pwd
}
但大多数情况下推荐将命令放在同一个规则下，便于阅读和维护。
环境变量
Makefile也支持使用环境变量。我们可以在Shell中执行export命令设置一个变量，例如：
$ export VAR=value
然后在Makefile中引用该变量：
echo:
echo $$VAR
注意，在Makefile中引用Shell变量时必须使用两个美元符号$$。执行后将输出value。
同时，Makefile支持定义变量。例如，想要定义一个变量并在规则中使用，可以如下操作：
CC=gcc
CFLAGS=-Wall
hello: hello.c
$(CC) $(CFLAGS) -o hello hello.c
这样定义的变量可以在Makefile中多次使用，提高了可维护性。
结语
本教程简单介绍了Makefile的基本概念、使用方法以及一些常见的规则和变量使用技巧。掌握Makefile的编写能够提高我们在Linux环境中的开发效率，为后续的Linux内核开发奠定基础。希望大家能在实际项目中不断探索和应用Makefile的强大功能！