编写一个make

一、简介

  How to make a "make"?在进行实现前,应该先对make有一个最基本的了解。这里稍作简介:当一个程序的源文件较少时,对其进行修改并重新生成可执行文件并不复杂,只要将这些文件名作为参数传递给编译器即可;当一个项目的源文件越来越多,对于源文件的修改,必然要重新生成一些中间文件。这时,如果把没有修改的源文件也重新编译,势必会浪费很多时间。make可以根据makefile文件提供的文件依赖,决定哪些中间文件需要重新编译,哪些不需要,从而节约了大量的时间。

  因此,实现make,需要提供的功能是:通过处理读入的makefile文件的内容,梳理文件依赖、并执行相应指令。以下分别介绍。包括自己编写的hash表以及一个测试用例,全部代码已托管至github:https://github.com/vvy/wmake

 

二、功能实现:makefile的分析和获得文件依赖

(1)makefile的基本格式

    来源:Makefiles in Linux: An Overview,Ciro Sisman Pereira

    图片来源:Makefiles in Linux: An Overview

  上图是一个makefile文件的一个单元,不考虑makefile中的变量,每个makefile都由这样的单元组成。其中:

  第一行,目标文件名,一个分隔的:号,以空格分隔的一连续的文件名。目标文件依赖于后面的所有文件。

  第二行至第N+1行,对应需要执行的命令。

  可以看出,文件分析的重点是这部分的第一行;后续的行直接执行对应的命令即可。第一行中指出了target是依赖于file1...fileN的,这个依赖关系是判断是否需要重新编译target的依据。如果filex比target新,那么意味着filex在生成target之后进行了改动,必须重新编译target。对于target不存在的情况,可以认为target是最旧的,也需要进行编译。

 

(2)文件新旧的依据:Linux时间戳

  正如(1)中提到的,判断时需要一个文件新旧的指标。makefile使用了时间戳(timestamp)的概念, 利用时间戳的先后判断哪个文件比较新,具体使用的就是修改时间这个指标,可以获得指定文件的修改时间。对于不存在的文件,则认为它的修改时间是最老的,也即0,总是比其他文件旧。这个函数可以写成:

time_t GetModifiedTimestamp(char *path)
{
    struct stat attr;
    if(stat(path,&attr) == -1)
        return 0;
    return attr.st_mtime;
}

  更多关于Linux时间戳的信息,可以参考:linux Makefile时间戳

 

(3)文件依赖的分析

  假如依赖只有一行,那么很简单,依次检查各个文件是否比目标文件新,然后就可以决定是否需要重新编译了。但实际中往往比较复杂,举个稍微简单点的例子:

#忽略依赖行下面的命令行
something : x y z
x : a b
y : b c
z : d e

  如果a更新了,make something时只需要重新编译x就行了;如果b更新了,make something时不仅需要重新编译x,还要重新编译y。上面的文件依赖可以表示为:

  

  可以看出,make时,需要检查所有与其有依赖的文件的时间戳,而这个过程是递归的。在这个图示的启发下,很容易想到使用图这一数据结构来表示文件依赖。结合实际情况,邻接链表表示的有向图比较合适。图中的结点代表了一个源文件或目标文件,也有可能是“clean”这样的单纯的命令。为了加快结点的插入和查找,使用hash表来存放各个结点是一个合适的选择。这相当于把哈希表和邻接表结合在了一起,即:哈希表存放代表文件的结点,结点的邻接表指向文件依赖中的其他结点。

  这时回到时间戳先后的分析问题,使用深度优先搜索算法(DFS),就可以递归地判断当前顶点的时间戳是否是最新的,如果不是,那么需要重新编译。在DFS这个递归过程中,所有需要更新的结点都会通过重新编译变成最新的,而源文件代表的结点没有邻接结点,不必更新。同时DFS还能找出这个有向图中是否有环,有环时,文件依赖非法,不执行任何动作。使用DFS判断有向图是否有环可以参考《算法导论(第二版)》22.3节“深度优先搜索”中“边的分类”和22.4节“拓扑排序”的引理22.11。同时要注意,这里用了DFS的一个特性:在退出一个结点时才标记为BLACK,这时才与它的后续结点中时间戳最新的进行比较。

  有向图中需要区分两种结点:目标文件结点(含clean)和源文件结点。前者存在文件依赖,并且需要执行一行或多行命令;后者不存在文件依赖,不需要执行命令。因此结点的结构体为:

struct vertex_t{
    char*             filename;
    char**            command; //lines of command(s)
    time_t            timestamp;
    int               isbase;
    int               color; //for dfs
    struct adjlist_t *adj;
};
typedef struct vertex_t vertex_s;

  而邻接表为:

struct adjlist_t{
    struct vertex_t *v;
    struct adjlist_t* next;
};
typedef struct adjlist_t adjlist_s;

  对于hash表的数据结构这里不详细解释了,我为wmake编写的hash表可以直接作为库来使用。

 

三、功能实现:执行命令

  这里的命令,是指输入"make XXX"时执行"XXX : ..."的下一行或多行命令。一开始我本想使用与手把手教你编写一个具有基本功能的shell(已开源)一文中类似的方法对命令行进行分析,不过发现了如果不提供对正则表达式的支持,有个致命的缺点:形如*.c这样的文件名无法通过exec()族函数执行,这将导致make clean中常见的"rm *.o"命令无法运行。因此,这里直接使用system()系统调用来执行对应的文本行即可。

 

四、测试

(1)基本测试

  测试的内容是多行命令、“make clean”

  为了避免冲突,我把这个程序所使用的“makefile”设定为"wmakefile",其内容为

total : 1.o 2.c 2.h 1.h
    gcc 1.o 2.c -o total

1.o : 1.h 1.c hello.c
    gcc -c 1.c -o 1.o
    gcc hello.c -o hello

clean :
    rm -f *.o total

  执行“./wmake”以及ls,可以看到相关的文件已经生成,并能正确执行。

  执行“./wmake clean”,相应地执行了rm命令。

(2)有环的文件依赖

  使用有环的wmakefile,wmake提示有环,退出。

(3)不存在生成规则

  执行“./wmake XXX”,提示不存在生成规则,退出。

 

参考资料:

Makefiles in Linux: An Overview

linux Makefile时间戳

posted @ 2013-11-22 17:34  五岳  阅读(2506)  评论(0编辑  收藏  举报
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