Makefile作为编译脚本，用于将C/C++代码编译生成可执行程序，虽然目前已有现代编译工具bazel，cmake，clion，或者使用高级脚本语言python， perl等，不在需要复杂的手动构建过程。不过对于嵌入式开发，如U-Boot，Linux，rootfs以及部分软件的交叉编译，Makefile仍然是最基础的工具。
理解掌握Makefile，对于系统的去理解大型项目的编译系统，掌握Linux环境下的项目如何构建，解决构建时问题，有着重要意义。学习Makefile并不是一个简单的过程，这里分如下章节讲解说明。
在Windows开发环境下，通常使用集成开发环境(IDE)，如Visual Studio，MDK等，点击构建(Build)即可完成所有编译流程，其实这隐藏了系统软件的运行机理，而Makefile正是使用这些机理完成系统的构建。在Linux开发环境下，则需要自己实现编译脚本来完成环境的构建，这就需要理解背后的C/C++的编译过程。
C/C++的编译过程包含预处理，编译，汇编和链接四个步骤.
上面就阐述了C/C++编译的全过程，下节则通过gcc编译来进一步说明。gcc作为是用于编译的工具集，包含多个工具。
这里有个小知识，理论上gcc和g++都可以用于编译c/c++文件，g++本身对于c语言编译支持，而gcc编译C++则需要去链接C++库，需要添加命令’-lstdc++’。对于GCC，其编译过程也符合上面提到的四个步骤，不过我们以C语言的编译流程来理解上节内容，以”hello.c”为例.
# 预编译
gcc -E hello.c -o hello.i # 生成去掉额外信息的中间文件
# 编译
gcc -S hello.i -o hello.s # 中间文件生成汇编文件
# 汇编
gcc -c hello.s -o hello.o # 生成目标平台的指令链接文件
# 链接
gcc -s hello.o -o hello # 将文件链接，构建目标平台的可执行文件
可以看到，gcc的编译流程也和上节的说明一致，从上面可以看出，预编译，编译和汇编都是对单个文件的操作，在链接才有涉及多个文件操作的可能，gcc单指令也整合了单文件的编译命令，因此上述操作也可以简化为如下操作。
# 生成指定链接文件
gcc hello.c -o hello.o # 生成链接文件
# 链接
gcc hello.o -o hello # 将文件链接，构建目标平台的可执行文件
当然，gcc也支持各种选项来支持各种扩展，如下所示。
-I"(Directory)" # 指定包含的头文件目录
-L"(Library)" # 指定包含的链接库的目录
-l"file" # 指定链接的动态库，对应格式未lib[file].so
-std=(Version) # 指定语言的版本
-Wl,-Map,(MapFile) # 指定生成map文件
-lpthread # 支持链接thread库
-lm # 支持链接math库
-O(Number) # 支持优化等级，一般为0~3，值越大，优化等级越高
-D(String) # 支持包含外部的宏定义，如果带值，则可以为-D(data=value)格式
-g # 添加调试信息，使用gdb等调试工具必须加入此选项
上述基本包含的gcc的常用扩展，我们在实现Makefile语法时也是依赖上述扩展命令实现，另外在Makefile中一定要使用Tab进行命令的格式化，而不要使用空格，否则会因不识别而报错。
在了解gcc的相关知识和命令说明，下面可以讲解Makefile的语法实现，Makefile主要是基于make命令实现(可以说所谓的Makefile语法，也就是make程序支持一套解析的语法)，在当前目录下查询名为Makefile的文件，执行具体指令并完成编译的方法，下面描述Makefile的常用语法说明.
#1.标签
[label] :
[function]
[target] : [label]
[function]
#taget:执行的标签，是标签查找的执行标识和入口，make默认执行查找的就是all标签，当然也可以使用make all，实现相同的效果。
#label:需要查询执行的上一级的标签。
#function:执行的函数体，在所有上级标签执行完后进行执行的方法。
#对于标签，执行的顺序为target -> label(all loop) -> function。
#2.变量
[variable]=[value]
$(variable)
#variable定义变量名，value定义变量，在使用时通过$(variable)即可读取变量。
#对于=的说明
# = 基本的赋值
# := 赋值，并覆盖之前的值
# ?= 之前未赋值，则使用等号后的值，否则使用之前值
# += 将等号后面的值添加到之前值后
#3.自动化变量
# $< 表示依赖对象集合中的第一个文件，如果依赖文件是以模式(即“%” )定义的，那么"$<"就是符合模式的一系列的文件集合
# $@ 表示规则中的目标集合，即分别代表%.c和%.o中的每个项
# $% 当目标是函数库的时候表示规则中的目标成员名，如果目标不是函数库文件，那么其值为空。
# $? 所有比目标新的依赖目标集合，以空格分开
# $^ 所有依赖文件的集合，使用空格分开，如果在依赖文件中有多个重复的文件，“$^”会去除重复的依赖文件，值保留一份
# $* 这个变量表示目标模式中"%"及其之前的部分，如果目标是 test/a.test.c，目标模式为 a.%.c，那么"$*"就是 test/a.test
%.o : %.c
gcc -c $< -o $@
#4.ifeq/ifneq语法
#用于对比变量是否一致的方法，基于这类语法，可以实现不同配置项的编译
ifeq ($(CCPLUS),g++)
$(info used deivce compiler:$(CCPLUS))
endif
ifneq ($(CCPLUS),g++)
CCPLUS := g++
endif
#5.编译logger输出
$(info:[string]) #输出字符串信息，不会报错。
$(warning:[string]) #以警告形式输出下暗示信息。
$(error:[string]) #错误输出，同时将中止当前编译
现在定义一个比较简单的项目文件结构，包含hello/hello.c，hello/hello.h，main.c三个文件，按照上述的gcc的说明和Makefile语法，编译文件实现如下。
#step1: make查找all标签，并执行target.
all:target
#step3: 执行hello.o标签，查找hello.c文件，执行下述命令
hello/hello.o:hello/hello.c
gcc -I"hello/" -O1 -c hello/hello.c -o hello/hello.o
#step4: 执行main.o标签，查找main.c文件,执行下述命令，生成链接文件
main.o:main.c
gcc -I"hello/" -O1 -c main.c -o main.o
#step2: 查找target标签，执行hello/hello.o，main.o.
target:hello/hello.o main.o
#step5: 链接文件，生成可执行文件
gcc -o target hello/hello.o main.o -O1
clean:
rm -rf target
rm -rf hello/hello.o main.o
注意: Makefile中，命令必须以Tab开始，不能够为空格，否则会报错。
上述就是最基础的Makefile文件，当执行make时，查询all对应的tag并执行，然后遍历执行所有的标签，最后完成所有文件的编译。整个系统由label标签和gcc编译命令构成，如果项目中文件较少，使用这种方式是可行的，不过对于有几十上百文件的项目，手写每个.o对应的执行是不现实的，所以可以使用上面的变量和自动化变量方法替代，依据此可修改为如下格式。
#variable
#定义编译的生成可执行文件名
EXCUTABLE ?= target
#包含链接的所有文件
OBJECTS = hello/hello.o main.o
#包含需要访问的文件头目录
INCLUDE_PATH = -I"hello/"
#支持的C编译选项
CFLAGS += -O1 -lm
#指定编译工具
CC ?= gcc
#label
all : $(EXCUTABLE)
#自动化变量，匹配所有的.c生成的链接文件
#等同于上述的main.o:main.c和hello/hello.o:hello/hello.c标签
%.o : %.c
$(CC) $(INCLUDE_PATH) $(CFLAGS) -c $< -o $@
#生成可执行文件
#等同于上述target:hello/hello.o main.o标签
$(EXCUTABLE):$(OBJECTS)
$(CC) -o $(EXCUTABLE) $(OBJECTS) $(CFLAGS)
clean:
rm -rf $(EXCUTABLE)
rm -rf $(OBJECTS)
上面就是基本的Makefile文件，支持C项目的编译，不过对于大型项目，往往还有基于shell的预处理，编译条件管理，按照上述路径层层剖析，另外将Makefile中的相同部分提取出来，通过include语法，可以将Makefile应用到不同的工程，提高项目中各部分复用，这就涉及了编译系统的构建，下面进一步进行说明。
在上述编译步骤中，讲述的是大部分C/C++项目的编译流程，另外C++还支持以静态库或者动态库的方式进行编译，然后在实际使用过程中链接到项目中，编译动态库和静态库的流程如下。
###编译生成静态库
#将C++文件编译为中间文件
g++ test.cpp -o test.o
g++ test1.cpp -o test1.o
#通过ar文件打包中间文件生成lib文件
ar -cr libtest.a test.o test1.o
###静态库打包生成程序
g++ libtest.a main.o -o target
可以看到静态库的使用和中间文件没有什么区别，另外ar可以将多个中间文件打包成一个静态库，如果将上述流程转换为Makefile语法则可以如下实现。
lib-test=libtest.a
lib-test-src=test.o test1.o
excutable=target
CCPLUS ?= g++
all: $(excutable)
%.o : %.cpp
$(CCPLUS) $(IncludePath) $(CPPFlags) -c $< -o $@
$(lib-test): $(lib-test-src)
ar -cr $(lib-test) $(lib-test-src)
#具体执行函数
$(excutable):main.o $(lib-test)
g++ libtest.a main.o -o $(excutable)
上述就是生成静态库，并打包生成程序的流程，下面讲解动态。
###编译生成动态库
#将C++文件编译为中间文件
g++ test.cpp -o test.o
g++ test1.cpp -o test1.o
#将C++文件编译为动态库
g++ test.o test1.o -fPIC -shared -o libtest.so
###链接动态库，生成程序
g++ main.o -L. -ltest -o target
动态库是cpp文件生成动态链接库，格式需要满足lib[file].so的格式，在使用时用-l[file]编译，将上述流程转换为Makefile语法则可以如下实现。
dlib-test=libtest.so
dlib-test-src=test.o test1.o
excutable=target
CCPLUS ?= g++
all: $(excutable)
%.o : %.cpp
$(CCPLUS) $(IncludePath) $(CPPFlags) -c $< -o $@
$(dlib-test): $(dlib-test-src)
$(CCPLUS) $(dlib-test-src) -fPIC -shared -o $(dlib-test)
#具体执行函数
$(excutable):main.o $(dlib-test)
g++ main.o -L. -ltest -o $(excutable)
关于Makefile的运用，可以参考目录file/Chapter1-2下实现。
cd file/Chapter1-3/
#编译静态库
make BUILD=s
#编译动态库
make BUILD=d
#编译可执行文件
make
#将动态库加载的系统中并执行
sudo cp libdynamictest.so /usr/lib/libdynamictest.so
./target
上面讲解的Makefile，需要将编译的文件都写入到Makefile中，这样虽然逻辑更清晰，但项目文件过多时，维护文件也是比较繁琐的工作。这里可以借用makefile自带的命令机制，支持自动化的脚本生成。
$(shell "pwd") #执行shell命令
$(addsuffix <suffix>,<name>) #将suffix后缀加到name的对象中并赋值到返回地址中
$(addsuffix /inc,$(CUR_DIR))
$(wildcard $(CUR_DIR)/*.c) #通配符，匹配指定目录下满足要求的文件
$(sub <from>,<to>,<text>) #替换字符串，将text中的"from"字符串替换成"to"字符串，返回替换后的字符串
$(patsubst %.c,%.o,$(notdir $(SRC))) #使用模式替换字符串，将%.c格式替换成%.o格式，并返回
file := $(foreach n,$(obj),$(n).o) #循环遍历值并返回
$(notdir <names>) #提取文件名中非目录部分
$(dir <names>) #提取文件名中目录部分
基于上述脚本命令，实现的Makefile如下所示。
CUR_DIR := $(shell "pwd")
INC_DIR := $(addsuffix /inc,$(CUR_DIR))
SRC := $(wildcard $(CUR_DIR)/*.c)
OBJ := $(patsubst %.c,%.o,$(notdir $(SRC)))
CC := gcc
CFLAGS := -Wall -I$(INC_DIR)
all: target
%.o : %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
target: $(OBJ)
$(CC) $^ -o $@
clean:
rm -rf *.o target
至此我们便讲解了大部分Makefile语法实现；在实际项目中，往往结合上面这些常用的Makefile语法，提取出mk文件，再通过config配置进行开关选项的管理，这就是uboot和kernal中的编译构建方法。理解了这一点，再去理解编译选项就可以有更清晰的认识。基于此经验，就可以去进一步去分析大型项目如U-Boot，Linux Kernel，Busybox中的Makefile，可以做到知其然亦知其所以然，学习更进一步。
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