自动化构建与进度显示：全面解读 make 与 Makefile

make 和 makefile 是 Linux/Unix 开发环境中用于自动化构建的强大工具，尤其在多文件编译的项目中，用于管理文件之间的依赖关系和构建规则。通过定义编译规则，Make工具可以根据源文件的更新情况，自动决定哪些部分需要重新编译，从而提高开发效率。

Make

make 是一个自动化构建工具，通过解析 makefile 文件中的规则，管理项目的构建流程。它的主要功能是根据源文件的修改情况，自动更新目标文件，避免手动输入复杂的编译命令。

make 的主要功能

1. 自动化构建：通过规则定义编译、链接等步骤，减少重复操作。
2. 增量编译：仅编译发生变化的文件，优化构建时间。
3. 灵活性：支持复杂的依赖关系和自定义任务。

使用 make 工具

执行 make 命令时，make 会自动查找当前目录下的 Makefile 或 makefile 文件，并根据文件中的规则执行第一条命令（其余的需要显示调用）：

make

Makefile 的基本结构

Makefile 是定义构建规则的文件，其核心部分是规则描述。每一条规则的基本格式如下：

Target : Dependencies
	Command

• 目标（Target）：需要生成的文件或任务。
• 依赖项（Dependencies）：生成目标所需的文件或条件。
• 命令（Command）：实现目标的具体操作，需以Tab键开头。

简单示例

code:code.c
	gcc code.c -o code

.PHONY:clean
clean:
	rm -f code

具体说明：

• code 是需要生成的可执行文件，其生成需要依赖 code.c 文件，通过 gcc code.c -o code 生成。
• clean 的作用是清理生成的 code 文件，但是没有直接跟 code 关联，需要显示调用 make clean 来清除 code 以便重新编译。
• .PHONY 修饰 clean ，clean 就会成为伪目标，伪目标是指不对应具体文件的目标，常用于定义清理任务或其他辅助操作，其特性就是总是能够被执行，原因在于 .PHONY 让 make 忽略源文件和可执行文件的 Modify 时间

补充：

文件的相关时间有3个，可以通过 start 来查看。

• 访问时间 (Access Time)：表示文件内容最近一次被访问的时间。
• 修改时间 (Modification Time)：表示文件内容最近一次被修改的时间。
• 状态更改时间 (Change Time)：表示文件属性最近一次发生更改的时间。

补充：

执行 make 时，code 被编译成 code.c ，之后当文件内容没有发生更改时，是无法再次 make 的，这是通过比较 code.c 与 code 的修改时间 (Modification Time) 来做到的，当 code.c 的修改时间早于 code 的修改时间时就无法再次 make 。

而.PHONY 的作用就是让 make 忽略源文件和可执行文件的 Modify 时间，哪怕文件没有修改就可以执行 make 。

进阶示例

makefile 支持变量的定义，便于规则复用和代码维护。变量的值可以在定义时赋值，也可以在命令行传入；也提供了一些自动变量，用于简化规则中的目标和依赖项引用。

# 定义变量
CC = gcc
TARGET = main
OBJS = main.o utils.o

# 默认目标
$(TARGET): $(OBJS)
	$(CC) -o $@ $^

# 自动生成目标文件
%.o: %.c
	$(CC) -c $< -o $@ 

# 清理目标
.PHONY: clean
clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

• \$(CC) ：变量CC的值，其他变量同理。
• $@ ：当前规则的目标文件名。
• $< ：当前规则的第一个依赖项。
• $^ ：当前规则的所有依赖项。
• %.o: %.c ：所有的.o文件都可以通过对应的.c文件生成

Make 和 Makefile 的优缺点

优点

1. 自动化构建：减少手动输入编译命令的重复劳动。
2. 高效增量编译：仅重新编译必要的文件。
3. 灵活性高：支持多种任务自动化，如清理、打包、测试等。
4. 易扩展：通过变量和规则，支持复杂项目管理。

缺点

1. 语法简洁但不直观：规则书写需要严格遵守语法格式（如Tab开头）。
2. 大型项目维护难度较大：需要搭配其他工具（如CMake ）简化管理。

倒计时与进度条程序

倒计时

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int i = 10;		// 初始化计数器 i 为 10
    while(i >= 0)	// 当 i 大于等于 0 时，进入循环
    {
        printf("%-2d\r", i);     // 使用 %-2d 格式化输出 i，左对齐，保证占用 2 个字符的宽度，并且在输出后添加回车符 \r
        fflush(stdout);         // 刷新输出缓冲区，强制将数据立即输出到屏幕上
        i--;	// i 每次递减 1
        sleep(1);	// 程序暂停 1 秒
    }
    return 0;
}

代码解析：

1. %-2d：在 printf 中，%-2d 是用来打印整数的格式化字符串。%-2d 表示将数字左对齐并且占用至少 2 个字符的宽度。假设 i 是个位数时，输出会带有一个空格，如 1、 2 等。这样保证打印数字时，光标位置不会被打乱。、
2. \r：回车符 \r 的作用是将光标移动到当前行的最前面。因此，每次打印一个新的数字后，光标会回到行首，覆盖之前打印的数字，达到每次更新显示数字的效果。
3. fflush(stdout)：printf 输出通常是缓冲输出，也就是说数据会先保存在缓冲区中，直到缓冲区满或者程序结束时才会输出。为了确保每次打印的数字能够立即显示在屏幕上，使用 fflush(stdout) 强制刷新缓冲区。
4. sleep(1)：sleep(1) 使得程序每次打印数字后会暂停 1 秒，形成倒计时的效果。

进度条

#define NUM 101
#define STYLE '#'
double total = 1024.0;      //总下载量(1024 MB)
double speed = 1.0;         //下载速度 (每次增加 1MB)

void process_v2(double cur)
{
    char buffer[NUM];	// 用于存储进度条的字符数组
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));	// 初始化数组，将所有元素置为 0
    const char* lable = "|/-\\";	// 动态指示器（显示的符号）
    int len = strlen(lable);	// `lable` 字符串的长度（4）

    static int cnt = 0;		// 静态变量，记录动态符号的位置
    cnt %= len;		// 每次更新时，cnt 取值为 0~3，用来循环显示 `|/-\`
    int num = (int)cur * 100 / total;	// 当前下载进度的百分比
    int i = 0;		// 根据当前进度填充进度条
    for(;i < num;++i)
        buffer[i] = STYLE;
    double rate = cur / total;	// 计算当前进度的比例
    printf("[%-100s][%.1lf%%][%c]\r", buffer, rate * 100, lable[cnt]);	// 输出进度条、百分比和动态符号
    fflush(stdout);		// 刷新输出缓冲区，确保立即显示
    cnt++;	// 更新动态符号的索引
}

void DownLoad()
{
    double cur = 0;         // 当前下载量初始化为 0
    while(cur <= total)		// 当下载量小于等于总下载量时，持续更新进度条
    {
        process_v2(cur);	// 调用 process_v2 更新进度条
        usleep(5000);	// 暂停 5 毫秒，模拟下载过程
        cur += speed;	 // 每次增加 1MB
    }
    printf("\ndownload %.2lfMB Done\n", cur);	// 下载完成后输出提示信息
}

int main()
{ 
    DownLoad();		// 启动下载过程
    return 0;
}

代码解析：

1. 常量和变量定义
   • NUM 是定义的进度条长度（101 个字符）。
   • STYLE 是进度条中用来表示已下载部分的符号（#）。
   • total 表示总下载量（1024 MB）。
   • speed 定义了每次增加的下载量（1 MB），表示每次下载的增量。
2. process_v2 函数
   • 进度条缓冲区：buffer 数组用于存储进度条的显示状态，长度为 NUM（101）。
   • 动态符号：lable 字符串包含 4 个字符 |, /,-, \，通过变量 cnt 控制这些字符的循环显示，给人一种“加载中”的感觉。
   • 下载进度计算：num = (int)(cur * 100 / total) 计算当前下载量 cur 相对于总下载量 total 的百分比，然后用这个百分比来填充进度条。
   • 输出格式：通过 printf 输出格式化的进度条，%-100s 表示左对齐且占据 100 个字符的空间，%.1lf%% 显示进度百分比，[%c] 显示动态字符。
   • 刷新输出：fflush(stdout) 确保每次进度条输出后立即刷新，避免缓冲区延迟输出。
3. DownLoad 函数
   • 下载过程：cur 是当前已下载的量，初始值为 0。while(cur <= total) 循环执行，直到下载量达到总量 total。
   • 进度更新：每次循环调用 process_v2(cur) 更新进度条，并暂停 5 毫秒（usleep(5000)），然后增加下载量。
   • 下载完成：当 cur 超过 total 后，跳出循环并打印下载完成信息。

该程序会动态显示一个进度条，模拟下载进程。屏幕输出会类似如下：

[##########################################----------------------------------------][50.0%][|]
[####################################################------------------------------][70.0%][-]
[###############################################################------------------][90.0%[\]
[##################################################################################][100.0%]\]
download 1024.00MB Done

Have a good day😏

See you next time, guys!😁✨🎞