用 GCC 和 Makefile 自动处理依赖关系

Make 是一个非常好的工具，但是 Makefile 的编写却不是很方便，尤其是编译依赖关系的确定上。

假设一个 C/C++ 项目有许多源文件、许多头文件，每个源文件里都引用了一些头文件。这时如果修改了其中的一个头文件，为了加快工程编译速度，应该只有引用了被改动头文件的源文件需要重新编译，其他源文件不需要再次编译。但是，Make 并不知道哪些源文件引用了这个头文件，要确定哪些源文件需要重新编译，只能根据 Makefile 中写定的规则进行判断。

先来看一下 Makefile 中一条规则的语法：

sample.o: sample.c header1.h header2.h
    CC -c -o $@ $<

这里面，header1.h 和 header2.h 便是 sample.c 所需的头文件，如果 header1.h 改了，Make 就能根据这条规则自动判断出，sample.c 需要重新编译。

但是，这种方式需要在 Makefile 中显式写出引用了哪些头文件，每当 sample.c 增加或删去了一个头文件的引用，还需要更改 Makefile。如果项目规模比较大，头文件之间还会相互引用，这是将会是一件非常痛苦的事情。

生成依赖列表

幸好，GCC（以及 Clang）提供了自动生成依赖关系的功能，而且生成的依赖关系可以直接用在 Makefile 中。

最简单的方法是使用参数 -MM，在上面的例子中，使用命令 gcc -MM sample.c 就可以在终端内输出依赖列表：

sample.o: sample.c header1.h header2.h

可以看到，格式正是 Makefie 需要的，完全可以把这个命令的输出结果直接复制到 Makefile 中去。

其实生成依赖列表还有一个参数 -M，但是 -M 会把所有头文件输出，包括 stdio.h 这类的系统标准头文件，而 -MM 则会忽略这些标准头文件。由于在实际项目中，只有自定义头文件才会修改，因此 -MM 更加合适。

默认情况下，使用 -M 或 -MM 生成的规则的目标名就是源文件明，将后缀替换为 .o，如果希望使用其他的目标名，可以增加一个 -MT 参数，例如：

$ gcc -MM -MT target.o sample.c
target.o: sample.c header1.h header2.h

还有两个参数，-MD 和 -MMD，它们会让 GCC 在编译程序的同时生成依赖列表，并保存成文件。默认的文件名就是规则的目标，将后缀替换成 .d，如果要指定生成的文件名，可以使用参数 -MF。

还有一个非常有用的参数是 -MP，它会给每个依赖的头文件生成一条规则，内容为空，就像这样：

$ gcc -MM -MP -MT target.o sample.c
target.o: sample.c header1.h header2.h

header1.h:

header2.h:

生成这些多余的规则是非常有用的，如果删除了某些头文件而没有更新 Makefile，这些空规则可以避免因找不到头文件而报错退出。

自动化

用上面介绍的这些参数，能够自动生成依赖规则，但是仍然需要对每一个文件单独执行一遍。然而，若能和 Make 的模糊匹配结合起来，就可以实现真正的自动化管理。

GNU Make 支持规则的正则表达式匹配，例如：

%.o: %.c
    CC -c -o $@ $<

可以匹配所有 .c 文件生成 .o 文件的规则。如果在编译命令中加上 -MMD 参数，就能在编译的同时生成依赖列表文件：

%.o: %.c
    CC -c -MT $@ -MMD -MP -MF $*.d -o $@ $<

这样，在编译的同时，就会生成后缀名是 .d 的依赖文件。在 Makefile 文件末尾，可以用 include 命令包含这些依赖列表文件：

-include $(patsubst %, %.d, $(basename $(sources)))

其中变量 $(sources) 是全部的源文件，patsubst 函数的作用是将所有的源文件后缀名换成 .d，于是就成了刚刚生成的依赖列表文件。在 include 命令前加一个减号，可以避免找不到某个文件而报错。

用这种方法，执行 Make 的时候会自动寻找依赖文件，如果没有就会在编译的同时生成依赖文件。如果找到了依赖列表文件，就会自动包含在 Makefile 中。