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Makefile 自动生成 - 三种目录结构

发表于 更新于 分类于

2015年12月22日 14:48:52

这个标题《Makefile 自动生成》 8 号立的，拖到今天刚好两周。ps 2017/8/24 14:04:25 删改了 2/3 的内容，改为现在的标题。

一方面因为最近在忙别的工作，整理数据库表结构的；另一方面，是直到今天，对于自动生成 Makefile 操作依旧懵懵懂懂，在实际项目中无法使用，还是自己手动写 Makefile 文件。下面进入主题。

Makefile 自动生成，实际项目中接触到的工具有：easymake、cmake 和 autotools。 在这里只整理 autotools。

autotools 作为重点学习，所以发现了很多篇不错的帖子。

  1. 编译利器：大型项目如何使用Automake和Autoconf完成编译配置(ver+0.6) 内容很棒，却找不到好的排版，将其摘入自己博客
  2. 概念：GNU构建系统和Autotool、实践：GNU构建系统 作者整理的真心不错，专业功底、语言描述、文章结构都很赞；
  3. 使用autotools生成Makefile学习笔记 不能当做一篇学习的帖子，其“常用功能分析”一节可以作为参考手册，认清知识点

引子

无论是在 Linux 还是在 Unix 环境中，make 都是一个非常重要的编译命令。不管是自己进行项目开发还是安装应用软件，我们都经常要用到 make 或 make install。利用 make 工具，我们可以将大型的开发项目分解成为多个更易于管理的模块，对于一个包括几百个源文件的应用程序，使用 make 和 makefile 工具就可以轻而易举的理顺各个源文件之间纷繁复杂的相互关系。

但是如果通过查阅 make 的帮助文档来手工编写 Makefile,对任何程序员都是一场挑战。幸而有 GNU 提供的 Autoconf + Automake 这两套工具使得编写 makefile 不再是一个难题。

本文将介绍如何利用 GNU Autoconf + Automake 这两套工具来协助我们自动产生 Makefile 文件，并且让开发出来的软件可以像大多数源码包那样，只需”./configure”, “make”,”make install” 就可以把程序安装到系统中。

以下文字转载自：运用 Autoconf 和 Automake 生成 Makefile 的学习之路 ，原作者的几处笔误已改正，除此之外，重写第七、八、十节，新添第十一节 放弃作者第六、七、八、十节。这篇帖子的评论也值得一看。

niel 2017/8/24 8:53:09 补充，再次学习 autotools 时，发现作者写的全都是皮毛。七、八、十节作者纯粹是强行凑字数，估计作者自己就没弄懂——没说到点上不说，好几处地方说的似是而非——初学者看了反而增加学习难度，甚至误入歧途。我在作者基础上重新整理的这三节，当时表述起来就觉得困难，整理完依旧是不清不楚，现在看来根本原因就在于毫无理解，全文都是在介绍表面功夫，一点点原理的东西都没讲。

niel 最让人难以忍受的是，看完作者的帖子，你发现你只会例子，做不到举一反三，稍微复杂点的项目（比如使用动态库、配置文件的存放）就无从下手。因为使用 autotools 的关键——怎么编写 configure.ac 和 Makefile.am——作者根本就没讲（没讲明白和没讲等价），从网上滥竽充数的各种帖子里生拉硬拽凑了第七、八、十节，作者自己都不会写 configure.ac、Makefile.am，给我们讲个毛线啊

网上有很多帖子都参考了 IBM 的例解 autoconf 和 automake 生成 Makefile 文件，但相比上面这篇帖子就显得很一般了，只是平台好罢了！

概念介绍

Makefile

makefile 用来定义整个工程的编译规则。一个工程中的源文件计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile 定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作，因为 makefile 就像一个 Shell 脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。
　　
makefile 带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个 make 命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。make 是一个命令工具，是一个解释 makefile 中指令的命令工具，一般来说，大多数的 IDE 都有这个命令，比如：Delphi 的 make，Visual C++ 的 nmake，Linux 下 GNU 的 make。可见，makefile 都成为了一种在工程方面的编译方法。

Autoconf

Autoconf 是一个用于生成可以自动地配置软件源码包，用以适应多种UNIX类系统的 shell 脚本（即 configure）工具。由 Autoconf 生成的配置脚本在运行的时候与 Autoconf 是无关的， 就是说配置脚本的用户并不需要拥有 Autoconf。

对于每个使用了 Autoconf 的软件包，Autoconf 从一个列举了该软件包需要的，或者可以使用的系统特征的列表的模板文件中生成配置脚本。在 shell 代码识别并响应了一个被列出的系统特征之后，Autoconf 允许多个可能使用（或者需要）该特征的软件包共享该特征。 如果后来因为某些原因需要调整 shell 代码，就只要在一个地方进行修改； 所有的配置脚本都将被自动地重新生成以使用更新了的代码。

Automake

Automake 是一个从 “Makefile.am”文件自动生成 “Makefile.in” 的工具。每个“Makefile.am”基本上是一系列 make 的宏定义 （make 规则也会偶尔出现）。生成的“Makefile.in”服从 GNU Makefile 标准。GNU Makefile 标准文档长、复杂，而且会发生改变。Automake 的目的就是解除个人 GNU 维护者维护 Makefile 的负担 （并且让 Automake 的维护者来承担这个负担）。典型的 Automake 输入文件是一系列简单的宏定义。处理所有这样的文件以创建 “Makefile.in”。在一个项目（project）的每个目录中通常包含一个 “Makefile.am”。Automake 在几个方面对一个项目做了限制；例如它假定项目使用 Autoconf 并且对 “configure.in”的内容施加了某些限制。

Automake 支持三种目录层次： “flat”、“shallow”和“deep”。

  • 一个 flat（平）包指的是所有文件都在一个目录中的包。为这类包提供的“Makefile.am” 缺少宏 SUBDIRS。这类包的一个例子是 termutils。
  • 一个deep（深）包指的是所有的源代码都被储存在子目录中的包；顶层 目录主要包含配置信息。GNU cpio 是这类包的一个很好的例子，GNU tar 也是。deep包的顶层“Makefile.am”将包括宏SUBDIRS，但没有其它定义需要创建的对象的宏。
  • 一个shallow（浅）包指的是主要的源代码储存在顶层目录中，而 各个部分（典型的是库）则储存在子目录中的包。Automake 本身就是这类包（GNU make 也是如此，它现在已经不使用 automake）。

其他

libtool 是一款方便生成各种程序库的工具。非必须。

下面，就以这三种目录层次结构分别讲解。

Flat 目录结构：

目录结构：

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Helloworld 
|-mytest.h 
|-mytest.c 
|-mymain.c

顶级目录 helloworld，该目录下存在三个文件。mytest.h 头文件声明了 sayhello() 方法；mytest.c 中实现了 sayhello() 方法；mymain.c 中的 main 调用了 sayhello() 方法。

执行步骤：

  1. Autoscan

    在 helloworld 目录下执行 autoscan 命令，其中生成一个 configure.scan 的文件。

  2. 将 configure.scan 文件更名为 configure.in（ps 帖子太早，未与时俱进） configure.ac 文件。

  3. 打开 configure.in configure.ac 文件，修改文件内容

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    #                                               -*- Autoconf -*-
    # Process this file with autoconf to produce a configure script.

    #AC_INIT([2.68])
    AC_INIT([hello], [1.0], [**@126.com]) # 修改
    AC_CONFIG_SRCDIR([mymain.c])
    #AC_CONFIG_HEADERS([config.h])  # 注释掉了

    #AM_INIT_AUTOMAKE(hello, 1.0)  # 新增 ps 这种语法已经不推荐使用了
    AM_INIT_AUTOMAKE # 参考 autoconf 手册

    # Check for programs
    AC_PROG_CC

    # Check for libraries
    # Check for header files
    # Check for typedefs, structures, and compiler characteristics.
    # Check for library functions.

    AC_OUTPUT(Makefile)   # 修改

  4. 然后分别执行以下两个命令：

    • aclocal
    • autoconf
    • autoheader（可选，和 AC_CONFIG_HEADERS 宏有关联，此细节【稍后详细描述】【另，注释掉 AC_CONFIG_HEADERS 宏应该是一种不规范的写法】）

  5. 在 helloworld 文件夹下创建一个名为 Makefile.am 的文件，并输入以下内容：

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    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    bin_PROGRAMS=hello
    hello_SOURCES=mymain.c mytest.c mytest.h

  6. 执行命令 automake <--add-missing | -a>，automake 会根据 Makefile.am 文件产生一些文件，其中包含最重要的 Makefile.in。在这里使用选项 <--add-missing | -a> 可以让 automake 自动添加一些必需的脚本文件，如果不带此参数会因为缺失文件而报错。（更多内容参考最后一章：automake 软件等级）

  7. 执行“./configure”命令生成 Makefile 文件

  8. 执行“make”命令来编译 hello.c 程序，从而生成可执行程序 hello。生成可执行程序 hello 后，执行“./hello”。

哈哈，一定看到你想要的结果了吧。ps：更详细介绍《Automake 之 Flat 目录机构》

shallow 目录结构

目录结构

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helloworld 
|-mymain.c 
|head 
||-mytest.h 
||-mytest.c

顶级目录 helloworld，该目录下存在一个主文件 mymain.c 和一个目录 head。head 目录中，mytest.h 头文件声明了 sayhello() 方法；mytest.c 中实现了 sayhello() 方法；mymain.c 中的 main 调用了 sayhello() 方法。

执行步骤：

  1. 在顶层目录下运行 autoscan 产生 configure.scan 文件

  2. 将configure.scan文件更名为 configure.in configure.ac 文件

  3. 打开 configure.in configure.ac 文件，修改文件内容

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    # Process this file with autoconf to produce a configure script.
     
    #AC_INIT([2.68])
    AC_INIT([hello], [1.0], [**@126.com])
    AC_CONFIG_SRCDIR([mymain.c])
    #AC_CONFIG_HEADERS([config.h])
     
    AM_INIT_AUTOMAKE(hello, 1.0)
     
    # Check for programs
    AC_PROG_CC
    #使用静态库编译，需要此宏定义
    AC_PROG_RANLIB

    # Check for libraries
    # Check for header files
    # Check for typedefs, structures, and compiler characteristics.
    # Check for library functions.

    AC_OUTPUT(Makefile head/Makefile)

  4. 然后分别执行以下两个命令：

    • aclocal
    • autoconf

  5. 在 head 文件夹下创建 Makefile.am 文件，内容如下：

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    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    noinst_LIBRARIES=libmytest.a
    libmytest_a_SOURCES=mytest.h mytest.c

  6. 在 helloworld 文件夹下创建 Makefile.am 文件，内容如下：

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    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    SUBDIRS=head
    bin_PROGRAMS=hello
    hello_SOURCES=mymain.c
    hello_LDADD=head/libmytest.a

  7. 执行命令“automake –add-missing”，automake 会根据 Makefile.am 文件产生一些文件，其中包含最重要的 Makefile.in

  8. 执行“./configure”命令生成 Makefile 文件

  9. 执行“make”命令来编译 hello.c 程序，从而生成可执行程序 hello。生成可执行程序 hello 后，执行“./hello”。

哈哈，shallow 的目录结构也搞定了哦。

Deep 目录结构

目录结构

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helloworld 
|head 
||-mytest.h 
||-mytest.c 
|src 
||-mymain.c

顶级目录 helloworld，该目录下存在两个目录 src 和 head。Head 目录中，mytest.h 头文件声明了 sayhello() 方法；mytest.c 中实现了 sayhello()方法；src 目录中的 mymain.c 中的 main 调用了 sayhello() 方法。

执行步骤

  1. 在顶层目录下运行 autoscan 产生 configure.scan 文件

  2. 将 configure.scan 文件更名为 configure.in configure.ac 文件

  3. 打开 configure.in configure.ac 文件，修改文件内容

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    # Process this file with autoconf to produce a configure script.
     
    #AC_INIT([2.68])
    AC_INIT([hello], [1.0], [**@126.com])
    AC_CONFIG_SRCDIR([src/mymain.c])
    #AC_CONFIG_HEADERS([config.h])
     
    AM_INIT_AUTOMAKE(hello, 1.0)
     
    # Check for programs
    AC_PROG_CC
    #使用静态库编译，需要此宏定义
    AC_PROG_RANLIB

    # Check for libraries
    # Check for header files
    # Check for typedefs, structures, and compiler characteristics.
    # Check for library functions.

    AC_OUTPUT(Makefile head/Makefile src/Makefile)

  4. 然后分别执行以下两个命令：

    • aclocal
    • autoconf

  5. 在 head 文件夹下创建 Makefile.am 文件，内容如下：

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    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    noinst_LIBRARIES=libmytest.a
    libmytest_a_SOURCES=mytest.h mytest.c

  6. 在 src 文件夹下创建 Makefile.am 文件，内容如下： 

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    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    bin_PROGRAMS=hello
    hello_SOURCES=mymain.c
    hello_LDADD=../head/libmytest.a

  7. 在 helloworld 文件夹下创建 Makefile.am 文件，内容如下： 

    1
    2
    AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
    SUBDIRS=head src

  8. 执行命令“automake –add-missing”，automake 会根据 Makefile.am 文件产生一些文件，其中包含最重要的 Makefile.in

  9. 执行“make”命令来编译 hello.c 程序，从而生成可执行程序 hello。生成可执行程序 hello 后，执行“./hello”。

哈哈，deep 目录下的编译与链接也搞定了！

总结

以上 3 种目录层次结构的测试代码在 附件 中。归纳一下以上所有例子的流程：

  1. 在存放源代码的顶层目录下执行 autoscan 命令生成 configure.scan 文件。
  2. 将 configure.scan 文件改名为 configure.in configure.ac，并对其默认配置进行修改。
  3. 执行 aclocal、autoconf 两个命令，分别生成 aclocal.m4、configure 文件。
  4. 在每个目录下创建一个名为 Makefile.am 的文件，并输入相应的内容。 （ps 下文试验证明最好将此步骤放到最前面）
  5. 执行 automake –add-missing，它根据 Makefile.am 文件，生成 Makefile.in。 （ps 此步骤只能在 aclocal -？autoconf-之后）
  6. 执行 ./configure 脚本文件，它根据 Makefile.in 文件，生成最终的 Makefile 文件。
  7. 生成 Makefile 之后，执行“make”编译工程并且生成可执行程序。

流程图

看到这里，你除了跑跑例子什么都不会，只是对于使用 autotools 创建 Makefile 的步骤有了一个模糊的认识，但正如文章开头吐槽的那样，使用 autotools 的关键在于 configure.ac 和 Makefile.am 文件的书写。在 编译利器：大型项目如何使用Automake和Autoconf完成编译配置(ver+0.6) 中着重介绍了这两个文件的书写规则。

附：automake 软件等级【测试……】

在上文的例子中我们看到 Makefile.am 文件的第一行内容就是设置 automake 软件等级。

简单的例子

AUTOMAKE_OPTIONS 为设置 automake 的选项，由于 GNU 对自己发布的软件有严格的规范，比如必须带许可证声明文件等，否则 automake 执行时会出错，automake 提供了 3 种软件等级：foreign、gnu 和 gnits，让用户选择采用，默认等级为 gnu。在本例中使用 foreign 等级，它只检查必须的文件。

gun 等级

automake 软件等级默认 gnu，此等级下执行 automake 需要文件：

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* install-sh 
* missing 
* INSTALL 
* NEWS 
* README 
* AUTHORS 
* ChangeLog 
* COPYING 
* depcomp

其中，以下文件在执行 automake -a 的时候会自动生成

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* install-sh 
* missing 
* INSTALL 
* COPYING 
* depcomp

所以，接下来手动生成剩下的文件 

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[root@localhost str]# touch NEWS README AUTHORS ChangeLog

8、执行 automake -a

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[root@localhost str]# automake -a
configure.ac: installing `./install-sh'
configure.ac: installing `./missing'
Makefile.am: installing `./INSTALL'
Makefile.am: installing `./COPYING'
Makefile.am: installing `./compile'
Makefile.am: installing `./depcomp'