大型项目使用Automake/Autoconf完成编译配置

使用过开源C/C++项目的同学们都知道，标准的编译过程已经变成了简单的三部曲：configure/make/make install, 使用起来很方便，不像平时自己写代码，要手写一堆复杂的Makefile，而且换个编译环境，Makefile还需要修改（Eclipse也是这样）。

 

这么好的东东当然要拿来用了，但GNU的Autotool系列博大精深，工具数量又多，涉及的语言也多，要是自己从头看到尾，黄花菜都凉了，项目估计早就结束了；上网搜样例倒是有一大堆，但都是“hello world”的样例，离真正完成大型项目的目标还差得远。

 

没有办法，对照网上的样例，再找几个开源的源码，然后参考各种Autotools的手册，花了2天时间，终于完成了一个基本可用的Autotools。为了避免其他XDJM也浪费时间，因此将过程总结下来，就算是新年礼物，送给大家！！

 

提纲挈领：使用Autotools其实很简单

大家不要看到那么多工具，其实使用起来很简单，总结起来就是两部分：

1） 按照顺序调用各个工具；

2） 修改或者添加3个文件；

整个操作顺序如下图：

 

 

听到我这么讲，大家是否觉得有信心了？好的，下面我们来看具体如何操作：

1. 源码根目录调用autoscan脚本，生成configure.scan文件，然后将此文件重命名为configure.ac(或configure.in,早期使用.in后缀)

2. 修改【configure.ac】，利用autoconf提供的各种M4宏，配置项目需要的各种自动化探测项目

3. 编写【自定义宏】，建议每个宏一个单独的*.m4文件；

4. 调用aclocal收集configure.ac中用到的各种非Autoconf的宏，包括自定义宏；

5. 调用autoheader，扫描configure.ac(configure.in)、acconfig.h（如果存在），生成config.h.in宏定义文件，里面主要是根据configure.ac中某些特定宏(如AC_DEFINE)生成的#define和#undefine宏，configure在将根据实际的探测结果决定这些宏是否定义（具体见后面例子）。

6. 按照automake规定的规则和项目的目录结构，编写一个或多个【Makefile.am】(Makefile.am数目和存放位置和源码目录结构相关)，Makefile.am主要写的就是编译的目标及其源码组成。

7. 调用automake，将每个Makefile.am转化成Makefile.in，同时生成满足GNU编码规范的一系列文件（带-a选项自动添加缺少的文件，但有几个仍需要自己添加，在执行automake前需执行touch NEWS README AUTHORS ChangeLog）。如果configure.ac配置了使用libtool(定义了AC_PROG_LIBTOOL宏（老版本）或LT_INIT宏)，需要在此步骤前先在项目根目录执行libtoolize --automake --copy --force，以生成ltmain.sh，供automake和config.status调用。

8. 调用autoconf，利用M4解析configure.ac，生成shell脚本configure。以上几步完成后，开发者的工作就算完成了，后面的定制就由开源软件的用户根据需要给configure输入不同的参数来完成。

9. 用户调用configure，生成Makefile，然后make && make install。

整个过程步骤有9步，但其中有6步你只需要简单的敲一个命令即可，只有剩下的三步需要你动手写一些东西，对应上面步骤中的蓝色黑体字部分，而本文的重点就是如何在大型项目中完成这三歩。

 

步步为营：三步完成编译配置

【第2步：修改configure.ac文件】

从上面的步骤可以看到，使用autoscan工具扫描后就会生成一个简单的configure.ac文件，这已经是一个完整的configure.ac文件框架了，但还不足以达到我们的要求，因此我们要在框架里面添加一些东西：

1.1 添加AM_INIT_AUTOMAKE宏

在AC_INIT 宏下一行添加AM_INIT_AUTOMAKE([foreign -Wall -Werror])，中括号里面的选项可以根据需要来修改，具体请看automake手册关于这个宏的说明。

1.2 如果需要，添加AC_CONFIG_HEADERS([config.h])宏

添加这个宏很简单，但关键是“如果需要”，什么情况下需要这个宏呢？

这个宏的目的是输出config.h，这是一个C的头文件，里面主要是包含很多宏定义#define，说到这里其实就很明确了，输出这个文件的目的就是提供各种相关的宏，而宏在代码中的作用就是#ifdef，也就是说：如果你的代码需要用到宏开关进行控制，那么就要输出这个文件。具体的使用方法如下：

1） 首先确定代码中需要使用什么宏来进行开关定制，确定宏的名称，编写和宏相关的代码，且要包含config.h的头文件；

2） 在configure.ac中的各种处理（例如AC_CHECK_***，AC_ARG_***）中使用AC_DEFINE宏定义C/C++的宏，名称和上面的相同；如果是使用AC_CHECK_HEADERS，会自动添加宏定义；

3） 执行完第7歩后，Autoconf就会自动生成config .h文件

1.3添加编译链接需要的程序

编译链接需要用到的程序需要添加在# Checks for programs.注释后面。对于C/C++来说，最常见的就是gcc, g++, 静态库编译、动态库编译，对应的选项如下：

AC_PROG_CXX

AC_PROG_CC

AC_PROG_RANLIB

如果使用libtool编译，则选项如下，注意使用了libtool则需要将AC_PROG_RANLIB去掉

LT_INIT

1.4 在configure.ac代码中各个部分添加自己的检测处理

这一步是我们的主要工作，需要根据自己的项目具体情况来编写，常见操作对应的宏和样例请参考本文后面的“【常见操作对应的宏】”：。至于具体添加在哪个地方，configure.ac中的注释已经清楚的告诉你了，例如：

# Checks for libraries.

# Checks for library functions.

1.5 在AC_OUTPUT上一行添加AC_CONFIG_FILES宏

添加这个宏的目的是制定Autoconf输出哪些文件，常见的文件就是Makefile文件，config.h在AC_CONFIG_HEADERS宏里面指定了，这里不需要再次指定。例如：

AC_CONFIG_FILES([Makefile tools/Makefile common/Makefile worker/Makefile])

 

【第3步：编写自定义的Autoconf宏】

Autoconf虽然提供了很多内置的宏，但在实际项目中，这些宏不可能满足所有的要求，有的处理还是要自己完成。虽然在configure.ac文件中可以直接编写各种处理代码，但这样做有几个缺点：

1） 很不美观：打开configure.ac文件，密密麻麻的一大段花花绿绿的Shell代码，看着眼花缭乱；

2） 修改起来很麻烦：要找半天才能找到要修改的位置，一不小心就改错了；

就像写C/C++代码要进行封装一样，Autoconf的处理也需要进行封装，这个封装就是自定宏，定义完成后在configure.ac中调用，看起来很清爽，修改也很简单。

下面我们来看如何自定义宏：

2.1 新建一个单独的目录，用于存放自定义宏，一般定义为m4

2.2 新建自定义宏文件

建议每个宏一个文件，文件必须以.m4结尾，文件名就是宏名（当然如果你非要不这么做也可以，文件名随便取）

2.3 编写Autoconf宏

具体的编写方式请参考Autoconf的手册第10章节，最好边看手册边对照一个开源软件的样例，这样效果最好了。这里说明几个需要注意的地方：

1）m4宏不是shell，请不要直接在文件中写shell代码，而要在宏的各个部分里面写代码；

最常见的就是if-else判断，如果要在代码中编写if-else判断，需要使用AS_IF宏，或者在其它宏里面写，例如AC_ARG_WITH, AC_CACHE_CHECK；

2）AC_DEFUN是定义autoconf的宏，AC_DEFINE是定义C/C++的config .h里面的宏，不要混淆了；

2.4 运行aclocal工具，生成aclocal.m4

由于自定义宏是放在我们新建的目录中的，configure.ac并没有像C/C++那样的include语句可用，因此也就找不到这些宏，这时就需要aclocal工具了：aclocal会将自定义宏编译成configure.ac可用的宏，保存在和configure.ac同级目录下的aclocal.m4文件中，这样在configure.ac就能够直接使用了。具体的编译方法如下（m4就是你的目录）:

aclocal -I m4

同时需要在根目录下的Makefile.am中添加ACLOCAL_AMFLAGS = -I m4。

 

还有一种方法是将所有的自定义宏都放入到一个acinclude.m4文件中，不过不推荐这种方法，原因是因为这种方法的缺点和直接将所有自定义宏放入configure.ac中没有多大差别。

【第6步：编写Makefile.am文件】

对于大型项目来说，代码一般都是分目录存放的，而不会像Hello world样例那样简单的就几个文件，因此写Makefile.am就麻烦一些，但其实主要是工作量增加了，原则都是一样的：

原则1：每个目录一个Makefile.am文件；同时在configure.ac的AC_CONFIG_FILES宏中指定输出所有的Makefile文件，例如：

AC_CONFIG_FILES([Makefile tools/Makefile common/Makefile worker/Makefile])

原则2：父目录需要包含子目录

在父目录下的Makefile.am中添加: SUBDIRS = 所有子目录，例如SUBDIRS=test tools

原则3：Makefile.am中指明当前目录如何编译

前两个原则很简单，这里就不多说了，重点说一下如何编写Makefile.am。

 

编写Makefile.am主要是完成3件事情：编译(make)、安装(make install)、打包(make dist)，下面我们一一来进行讲解。

3.1 编译安装

编译和安装的规则是绑定在一起的，通过同一条语句同时指定了编译和安装的处理方式，具体的格式为：安装目录_编译类型=编译目标

3.1.1【安装目录】

例如：bin_PROGRAMS = hello subdir/goodbye，其中安装目录是bin，编译类型是PROGRAMS，编译目标是两个程序hello, goodbye.

常用缺省的安装目录如下

目录	Makefile.am中的变量	使用方式
prefix	/usr/local	安装目录，通过--prefix指定
exec_prefix	${prefix}	同prefix
bindir	${exec_prefix}/bin	bin_编译类型
libdir	${exec_prefix}/lib	lib_编译类型
includedir	${prefix}/include	include_编译类型
noinstdir	无	noinst_编译类型，特殊的目录，表示编译目标不安装。

 

除了常用的缺省目录外，有时候我们还需要自定义目录，例如我们希望安装完成后安装目录下有一个配置文件目录config，同时将指定的test.ini拷贝到config目录，则config目录需要通过自定义目录方式定义，然后按照缺省目录的使用方式使用。例如： 

在根目录下的Makefile.am中添加如下内容：

configdir=${prefix}/config  => 定义一个自定义的目录名称config,注意dir后缀是固定的

config_DATA=config/test.ini  => 使用自定义的目录config，必须要有这句，否则目录不会创建, =号后面如果有对应的文件，安装时会将对应的文件拷贝到config目录下。

 

3.1.2【编译类型】

常见编译类型如下，没有自定义编译类型

类型	说明	使用方式
PROGRAMS	可执行程序	bin_PROGRAMS
LIBRARIES	库文件	lib_LIBRARIES
LTLIBRARIES (Libtool libraries)	libtool库文件	lib_LTLIBRARIES
HEADERS	头文件	include_HEADERS
SCRIPTS	脚本文件，有可执行权限	test_SCRIPTS（需要自定义test目录）
DATA	数据文件，无可执行权限	conf_DATA(需要自定义conf目录)

 

3.1.3【编译目标】

编译目标其实就是编译类型对应的具体文件，其中需要make生成的文件主要有如下几个：可执行程序_PROGRAMS，普通库文件_LIBRARIES，libtool库文件_LTLIBRARIES,其它类型对应的编译目标不需要编译，源文件就是目标文件。

Ø 标准的编译配置

如果你熟悉gcc的编译命令写法，那么Automake的Makefile.am编译过程就很好写了。因为Automake只是将写在一行gcc命令里的各个不同部分的信息分开定义而已。我们来看具体是如何定义的：

_SOURCES：对应gcc命令中的源代码文件

_LIBADD：编译链接库时需要链接的其它库，对应gcc命令中的*.a等文件

_LDADD：编译链接程序时需要链接的其他库，对应gcc命令中的*.a等文件

_LDFLAGS：链接选项，对应gcc命令中的-L, -l, -shared, -fpic等选项

_LIBTOOLFLAGS：libtool编译时的选项

**FLAGS(例如_CFLAGS/_CXXFLAGS)：编译选项，对应gcc命令中的-O2, -g, -I等选项

举例如下：

#不同的编译类型只是第一句不一样，后面的编译配置都是一样的 bin_PROGRAMS= myproject myproject_SOURCES = main.c myproject_LDADD   = ./utils/libutils.a ./module1/libmodule1.a ./core1/libcore.a myproject_LDFLAGS = -L/home/test/local -lmemcached myproject_CFLAGS  = -I./core1/ -I./module1/ -I./utils/ -O2 -g

 

Ø 如何编译可执行程序

对于大型项目来说，代码基本上都是分目录存放的，如果是直接写makefile文件，一般都是将所有源文件首先编译成*.o的文件，再链接成最终的二进制文件。但在Automake里面这样是行不通的，因为你只要仔细看编译类型表格就会发现，并没有一种编译类型能够编译*.o文件，无法像常规makefile那样来编写，所以就需要采取一些技巧。

其实这个技巧也很简单：将非main函数所在目录的文件编译成静态链接库，然后采用链接静态库的方式编译可执行程序。

样例如下：

=================根目录Makefile.am======================

#对应Makefile.am原则2 SUBDIRS = tools common worker

 

=================tool目录Makefile.am======================

#只是为了编译而生成的.a库文件，没有必要安装, 所以是noinst noinst_LIBRARIES=libtools.a  libtools_a_SOURCES=./urlcode.h \                    ./stringtools.cpp \                    ./stringtools.h \                    ./urlcode.c

 

===============common目录Makefile.am======================

#只是为了编译而生成的.a库文件，没有必要安装, 所以是noinst noinst_LIBRARIES=libcommon.a libcommon_a_SOURCES=./iniparser.c \                     (省略很多文件, 实际使用时要一一填写)                     ./exception.h \

 

==============worker目录Makefile.am============================

bin_PROGRAMS=worker worker_SOURCES=./workeralgorithm.cpp \                 ./worker.cpp \                 (省略很多文件, 实际使用时要一一填写)                ./worker.h #通过_LDADD告诉Automake需要链接哪些库 worker_LDADD=../tools/libtools.a ../common/libcommon.a

 

Ø 如何编译静态库

Automake天然支持编译静态库，只需要将编译类型指定为_LIBRARIES即可。

 

Ø 如何编译动态库

需要注意的是：_LIBRARIES只支持静态库(即*.a文件),而不支持编译动态库(*.so)文件，要编译动态链接库,需要使用_PROGRAMS。除此之外，还需要采用自定义目录的方式避开Automake的两个隐含的限制：

1) 如果使用bin_PROGRAMS, 则库文件会安装到bin目录下，这个不符合我们对动态库的要求；

2) automake不允许用lib_ PROGRAMS

下面假设将utils编译成so，采用自定义目录的方式，修改Makefile.am如下：

mylibdir=$libdir         #$libdir其实就是lib目录，请参考【安装目录】表格 mylib_PROGRAMS= libutils.so libutils_so_SOURCES = utils.c utils.h libutils_so_LDFLAGS = -shared –fpic  #这个就是gcc编译动态库的选项

 

Ø 如何编译libtool库

对于跨平台可移植的库来说，推荐使用libtool编译，而且Automake内置了libtool的支持，只需要将编译类型修改为_LTLIBRARIES即可。

需要注意的是：如果要使用libtool编译，需要在configure.ac中添加LT_INIT宏，同时注释掉AC_PROG_RANLIB，因为使用了LT_INIT后，AC_PROG_RANLIB就没有作用了。

 

3.2 打包

Automake缺省情况下会自动打包，自动打包包含如下内容：

1) 所有源文件

2) 所有Makefile.am/Makefile.in文件

3) configure读取的文件

4) Makefile.am’s (using include) 和configure.ac’ (using m4_include)包含的文件

5) 缺省的文件，例如README, ChangeLog, NEWS, AUTHORS

 

如果除了这些缺省的文件外，你还想将其它文件打包(一般包括静态库、头文件、配置文件、帮助文件)，有如下两种方法：

(1) 粗粒度方式：通过EXTRA_DIST来指定，指定文件就打包文件，指定目录就打包目录，例如：

EXTRA_DIST=conf/config.ini  test  tools/initialize.sh

如果test是目录，那么会将test目录下所有的文件和目录都打包。

(2) 细粒度方式：在“安装目录_编译类型=编译目标”前添加dist(表示需要打包), 或者nodist(不需要打包)，例如：

#将data_DATA= distribute-this打包 dist_data_DATA = distribute-this   #foo_ SOURCES不打包 bin_PROGRAMS = foo nodist_foo_SOURCES = do-not-distribute.c

 

【后记】

GNU Autotool工具博大精深，我也是结合项目的实际应用来使用的，并没有完整的研究所有的工具，因此难免存在瑕疵和纰漏，如果大家发现有疑问或者问题的地方，欢迎大家指正。当然，GNU自己的手册是最权威的，如果你有疑问的话，参考手册，以手册为准。

 

如果想了解autotools的工作原理和流程以及更高级的技巧，请参考胡华强写的《autoconf and automake介绍与典型应用.doc》。

 

【常见操作对应的宏】

1）给./configure添加--with-package参数，例如：./configure  --with-libmemcached

AC_ARG_WITH，具体如何写请参考autoconf手册15.2章节，里面给了一个完整的样例。

2）给./configure添加 –enable-feature参数，例如：./configure –enable-multithread

AC_ARG_ENABLE，顾名思义，这个宏的意思就是打开开关，这个开关可以是编译开关，也可以是代码功能开关，如果是编译开关，则要配合AM_CONDITIONAL宏来使用（样例请看automake手册20.1章节的AM_CONDITIONAL宏说明）；如果是代码功能开关，则要配合AC_DEFINE宏来使用（请参考autoconf手册15.2章节的AC_ARG_WITH宏的样例）

3）在./configure的时候检查头文件

AC_CHECK_HEADER: 检查一个头文件

AC_CHECK_HEADERS：检查一批头文件

4）在./configure时检查库文件

AC_CHECK_LIB：样例请参考autoconf手册15.2章节的AC_ARG_WITH宏的样例

5）修改make行为

如果你想修改默认的make行为，可以先使用AC_ARG_WITH或者AC_ARG_ENABLE添加./configure参数，再结合如下两个宏来完成：

AM_CONDITIONAL：在./configure.ac中增加一个automake宏，在Makefile.am中使用if-else-endif来使用宏；

AC_SUBST：在./configure.ac中直接修改automake的变量，例如AM_CXXFLAGS，AM_CFLAGS等编译链接。

 

【参考资料】

1. 入门材料：http://sources.redhat.com/autobook/autobook/autobook_toc.html 。

2. autoconf手册：http://www.gnu.org/software/autoconf/manual/autoconf.html 。

3. automake手册：http://sources.redhat.com/automake/automake.html 。

4. libtool手册：http://www.gnu.org/software/libtool/manual/libtool.html 

5. tutorial：http://www.lrde.epita.fr/~adl/dl/autotools.pdf 。

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