Makefileの書き方に関する備忘録

※この記事は続き記事になっています

• 第1回：この記事
• 第2回：Makefileの書き方に関する備忘録 その2 - minus9d's diary
• 第3回：Makefileの書き方に関する備忘録 その3 - minus9d's diary
• 第4回：Makefileの書き方に関する備忘録 その4 - minus9d's diary

makeの使い方を復習しました。今更makeかよと思われそうですが、曖昧に覚えているところも多く、よい勉強になりました。参照したテキストは、オライリーがオープンブックとして公開しているManaging Projects with GNU Make, Third Edition（GNU Make 第三版）。今回の記事はほぼ全部これが出典です。

最初の一歩

makefileに以下の内容を書いて保存。コマンドラインでmakeと単に打つと、このmakefileが実行対象となる。

hello: hello.c
	gcc hello.c -o hello

この内容は以下のようなルールを意味する。

target: prerequisites
	command

ここで、

• target：生成されるもの。ここでは実行ファイルhello。
• prerequisites：targetが生成されるために必要なもの。ここではソースコードhello.c。
• command: prerequisitesを使ってtargetを生成するためのシェルコマンド。

makeを実行するとhelloが生成される。makeを再実行した時点で、targetよりもprerequisitesの方が新しければcommandが再実行される。

makefile内に複数のtargetがあるとき、単にmakeとすると一番最初のtargetが生成される。

さまざまなルール

Explicit Rules

先に書いたようなもの。依存関係をベタ書きする。

hello: hello.c sub.c sub.h
	gcc hello.c sub.c -o hello

ワイルドカード

シェルでよく使う*などがmakefileでも使える。

prog: *.c
	$(CC) -o $@ $^

$@, $^は自動変数。ここでは$@はprog, $^は*.cを指している。自動変数については後でもう一度出てくる。

Phony Targets

Phonyとは「偽の」という意味。以下のclearのように、ファイルが生成されるわけではないターゲットのことをPhony Targetという。

clean:
	rm -f *.o lexer.c

cleanというファイルを作りたいわけではなく、cleanという動作をしたいのだ、ということを明示的に表すために、.PHONYを使う。

.PHONY: clean
clean:
	rm -f *.o lexer.c

自動変数

先ほど出てきた$@, $^などを自動変数という。以下のルールを例にとって考える。

hello: hello.c sub.c sub.c sub.c
	gcc hello.c sub.c -o hello

実行ファイルhelloはhello.c, sub.cに依存している。例のために、prerequisitesの欄にsub.cを何度も書いている。

このとき、自動変数には以下の値が入る。

自動変数*	意味*	今回の例での値
$@	ターゲット	hello
$^	prerequisites、ただし重複分は除く	hello.c sub.c
$?	prerequisitesのうちターゲットより新しいもの	場合による
$<	prerequisitesのうち最初に書かれたもの1つ	hello.c
$+	prerequisites、重複分もそのまま	hello.c sub.c sub.c sub.c

自動変数に入る値を確かめるために、@printfを使ってプリントデバッグすることもできる。（記号の正しいエスケープ方法がわからないので、苦肉の策で半角スペースを挿入している）

hello: hello.c sub.c sub.c sub.c
	@printf "$$ @ = $@ \n"
	@printf "$$ ^ = $^ \n"
	@printf "$$ ? = $? \n"
	@printf "$$ < = $< \n"
	@printf "$$ + = $+ \n"
	gcc hello.c sub.c -o hello

他に$*, $%という自動変数もあるが未調査。

VPATH, vpath

ソースコードの存在する場所を指定するのにVPATHを使う。

VPATH = src

例えば以下のようなディレクトリ構造のとき、

├makefile
├src/
│└main.c
└include/
　└header.h

makefileに以下のように書ける。

VPATH  = src
CPPFLAGS = -I include
main: main.c
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

vpathを使うと、VPATHを使うよりも柔軟に場所を指定できる。

vpath %.h include
vpath %.c src
CPPFLAGS = -I include

main: main.c
	$(CC) $(CPPFLAGS) $^ -o $@

上の例では、.hファイルはincludeフォルダに、.cファイルはsrcフォルダにあることを明示的に表している。ただし、GCCにこの情報は伝わらないので、GCCには-Iでヘッダファイルの場所を教える必要は依然として残る。(参考：c++ - Makefile vpath not working for header files - Stack Overflow)

パターンルール

明示的なルールを書かない場合、自動的に暗黙的なルールが適用される。例えば以下の例では、実行ファイルhelloはhello.oに依存することは表しているが、どうやって実行ファイルhelloを生成するのかについては明示的に表していない。

hello: hello.o
hello.o: hello.c

この場合、makeは、makeが組み込みで用意している暗黙的なルールを呼び出す。上の例だと、.oから実行ファイルを生成するのには以下の暗黙的なルールが使われる。

$(LINK.o) $^ $(LOADLIBES) $(LDLIBS) -o $@

また、.cから.oへのコンパイルには以下の暗黙的なルールが使われる。

$(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $(TARGET_ARCH) -c -o $@

ちなみに、.ccから.oへのコンパイルには以下の暗黙的なルールが使われる。

$(CXX) $(CXXFLAGS) $(CPPFLAGS) $(TARGET_ARCH) -c -o $@

CPPFLAGSの「CPP」は、C++のためのフラグという意味ではなく、プリプロセッサのためのフラグという意味。普通CPPFLAGSにはインクルードパスを指定する。C++のためのフラグはCPPFLAGSではなくCXXFLAGSなので間違えないこと。

これらの変数に何を入れればよいか、についてはMakefileの書き方に関する備忘録 その3 - minus9d's diaryで調査した。

暗黙的なルールの一覧は、コマンドラインで

$ make --print-data-base (or -p)

と打てば調べることができる。上で書いた暗黙的なルールも、このコマンドで調べた。

suffix rule

suffix ruleとは、暗黙的なルールを定義するときに使うルールのこと。例は以下。

.c.o:
	$(COMPILE.c) $(OUTPUT_OPTION) $<

.oファイルは、同じ語幹を持つ.cファイルに依存するという意味。

これは以下のpattern ruleと等価。

%.o: %.c
	$(COMPILE.c) $(OUTPUT_OPTION) $<

実行ファイルのように拡張子がないファイルに関するsuffix ruleは以下のように書ける。

.p:
	 $(LINK.p) $^ $(LOADLIBES) $(LDLIBS) -o $@

これは以下のpattern ruleと等価。

%: %.p
	 $(LINK.p) $^ $(LOADLIBES) $(LDLIBS) -o $@

built-inされているsuffix ruleが悪さをする場合は、空のルールを書いて定義を上書きする。

%.o: %.l
%.c: %.l

suffix ruleは古い書き方で、見た目にも分かりにくい（依存関係の順番がpattern ruleと逆になっている）。GNU makeを使う限りにおいては、suffix ruleではなくpattern ruleを使う方がよいらしい。

依存関係の自動生成

C言語の場合、ソースファイルは多数のヘッダファイルに依存するのが普通である。その依存関係を手で保守するのは骨が折れる。そこで依存関係を自動生成することを考える。

例えば以下のようなディレクトリ構造を考える。

├makefile
├src/
│├main.c
│├sub1.c
│└sub2.c
└include/
　├header.h
　├sub1.h
　└sub2.h

ここで各ソースファイルの依存関係は以下のようだとする。

• main.cはheader.h, sub1.h, sub2.hに依存
• sub1.cはheader.h, sub1.hに依存
• sub2.cはsub2.hに依存

結論から言うと、以下のようなMakefileを書けばよい。

vpath %.h include
vpath %.c src
CPPFLAGS = -I include

SOURCES = \
	main.c \
	sub1.c \
	sub2.c

# .cを.oに置換。OBJECTS = main.o sub1.o sub2.o となる
OBJECTS = $(subst .c,.o,$(SOURCES))

# 実行ファイルmainを生成するルール
# 暗黙のルールを利用
main: $(OBJECTS)

# .dファイルを読み込む
-include $(subst .c,.d,$(SOURCES))

# .cファイルを解析して、.cが依存しているヘッダファイルを.dファイルに書き出す
%.d: %.c
	$(CC) -M $(CPPFLAGS) $< > $@.$$$$; \
	sed 's,\($*\)\.o[ :]*,\1.o $@ : ,g' < $@.$$$$ > $@; \
	rm -f $@.$$$$

clean:
	rm *.exe *.o *.d

このMakefileでは、GCCの-Mオプションがキーポイントになる。GCCで-Mオプションを使用してソースファイルを引数にとると、そのソースファイルがincludeしているヘッダファイルが自動的に列挙される。このMakefileではその機能を利用して、あるソースファイルの依存関係を.dファイルに一時保存する。そして.dファイルをincludeしている。

なお、Makefile中の$$$$というのは、エスケープされて$$、つまりシェルのプロセス番号に置換される。このようにして.d.(プロセス番号)という一時ファイルが作られる。この一時ファイルはsedによって利用された後消去される。

make実行時の便利オプション

• make --just-print (or -n): makeしたときに実行されるコマンドを表示だけする
• make CPPFLAGS=-DDEBUG: makefile内の変数CPPFLAGSを-DDEBUGで上書きする

続き

Makefileの書き方に関する備忘録 その2 - minus9d's diary