Linux下使用autoconf和automake產生Makefile

作為Linux下的程式開發人員，一定都遇到過Makefile，用make命令來編譯自己寫的程式確實是很方便。一般情況下，大家都是手工寫一個簡單Makefile，如果要想寫出一個符合自由軟體慣例的Makefile就不那麼容易了. 在本文中，將介紹如何使用autoconf和automake兩個工具來協助我們自動地產生符合自由軟體慣例的Makefile，這樣就可以象常見的GNU程式一樣，只要使用“./configure”，“make”，“make instal”就可以把程式安裝到Linux系統中去了。這將特別適合想做開放原始碼軟體的程式開發人員，又或如果你只是自己寫些小的Toy程式，那麼這個文章對你也會有很大的協助。

一、Makefile介紹

　　Makefile是用於自動編譯和連結的，一個工程有很多檔案組成，每一個檔案的改變都會導致工程的重新連結，但是不是所有的檔案都需要重新編譯，Makefile中紀錄有檔案的資訊，在make時會決定在連結的時候需要重新編譯哪些檔案。

　　Makefile的宗旨就是：讓編譯器知道要編譯一個檔案需要依賴其他的哪些檔案。當那些依賴檔案有了改變，編譯器會自動的發現最終的組建檔案已經過時，而重新編譯相應的模組。

　　Makefile的基本結構不是很複雜，但當一個程式開發人員開始寫Makefile時，經常會懷疑自己寫的是否符合慣例，而且自己寫的Makefile經常和自己的開發環境相關聯，當系統內容變數或路徑發生了變化後，Makefile可能還要跟著修改。這樣就造成了手工書寫Makefile的諸多問題，automake恰好能很好地協助我們解決這些問題。

　　使用automake，程式開發人員只需要寫一些簡單的含有預定義宏的檔案，由autoconf根據一個宏檔案產生configure，由automake根據另一個宏檔案產生Makefile.in，再使用configure依據Makefile.in來產生一個符合慣例的Makefile。下面我們將詳細介紹Makefile的automake產生方法。

二、使用的環境

　　本文所提到的程式是基於Linux發行版本：Linux  2.6.18-194.el5，它包含了我們要用到的autoconf，automake。如果沒有的話，可以自行下載autoconf和automake。

三、從helloworld入手

　　我們從大家最常使用的例子程式helloworld開始。

　　下面的過程如果簡單地說來就是：

　　建立三個檔案：　　helloworld.c　　configure.in　　Makefile.am

　　然後執行：autoscan; aclocal; autoconf; automake --add-missing; ./configure; make; ./helloworld;

　　就可以看到Makefile被產生出來，而且可以將helloworld.c編譯通過。很簡單吧，幾條命令就可以做出一個符合慣例的Makefile，感覺如何呀。現在開始介紹詳細的過程：

1、建目錄
　　在你的工作目錄下建一個helloworld目錄，我們用它來存放helloworld程式及相關檔案，如在/home/my/build下：

$ mkdir helloword

$ cd helloworld

2、 helloworld.c
　　然後用你自己最喜歡的編輯器寫一個hellowrold.c檔案，如命令：vi helloworld.c。使用下面的代碼作為helloworld.c的內容。

        #include <stdio.h>

　　int main(int argc, char** argv)
　　{
　　printf("Hello, Linux World! ");
　　return 0;
　　} 

　　完成後儲存退出。現在在helloworld目錄下就應該有一個你自己寫的helloworld.c了。

3、產生configure

　　我們使用autoscan命令來協助我們根據目錄下的原始碼產生一個configure.in的模板檔案。
　　命令：
　　$ autoscan
　　$ ls
　　configure.scan helloworld.c 
　　執行後在hellowrold目錄下會產生一個檔案：configure.scan，我們可以拿它作為configure.in的藍本。

4，產生configure.in
　 現在將configure.scan改名為configure.in，並且編輯它，按下面的內容修改，去掉無關的語句：
Code
============================configure.in內容開始=========================================

# -*- Autoconf -*-

# Process this file with autoconf to produce a configure script.
AC_INIT(helloworld.c)
AM_INIT_AUTOMAKE(helloworld, 1.0)
# Checks for programs.
AC_PROG_CC
# Checks for libraries.
# Checks for header files.
# Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics.
# Checks for library functions.
AC_OUTPUT(Makefile)
============================configure.in內容結束=========================================

5 執行aclocal和autoconf
　　然後執行命令aclocal和autoconf，分別會產生aclocal.m4及configure兩個檔案：
Code
        $ aclocal
　　$ls
　　aclocal.m4 configure.in helloworld.c
　　$ autoconf
　　$ ls
　　aclocal.m4 autom4te.cache configure configure.in helloworld.c

　　大家可以看到configure.in內容是一些宏定義，這些宏經autoconf處理後會變成檢查系統特性、環境變數、軟體必須的參數的shell指令碼。
　　autoconf 是用來產生自動設定軟體原始碼指令碼（configure）的工具。configure指令碼能獨立於autoconf運行，且在啟動並執行過程中，不需要使用者的幹預。
　　要產生configure檔案，你必須告訴autoconf如何找到你所用的宏。方式是使用aclocal程式來產生你的aclocal.m4。
　　aclocal根據configure.in檔案的內容，自動產生aclocal.m4檔案。aclocal是一個perl 指令碼程式，它的定義是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。
　　autoconf從configure.in這個列舉編譯軟體時所需要各種參數的模板檔案中建立configure。
　　autoconf需要GNU m4宏處理器來處理aclocal.m4，產生configure指令碼。
　　m4是一個宏處理器。將輸入拷貝到輸出，同時將宏展開。宏可以是內嵌的，也可以是使用者定義的。除了可以展開宏，m4還有一些內建的函數，用來引用檔案，執行命令，整數運算，文本操作，迴圈等。m4既可以作為編譯器的前端，也可以單獨作為一個宏處理器.

6、建立Makefile.am
　　建立Makefile.am檔案，命令：$ vi Makefile.am 
　　內容如下:
Code:
AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
bin_PROGRAMS=helloworld
helloworld_SOURCES=helloworld.c

　　automake會根據你寫的Makefile.am來自動產生Makefile.in。Makefile.am中定義的宏和目標,會指導automake產生指定的代碼。例如，宏bin_PROGRAMS將導致編譯和串連的目標被產生。

7、運行automake
　　命令：
Code:
$ automake --add-missing
configure.in: installing `./install-sh'
configure.in: installing `./mkinstalldirs'
configure.in: installing `./missing'
Makefile.am: installing `./depcomp'

　　automake會根據Makefile.am檔案產生一些檔案，包含最重要的Makefile.in。

8、執行configure產生Makefile
Code:
$ ./configure
checking for a BSD-compatible install /usr/bin/install -c
checking whether build environment is sane yes
checking for gawk gawk
checking whether make sets $(MAKE) yes
checking for gcc gcc
checking for C compiler default output a.out
checking whether the C compiler works yes
checking whether we are cross compiling no
checking for suffix of executables
checking for suffix of object files o
checking whether we are using the GNU C compiler yes
checking whether gcc accepts -g yes
checking for gcc option to accept ANSI C none needed
checking for style of include used by make GNU
checking dependency style of gcc gcc3
configure: creating ./config.status
config.status: creating Makefile
config.status: executing depfiles commands
$ ls -l Makefile
-rw-rw-r-- 1 yutao yutao 15035 Oct 15 10:40 Makefile 
你可以看到，此時Makefile已經產生出來了。

9、使用Makefile編譯代碼
Code
$ make
if gcc -DPACKAGE_NAME="" -DPACKAGE_TARNAME="" -DPACKAGE_VERSION="" -
DPACKAGE_STRING="" -DPACKAGE_BUGREPORT="" -DPACKAGE="helloworld" -DVERSION="1.0"
-I. -I. -g -O2 -MT helloworld.o -MD -MP -MF ".deps/helloworld.Tpo"
-c -o helloworld.o `test -f 'helloworld.c' || echo './'`helloworld.c;
then mv -f ".deps/helloworld.Tpo" ".deps/helloworld.Po";
else rm -f ".deps/helloworld.Tpo"; exit 1;
fi
gcc -g -O2 -o helloworld helloworld.o

10， 運行helloworld
Code
$ ./helloworld
Hello, Linux World!

　　這樣helloworld就編譯出來了，你如果按上面的步驟來做的話，應該也會很容易地編譯出正確的helloworld檔案。你還可以試著使用一些其他的make命令，如make clean，make install，make dist，看看它們會給你什麼樣的效果。感覺如何？自己也能寫出這麼專業的Makefile，老闆一定會對你刮目相看。

四、深入淺出

　　針對上面提到的各個命令，我們再做些詳細的介紹。
1、 autoscan
　　autoscan是用來掃描原始碼目錄產生configure.scan檔案的。autoscan可以用目錄名做為參數，但如果你不使用參數的話，那麼autoscan將認為使用的是目前的目錄。autoscan將掃描你所指定目錄中的源檔案，並建立configure.scan檔案。
2、 configure.scan
　　configure.scan包含了系統配置的基本選項，裡面都是一些宏定義。我們需要將它改名為configure.in
3、 aclocal
　　aclocal是一個perl 指令碼程式。aclocal根據configure.in檔案的內容，自動產生aclocal.m4檔案。aclocal的定義是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。
4、 autoconf
　　使用autoconf，根據configure.in和aclocal.m4來產生configure檔案。configure是一個指令碼，它能設定來源程式來適應各種不同的作業系統平台，並且根據不同的系統來產生合適的Makefile，從而可以使你的原始碼能在不同的作業系統平台上被編譯出來。
　　configure.in檔案的內容是一些宏，這些宏經過autoconf 處理後會變成檢查系統特性、環境變數、軟體必須的參數的shell指令碼。configure.in檔案中的宏的順序並沒有規定，但是你必須在所有宏的最前面和最後面分別加上AC_INIT宏和AC_OUTPUT宏。
　　在configure.ini中：
　　#號表示注釋，這個宏後面的內容將被忽略。
　　AC_INIT(FILE)　這個宏用來檢查原始碼所在的路徑。
　　AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION)　這個宏是必須的，它描述了我們將要產生的軟體包的名字及其版本號碼：PACKAGE是軟體包的名字，VERSION是版本號碼。當你使用make dist命令時，它會給你產生一個類似helloworld-1.0.tar.gz的軟體發行包，其中就有對應的軟體包的名字和版本號碼。
　　AC_PROG_CC　　這個宏將檢查系統所用的C編譯器。
　　AC_OUTPUT(FILE)　　這個宏是我們要輸出的Makefile的名字。
　　我們在使用automake時，實際上還需要用到其他的一些宏，但我們可以用aclocal 來幫我們自動產生。執行aclocal後我們會得到aclocal.m4檔案。
　　產生了configure.in和aclocal.m4 兩個宏檔案後，我們就可以使用autoconf來產生configure檔案了。
5、 Makefile.am
　　Makefile.am是用來產生Makefile.in的，需要你手工書寫。Makefile.am中定義了一些內容：
　　AUTOMAKE_OPTIONS　　這個是automake的選項。在執行automake時，它會檢查目錄下是否存在標準GNU軟體包中應具備的各種檔案，例如AUTHORS、ChangeLog、NEWS等檔案。我們將其設定成foreign時，automake會改用一般軟體包的標準來檢查。
　　bin_PROGRAMS　　這個是指定我們所要產生的可執行檔的檔案名稱。如果你要產生多個可執行檔，那麼在各個名字間用空格隔開。
　　helloworld_SOURCES　　這個是指定產生“helloworld”時所需要的原始碼。如果它用到了多個源檔案，那麼請使用空格符號將它們隔開。比如需要helloworld.h，helloworld.c那麼請寫成helloworld_SOURCES= helloworld.h helloworld.c。
　　如果你在bin_PROGRAMS定義了多個可執行檔，則對應每個可執行檔都要定義相對的filename_SOURCES。
6、 automake
　　我們使用automake，根據configure.in和Makefile.am來產生Makefile.in。
　　選項--add-missing的定義是“add missing standard files to package”，它會讓automake加入一個標準的軟體包所必須的一些檔案。
　　我們用automake產生出來的Makefile.in檔案是符合GNU Makefile慣例的，接下來我們只要執行configure這個shell 指令碼就可以產生合適的 Makefile 檔案了。
7、 Makefile
　　在符合GNU Makefiel慣例的Makefile中，包含了一些基本的預先定義的操作：
　　make　　根據Makefile編譯原始碼，串連，產生目標檔案，可執行檔。
　　make clean　　清除上次的make命令所產生的object檔案（尾碼為“.o”的檔案）及可執行檔。
　　make install　　將編譯成功的可執行檔安裝到系統目錄中，一般為/usr/local/bin目錄。
　　make dist　　產生髮布軟體包檔案（即distribution package）。這個命令將會將可執行檔及相關檔案打包成一個tar.gz壓縮的檔案用來作為發布軟體的軟體包。它會在目前的目錄下產生一個名字類似“PACKAGE-VERSION.tar.gz”的檔案。PACKAGE和VERSION，是我們在configure.in中定義的AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION)。
　　make distcheck　　產生發布軟體包並對其進行測試檢查，以確定發布包的正確性。這個操作將自動把壓縮包檔案解開，然後執行configure命令，並且執行make，來確認編譯不出現錯誤，最後提示你軟體包已經準備好，發行就緒了。
　　make distclean　　類似make clean，但同時也將configure產生的檔案全部刪除掉，包括Makefile。

五、過程圖示

六、結束語

　　通過上面的介紹，你應該可以很容易地產生一個你自己的符合GNU慣例的Makefile檔案及對應的專案檔。如果你想寫出更複雜的且符合慣例的Makefile，你可以參考一些開放代碼的項目中的configure.in和Makefile.am檔案，比如：嵌入式資料庫sqlite，單元測試cppunit。