Linux Makefile介紹自動編譯和鏈接
Linux Makefile還是比較常用的，于是我研究了一下Linux Makefile，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。作為Linux下的程序開發人員，一定都遇到過Linux Makefile，用make命令來編譯自己寫的程序確實是很方便。一般情況下，大家都是手工寫一個簡單Linux Makefile，如果要想寫出一個符合自由軟件慣例的Linux Makefile就不那么容易了。
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生成符合自由軟件慣例的Linux Makefile，這樣就可以象常見的GNU程序一樣，只要使用“./configure”，“make”，“make instal”就可以把程序安裝到Linux系統中去了。這將特別適合想做開放源代碼軟件的程序開發人員，又或如果你只是自己寫些小的Toy程序，那么這個文章對你也會有很大的幫助。
一、Linux Makefile介紹
Linux Makefile是用于自動編譯和鏈接的，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，Linux Makefile中紀錄有文件的信息，在make時會決定在鏈接的時候需要重新編譯哪些文件。
Linux Makefile的宗旨就是：讓編譯器知道要編譯一個文件需要依賴其他的哪些文件。當那些依賴文件有了改變，編譯器會自動的發現最終的生成文件已經過時，而重新編譯相應的模塊。 Linux Makefile的基本結構不是很復雜，但當一個程序開發人員開始寫Linux Makefile時，經常會懷疑自己寫的是否符合慣例.
而且自己寫的Linux Makefile經常和自己的開發環境相關聯，當系統環境變量或路徑發生了變化后，Linux Makefile可能還要跟著修改。這樣就造成了手工書寫Linux Makefile的諸多問題，automake恰好能很好地幫助我們解決這些問題。
使用automake，程序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Linux Makefile.in，再使用configure依據Linux Makefile.in來生成一個符合慣例的Linux Makefile。下面我們將詳細介紹Linux Makefile的automake生成方法。
二、使用的環境
本文所提到的程序是基于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序helloworld開始。 下面的過程如果簡單地說來就是： 新建三個文件：
helloworld.c
configure.in
Linux Makefile.am
然后執行： aclocal; autoconf; automake --add-missing; ./configure; make; ./helloworld 就可以看到Linux 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Linux 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程序及相關文件，如在/home/my/build下：
$ mkdir helloword
$ cd helloworld
2、 helloworld.c 然后用你自己最喜歡的編輯器寫一個hellowrold.c文件，如命令：vi helloworld.c。使用下面的代碼作為helloworld.c的內容。
int main(int argc, char** argv)
{
printf("Hello, Linux World! ");
return 0;
}
完成后保存退出。 現在在helloworld目錄下就應該有一個你自己寫的helloworld.c了。
3、生成configure
我們使用autoscan命令來幫助我們根據目錄下的源代碼生成一個configure.in的模板文件。 命令：
$ autoscan
$ ls
configure.scan helloworld.c
執行后在hellowrold目錄下會生成一個文件：configure.scan，我們可以拿它作為configure.in的藍本。 現在將configure.scan改名為configure.in，并且編輯它，按下面的內容修改，去掉無關的語句：
- ============================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(Linux Makefile)
- ============================configure.in內容結束=========================================
然后執行命令aclocal和autoconf，分別會產生aclocal.m4及configure兩個文件：
- $ 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處理后會變成檢查系統特性、環境變量、軟件必須的參數的shell腳本。 autoconf 是用來生成自動配置軟件源代碼腳本（configure）的工具。configure腳本能獨立于autoconf運行，且在運行的過程中，不需要用戶的干預。
要生成configure文件，你必須告訴autoconf如何找到你所用的宏。方式是使用aclocal程序來生成你的aclocal.m4。 aclocal根據configure.in文件的內容，自動生成aclocal.m4文件。aclocal是一個perl 腳本程序，它的定義是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。
autoconf從configure.in這個列舉編譯軟件時所需要各種參數的模板文件中創建configure。 autoconf需要GNU m4宏處理器來處理aclocal.m4，生成configure腳本。 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，也可以是用戶定義的。除了可以展開宏，m4還有一些內建的函數，用來引用文件，執行命令，整數運算，文本操作，循環等。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。
4、新建Linux Makefile.am 新建Linux Makefile.am文件，命令： $ vi Linux Makefile.am 內容如下:
- AUTOMAKE_OPTIONS=foreign
- bin_PROGRAMS=helloworld
- helloworldhelloworld_SOURCES=helloworld.c
- automake會根據你寫的Linux Makefile.am來自動生成Linux Makefile.in。
Linux Makefile.am中定義的宏和目標,會指導automake生成指定的代碼。例如，宏bin_PROGRAMS將導致編譯和連接的目標被生成。
5、運行automake
命令：
- $ automake --add-missing
- configure.in: installing `./install-sh'
- configure.in: installing `./mkinstalldirs'
- configure.in: installing `./missing'
- Linux Makefile.am: installing `./depcomp'
automake會根據Linux Makefile.am文件產生一些文件，包含最重要的Linux Makefile.in。
6、執行configure生成Linux 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 Linux Makefile
- config.status: executing depfiles commands
- $ ls -l Linux Makefile
- -rw-rw-r-- 1 yutao yutao 15035 Oct 15 10:40 Linux Makefile
你可以看到，此時Linux Makefile已經產生出來了。
7、使用Linux Makefile編譯代碼
- $ 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
- 運行helloworld
- $ ./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文件。你還可以試著使用一些其他的make命令，如make clean，make install，make dist，看看它們會給你什么樣的效果。感覺如何？自己也能寫出這么專業的Linux Makefile，老板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是用來掃描源代碼目錄生成configure.scan文件的。autoscan可以用目錄名做為參數，但如果你不使用參數的話，那么autoscan將認為使用的是當前目錄。autoscan將掃描你所指定目錄中的源文件，并創建configure.scan文件。
2、 configure.scan
configure.scan包含了系統配置的基本選項，里面都是一些宏定義。我們需要將它改名為configure.in
3、 aclocal
aclocal是一個perl 腳本程序。aclocal根據configure.in文件的內容，自動生成aclocal.m4文件。aclocal的定義是：“aclocal - create aclocal.m4 by scanning configure.ac”。
4、 autoconf
autoconf是用來產生configure文件的。configure是一個腳本，它能設置源程序來適應各種不同的操作系統平臺，并且根據不同的系統來產生合適的Linux Makefile，從而可以使你的源代碼能在不同的操作系統平臺上被編譯出來。
configure.in文件的內容是一些宏，這些宏經過autoconf 處理后會變成檢查系統特性、環境變量、軟件必須的參數的shell腳本。configure.in文件中的宏的順序并沒有規定，但是你必須在所有宏的最前面和最后面分別加上AC_INIT宏和AC_OUTPUT宏。
在configure.ini中： #號表示注釋，這個宏后面的內容將被忽略。 AC_INIT(FILE) 這個宏用來檢查源代碼所在的路徑。 AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION) 這個宏是必須的，它描述了我們將要生成的軟件包的名字及其版本號：PACKAGE是軟件包的名字，VERSION是版本號。當你使用make dist命令時，它會給你生成一個類似helloworld-1.0.tar.gz的軟件發行包，其中就有對應的軟件包的名字和版本號。
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Linux 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后我們會得到aclocal.m4文件。 產生了configure.in和aclocal.m4 兩個宏文件后，我們就可以使用autoconf來產生configure文件了。
5、 Linux Makefile.am
Linux Makefile.am是用來生成Linux Makefile.in的，需要你手工書寫。Linux 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軟件包中應具備的各種文件，例如AUTHORS、ChangeLog、NEWS等文件。我們將其設置成foreign時，automake會改用一般軟件包的標準來檢查。 bin_PROGRAMS
這個是指定我們所要產生的可執行文件的文件名。如果你要產生多個可執行文件，那么在各個名字間用空格隔開。 helloworld_SOURCES 這個是指定產生“helloworld”時所需要的源代碼。如果它用到了多個源文件，那么請使用空格符號將它們隔開。比如需要helloworld.h，helloworld.c那么請寫成helloworld_SOURCES= helloworld.h helloworld.c。 如果你在bin_PROGRAMS定義了多個可執行文件，則對應每個可執行文件都要定義相對的filename_SOURCES。
6、 automake
我們使用automake --add-missing來產生Linux Makefile.in。 選項--add-missing的定義是“add missing standard files to package”，它會讓automake加入一個標準的軟件包所必須的一些文件。 我們用automake產生出來的Linux Makefile.in文件是符合GNU Linux 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 Linux Makefile 文件了。
7、 Linux Makefile
在符合GNU Makefiel慣例的Linux Makefile中，包含了一些基本的預先定義的操作： make 根據Linux Makefile編譯源代碼，連接，生成目標文件，可執行文件。 make clean 清除上次的make命令所產生的object文件（后綴為“.o”的文件）及可執行文件。
make install 將編譯成功的可執行文件安裝到系統目錄中，一般為/usr/local/bin目錄。 make dist 產生發布軟件包文件（即distribution package）。這個命令將會將可執行文件及相關文件打包成一個tar.gz壓縮的文件用來作為發布軟件的軟件包。
它會在當前目錄下生成一個名字類似“PACKAGE-VERSION.tar.gz”的文件。PACKAGE和VERSION，是我們在configure.in中定義的AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION)。
make distcheck 生成發布軟件包并對其進行測試檢查，以確定發布包的正確性。這個操作將自動把壓縮包文件解開，然后執行configure命令，并且執行make，來確認編譯不出現錯誤，最后提示你軟件包已經準備好，可以發布了。
helloworld-1.0.tar.gz is ready for distribution make distclean 類似make clean，但同時也將configure生成的文件全部刪除掉，包括Linux Makefile。
五、結束語
通過上面的介紹，你應該可以很容易地生成一個你自己的符合GNU慣例的Linux Makefile文件及對應的項目文件。 如果你想寫出更復雜的且符合慣例的Linux Makefile，你可以參考一些開放代碼的項目中的configure.in和Linux Makefile.am文件，比如：嵌入式數據庫sqlite，單元測試cppunit。
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