linux下使用autoconf和automake產生Makefile原理詳解

身為Linux下的程式開發人員，一定都遇過Makefile，用make指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兩個工具來幫助我們自動地產生符合自由軟體慣例的Makefile，這樣就可以像常見的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程序，那麼這篇文章對你也會有很大的幫助。

一、Makefile介紹

Makefile是用於自動編譯和鏈接的，一個工程有很多文件組成，每一個文件的改變都會導致工程的重新鏈接，但是不是所有的文件都需要重新編譯，Makefile中紀錄有檔案的訊息，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生成檔已經過時，而重新編譯對應的模組。

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，常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，當系統環境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剛好能很好地幫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文件，由autoconf根據一個宏文件生成configure，由automake根據另一個宏文件生成Makefile.in，再使用configure依據Makefile.in來產生一個符合慣例的Makefile。以下我們將詳細介紹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：Fedora Core release 1，它包含了我們要用到的autoconf，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：

新建三個檔案：

helloworld.c　　configure.in　　Makefile.am

然後依次執行：

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，幾個指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程式及相關文件，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文件，例如命令：vi helloworld.c。使用下面的程式碼作為helloworld.c的內容。

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

完成後保存退出。現在在helloworld目錄下就應該要有一個你自己寫的helloworld.c了。

3、產生configure

我們使用autoscan指令來幫助我們根據目錄下的原始碼產生一個configure.in的範本檔案。

指令：

$ autoscan
$ ls
configure.scan helloworld.c

執行後在hellowrold目錄下會產生一個檔案：configure.scan，我們可以拿它來當configure.in的藍本。

4，產生configure.in

現在將configure.scan改名為configure.in，編輯它，按下面的內容修改，去掉無關的語句：

Code
============================configure.in内容开始=========================================
# -*- 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内容结束=========================================

5 執行aclocal和autoconf

和autoconf，分別會產生aclocal.m4及configure兩個檔案：

$ 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腳本。

autoconf 是用来生成自动配置软件源代码脚本（configure）的工具。configure脚本能独立于autoconf运行，且在运行的过程中，不需要用户的干预。

要生成configure文件，你必须告诉autoconf如何找到你所用的宏。方式是使用aclocal程序来生成你的aclocal.m4。

aclocal根据configure.in文件的内容，自动生成aclocal.m4文件。aclocal是一个perl 脚本程序，它的定义是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。

autoconf从configure.in这个列举编译软件时所需要各种参数的模板文件中创建configure。

autoconf需要GNU m4宏处理器来处理aclocal.m4，生成configure脚本。

m4是一个宏处理器。将输入拷贝到输出，同时将宏展开。宏可以是内嵌的，也可以是用户定义的。除了可以展开宏，m4还有一些内建的函数，用来引用文件，执行命令，整数运算，文本操作，循环等。m4既可以作为编译器的前端，也可以单独作为一个宏处理器.

6、新建Makefile.am

新建Makefile.am文件，命令：$ vi Makefile.am

内容如下:

AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
bin_PROGRAMS=helloworld
helloworld_SOURCES=helloworld.c

automake会根据你写的Makefile.am来自动生成Makefile.in。Makefile.am中定义的宏和目标,会指导automake生成指定的代码。例如，宏bin_PROGRAMS将导致编译和连接的目标被生成。

7、运行automake

命令：

$ automake --add-missing
configure.in: installing `./install-sh'
configure.in: installing `./mkinstalldirs'
configure.in: installing `./missing'
Makefile.am: installing `./depcomp'

automake会根据Makefile.am文件产生一些文件，包含最重要的Makefile.in。

8、执行configure生成Makefile

$ ./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，此时Makefile已经产生出来了。

9、使用Makefile编译代码

$ 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， 运行helloworld

$ ./helloworld
Hello, Linux World!

这样helloworld就编译出来了，你如果按上面的步骤来做的话，应该也会很容易地编译出正确的helloworld文件。你还可以试着使用一些其他的make命令，如make clean，make install，make dist，看看它们会给你什么样的效果。感觉如何？自己也能写出这么专业的Makefile，老板一定会对你刮目相看。

四、深入浅出

针对上面提到的各个命令，我们再做些详细的介绍。

1、 autoscan

autoscan是用来扫描源代码目录生成configure.scan文件的。autoscan可以用目录名做为参数，但如果你不使用参数的话，那么autoscan将认为使用的是当前目录。autoscan将扫描你所指定目录中的源文件，并创建configure.scan文件。

2、 configure.scan

configure.scan包含了系统配置的基本选项，里面都是一些宏定义。我们需要将它改名为configure.in

3、 aclocal

aclocal是一个perl 脚本程序。aclocal根据configure.in文件的内容，自动生成aclocal.m4文件。aclocal的定义是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。

4、 autoconf

使用autoconf，根据configure.in和aclocal.m4来产生configure文件。configure是一个脚本，它能设置源程序来适应各种不同的操作系统平台，并且根据不同的系统来产生合适的Makefile，从而可以使你的源代码能在不同的操作系统平台上被编译出来。

configure.in文件的内容是一些宏，这些宏经过autoconf 处理后会变成检查系统特性、环境变量、软件必须的参数的shell脚本。configure.in文件中的宏的顺序并没有规定，但是你必须在所有宏的最前面和最后面分别加上AC_INIT宏和AC_OUTPUT宏。

在configure.ini中：

#号表示注释，这个宏后面的内容将被忽略。

AC_INIT(FILE)　这个宏用来检查源代码所在的路径。

AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION)　這個巨集是必須的，它描述了我們將要產生的軟體包的名字及其版本號：PACKAGE是軟體包的名字，VERSION是版本號。當你使用make dist指令時，它會為你產生一個類似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使用的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。

產生了configure.in和aclocal.m4 兩個巨集檔案後，我們就可以使用autoconf來產生configure檔了。

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文件，例如AUTHORS、ChangeLog、NEWS等文件。當我們將其設定成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名。如果你要產生多個可執行文件，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。如果它用到了多個來源文件，那麼請使用空格符號將它們分開。例如需要helloworld.h，helloworld.c那請寫成helloworld_SOURCES= helloworld.h helloworld.c。

如果你在bin_PROGRAMS定義了多個可執行文件，則對應每個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文件。

我們用automake產生出來的Makefile.in檔是符合GNU Makefile慣例的，接下來我們只要執行configure這個shell 腳本就可以產生合適的Makefile 檔了。

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，連接，產生目標文件，可執行檔。

make clean　　清除上次的make指令所產生的object檔案（後綴為「.o」的檔案）及可執行檔。

make install　　將編譯成功的執行檔安裝到系統目錄中，一般為/usr/local/bin目錄。

make dist　　產生發佈軟體套件檔案（即distribution package）。這個指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佈軟體的軟體包。它會在目前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　　產生發佈軟體包並對其進行測試檢查，以確定發布包的正確性。這個操作會自動把壓縮包檔解開，然後執行configure指令，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，可以發佈了。
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

透過上面的介紹，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程式碼的專案中的configure.in和Makefile.am文件，例如：嵌入式資料庫sqlite，單元測試cppunit。