1.2 程序编译工具：make

1.2.1 使用IDE编译C程序

在Windows下开发程序，我们一般会使用IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）。IDE提供了程序的编辑、编译、链接、运行、调试、项目管理一条龙服务。IDE将程序的编译、链接、运行等底层过程进行封装，留给用户的只有一个用户交互按钮：Run。用户甚至都不用关心程序到底是如何编译、链接和运行的，程序写好后，直接点击Run按钮，IDE会自动调用相关的预处理器、编译器、汇编器、链接器等工具生成可执行文件，并将可执行文件加载到内存运行，通过打印窗口，用户可以很直观地看到程序的运行结果。以C-Free 5.0集成开发环境为例，程序的编辑、编译、项目管理窗口的布局如图1-1所示。

笔者的C-Free 5.0安装在C:\Program Files (x86)\C-Free 5路径下，在安装目录下的C:\Program Files (x86)\C-Free 5\mingw\bin下面，你会看到很多二进制工具：as（汇编器）、cpp（预处理器）、ld（链接器）、gcc（GNU C编译器）、g++（GNU C++编译器）、gdb（调试器）、ar（归档工具，用来制作库）。当我们写好程序，点击窗口界面上的Run按钮时，C-Free 5.0在后台就会自动调用这些工具，生成可执行文件，并将其加载到内存运行。

这里需要注意的是：gcc并不是真正的C编译器，它是GNU C编译器工具集中的一个二进制工具。在编译程序时，gcc会首先运行，然后由gcc分别调用预处理器、编译器、汇编器、链接器等工具来完成整个编译过程。C-Free 5.0集成开发环境支持多个编译器配置，用户可以添加自己的编译器，然后通过gcc工具分别去调用它们。如C-Free 5.0默认安装的mingw32 C编译器cc1，安装在C:\Program Files (x86)\C-Free 5\mingw\libexec\gcc\mingw32\3.4.5目录下，当程序编译时，gcc就会根据用户指定的配置调用它，完成程序的编译过程。

1.2.2 使用gcc编译C源程序

在Linux环境下编译程序和在Windows下不太一样，一般在命令行下编译代码。在Linux下，我们一般使用gcc或arm-linux-gcc交叉编译器来编译程序。在使用这些编译器之前，首先需要安装它们，在Ubuntu环境下，我们可以使用apt-get命令来安装这些编译工具。

安装完毕后，使用下面的命令可以查看编译器的版本。如果安装成功，则会有下面的显示信息。

工具安装成功后，我们就可以使用gcc或arm-linux-gnueabi-gcc命令来编译程序了。gcc是GCC编译器工具集中的一个应用程序，用来编译我们的C程序。如我们编写一个简单的C程序：

然后就可以使用gcc命令来编译main.c源程序文件了。

gcc在编译main.c源文件时，会依次调用预处理器、编译器、汇编器、链接器，最后生成可执行的二进制文件hello。根据需要，我们也可以通过gcc的编译参数来控制程序的编译过程。

● -E：只对C源程序进行预处理，不编译。

● -S：只编译到汇编文件，不再汇编。

● -c：只编译生成目标文件，不进行链接。

● -o：指定输出的可执行文件名。

● -g：生成带有调试信息的debug文件。

● -O2：代码编译优化等级，一般选择2。

● -W：在编译中开启警告（warning）信息。

● -I：大写的I，在编译时指定头文件的路径。

● -l：小写的l（like首字母），指定程序使用的函数库。

● -L：大写的L（like首字母），指定函数库的路径。

通过上面的这些参数，我们就可以根据实际需要来控制程序的编译过程。如上面的main.c源文件，如果我们只对其做编译操作，不链接，就可以使用下面的命令。

通过下面的命令，我们可以对C源文件main.c只做预处理操作，不再编译，并将预处理的结果重定向到main.i文件中。

打开main.i文件，你就可以看到一个原汁原味的纯C程序文件，在这个文件中，你可以看到一段C程序经过预处理后到底发生了什么变化。

1.2.3 使用make编译程序

我们可以在Shell环境下敲击gcc命令来编译C程序，也可以通过各种参数来控制编译流程。使用gcc编译程序非常方便，但是也有弊端：在一个多文件的项目中，如果C源文件过多，如编译Linux内核源码，大概有30 000多个C源文件，如果再使用gcc命令，恐怕就会变成下面这个样子了。

30 000多个文件，如果老板不拦着你，估计你能敲一天。如果每秒钟敲击一个文件名，30 000多个文件，就需要30 000多秒，光敲这个编译命令就得敲8个多小时。你从早上上班开始敲，一直敲到晚上下班，然后拍拍屁股走人。老板看了你的工作日志，估计肺都要气炸了，正拿着厨具飞奔在路上，还有5秒钟到达战场，非炒了你的鱿鱼不可！

针对多文件的编译难题，有没有更好的解决方法呢？有，使用make命令可以帮助我们提高程序的编译效率。

简单点理解，make其实也是一个编译工具，只不过它在编译程序时，要依赖一个叫作Makefile的文件：生成一个可执行文件所依赖的所有C源文件都在这个Makefile文件中指定。在Makefile中，通过定义一个个规则，来描述各个要生成的目标文件所依赖的源文件及编译命令，最后链接器将这些目标文件组装在一起，生成可执行文件。

当我们使用make编译一个工程时，make首先会解析Makefile，根据Makefile文件中定义的规则和依赖关系，分析出生成可执行文件和各个目标文件所依赖的源文件，并根据这些依赖关系构建出一个依赖关系树。然后根据这个依赖关系和Makefile定义的规则一步一步依次生成这些目标文件，最后将这些目标文件链接在一起，生成最终的可执行文件。

为了更好地理解make和Makefile，接下来我们举一个例子。在一个项目中，有main.c和sum.c两个C源文件。

如果我们使用gcc来编译程序，可以使用下面的命令。

如果我们想使用make工具来编译，首先要写一个Makefile。

一个Makefile通常是由一个个规则构成的，规则是构成Makefile的基本单元。一个规则通常由目标、目标依赖和命令3部分构成。

目标一般指我们要生成的可执行文件或各个源文件对应的目标文件。一个目标后面一般要紧跟生成这个目标所依赖的源文件，以及生成这个目标的命令。命令可以是编译命令，可以是链接命令，也可以是一个Shell命令，命令必须以Tab键开头。一个Makefile里可以有多个规则、多个目标，一般会选择第一个目标作为默认目标。

Makefile文件中使用.PHONY声明的目标是一个伪目标，伪目标并不是一个真正的文件名，可以看作一个标签。伪目标比较特殊，一般无依赖，主要用来无条件执行一些命令，如清理编译结果和中间临时文件。一个规则可以像伪目标那样无目标依赖，无条件地执行一些命令操作，也可以没有命令，只表示单纯的依赖关系，如上面Makefile文件中的all伪目标。

将Makefile文件放置在main.c和sum.c的同一目录下，然后进入该目录，在命令行环境下输入make命令就可以直接编译项目了，当然也可以使用make clean命令清除程序的编译结果和生成的临时中间文件。

这里有个细节需要注意：Makefile文件名的第一个字母一般要大写，当然使用小写也不会错，因为make在编译程序时会首先到当前目录下查找Makefile文件，找不到时再去找makefile或GNUmakefile文件，当这3个文件都找不到时，make就会报错。