轻轻松松产生 Makefile

BBS水木清华站 许明彦 (2001-04-15 21:22:07)

在 Unix 上写程式的人大概都碰过 Makefile，尤其是用 C 来开发程式的人。用 make 来开发和编译程式的确很方便，可是要写出一个 Makefile就不简单了。偏偏介绍 Makefile 的文件不多，GNU Make 那份印出来要几百页的文件，光看完 Overview 就快阵亡了，难怪许多人闻 Unix 色变。本文将介绍如何利用 GNU Autoconf 及 Automake 这两套软体来协助我们『自动』产生 Makefile 档，并且让开发出来的软体可以像 Apache,MySQL 和常见的 GNU 软体一样，只要会 ``./configure'', ``make'',``make install'' 就可以把程式安装到系统中。如果您有心开发 OpenSource 的软体，或只是想在 Unix 系统下写写程式。希望这份介绍文件能帮助您轻松地进入 Unix Programming 的殿堂。

1. 简介
Makefile 基本上就是『目标』(target), 『关连』(dependencies) 和『动作』三者所组成的一连串规则。而 make 就会根据 Makefile 的规则来决定如何编译 (compile) 和连结 (link) 程式。实际上，make 可做的不只是编译和连结程式，例如 FreeBSD 的 port collection 中，Makefile 还可以做到自动下载原始程式套件，解压缩 (extract) ，修补(patch)，设定，然後编译，安装至系统中。

Makefile 基本构造虽然简单，但是妥善运用这些规则就也可以变出许多不同的花招。却也因此，许多刚开始学习写 Makefile 时会感到没有规范可循，每个人写出来的 Makefile 长得都不太一样，不知道从何下手，而且常常会受限於自己的开发环境，只要环境变数不同或路径改一下，可能Makefile 就得跟着修改。虽然有 GNU Makefile Conventions (GNUMakefile 惯例) 订出一些使用 GNU 程式设计时撰写 Makefile 的一些标准和规范，但是内容很长而且很复杂, 并且经常做些调整，为了减轻程式设计师维护 Makefile 的负担，因此有了 Automake。

程式设计师只需写一些预先定义好的巨集 (macro)，交给 Automake 处理後会产生一个可供 Autoconf 使用的 Makefile.in 档。再配合利用Autoconf 产生的自动设定档 configure 即可产生一份符合 GNU Makefile惯例的 Makeifle 了。

2. 上路之前

在开始试着用 Automake 之前，请先确认你的系统已经安装以下的软体：

1. GNU Automake
2. GNU Autoconf
3. GNU m4
4. perl
5. GNU Libtool (如果你需要产生 shared library)

我会建议你最好也使用 GNU C/C++ 编译器 、GNU Make 以及其它 GNU 的工具程式来做为开发的环境，这些工具都是属於 Open Source Software不仅免费而且功能强大。如果你是使用 Red Hat Linux 可以找到所有上述软体的 rpm 档，FreeBSD 也有现成的 package 可以直接安装，或着你也可以自行下载这些软体的原始档回来 DIY。以下的范例是在 Red HatLinux 5.2 + CLE2 的环境下所完成的。

3. 一个简单的例子

Automake 所产生的 Makefile 除了可以做到程式的编译和连结，也已经把如何产生程式文件 (如 manual page, info 档及 dvi 档) 的动作，还有把原始程式包装起来以供散　的动作都考虑进去了，所以原始程式所存放的目录架构最好符合 GNU 的标准惯例，接下来我拿 hello.c 来做为例子。

在工作目录下建立一个新的子目录 ``devel''，再在 devel 下建立一个``hello'' 的子目录，这个目录将作为我们存放 hello 这个程式及其相关档案的地方：

% mkdir devel
% cd devel
% mkdir hello
% cd hello

用编辑器写个 hello.c 档，
#include
int main(int argc, char** argv)
{
printf(``Hello, GNU!/n'');
return 0;
}

接下来就要用 Autoconf 及 Automake 来帮我们产生 Makefile 档了，
1. 用 autoscan 产生一个 configure.in 的雏型，执行 autoscan 後会产生一个configure.scan 的档案，我们可以用它做为 configure.in档的蓝本。

% autoscan
% ls
configure.scan hello.c

2. 编辑 configure.scan 档，如下所示，并且把它的档名改成 configure.in

dnl Process this file with autoconf to produce a configure script.

AC_INIT(hello.c)
AM_INIT_AUTOMAKE(hello, 1.0)
dnl Checks for programs.

AC_PROG_CC
dnl Checks for libraries.
dnl Checks for header files.
dnl Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics.
dnl Checks for library functions.
AC_OUTPUT(Makefile)

3. 执行 aclocal 和 autoconf ，分别会产生 aclocal.m4 及 configure 两个档案
% aclocal
% autoconf
% ls
aclocal.m4configureconfigure.inhello.c

4. 编辑 Makefile.am 档，内容如下
AUTOMAKE_OPTIONS= foreign
bin_PROGRAMS= hello
hello_SOURCES= hello.c

5. 执行 automake --add-missing ，Automake 会根据 Makefile.am 档产生一些档案，包含最重要的 Makefile.in
% automake --add-missing
automake: configure.in: installing `./install-sh'
automake: configure.in: installing `./mkinstalldirs'
automake: configure.in: installing `./missing'

6. 最後执行 ./configure ，
% ./configure
creating cache ./config.cache
checking for a BSD compatible install... /usr/bin/in
stall -c
checking whether build environment is sane... yes
checking whether make sets ${MAKE}... yes
checking for working aclocal... found
checking for working autoconf... found
checking for working automake... found
checking for working autoheader... found
checking for working makeinfo... found
checking for gcc... gcc
checking whether the C compiler (gcc ) works... yes
checking whether the C compiler (gcc ) is a cross-compiler... no
checking whether we are using GNU C... yes
checking whether gcc accepts -g... yes
updating cache ./config.cache
creating ./config.status
creating Makefile

现在你的目录下已经产生了一个 Makefile 档，下个 ``make'' 指令就可以开始编译 hello.c 成执行档，执行 ./hello 和 GNU 打声招呼吧！
% make
gcc -DPACKAGE=/"hello/" -DVERSION=/"1.0/" -I. -I. -g -O2 -c hello.c
gcc -g -O2 -o hello hello.o
% ./hello
Hello! GNU!

你还可以试试 ``make clean''，''make install''，''make dist'' 看看会有什麽结果。你也可以把产生出来的 Makefile 秀给你的老板，让他从此对你刮目相看 :-)

4. 一探究竟
上述产生 Makefile 的过程和以往自行编写的方式非常不一样，舍弃传统自行定义 make 的规则，使用 Automake 只需用到一些已经定义好的巨集即可。我们把巨集及目标 (target) 写在 Makefile.am 档内，Automake读入 Makefile.am 档後会把这一串已经定义好的巨集展开并且产生对应的Makefile.in 档， 然後再由 configure 这个 shell script 根据Makefile.in 产生适合的 Makefile。

4.1 编辑 configure.in 档

Autoconf 是用来产生 'configure' 档的工具。'configure' 是一个shell script，它可以自动设定原始程式以符合各种不同平台上 Unix 系统的特性，并且根据系统叁数及环境产生合适的 Makefile 档或是C 的标头档 (header file)，让原始程式可以很方便地在这些不同的平台上被编译出来。Autoconf 会读取 configure.in 档然後产生 'configure' 这个shell script。
configure.in 档的内容是一连串 GNU m4 的巨集，这些巨集经过autoconf 处理後会变成检查系统特徵的 shell script。configure.in 内巨集的顺序并没有特别的规定，但是每一个 configure.in 档必须在所有巨集前加入 AC_INIT 巨集，然後在所有巨集的最後面加上 AC_OUTPUT 巨集。我们可先用 autoscan 扫描原始档以产生一个 configure.scan 档，再对 configure.scan 做些修改成 configure.in 档。在范例中所用到的巨集如下：

dnl
这个巨集後面的字不会被处理，可视为注解。
AC_INIT(FILE)
这个巨集用来检查原始码所在的路径，autoscan 会自动产生，我们不必修改它。
AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE,VERSION)
这是使用 Automake 所必备的巨集，PACKAGE 是我们所要产生软体套件的名称，VERSION 是版本编号。
AC_PROG_CC
检查系统可用的 C 编译器，如果原始程式是用 C 写的就需要这个巨集。
AC_OUTPUT(FILE)
设定 configure 所要产生的档案，如果是 Makefile 的话，configure 便会把它检查出来的结果带入 Makefile.in 档然後产生合适的 Makefile。

实际上，我们使用 Automake 时，还须要一些其它的巨集，这些额外的巨集我们用 aclocal 来帮我们产生。执行 aclocal 会产生 aclocal.m4 档，如果没有特别的用途，我们可以不必修改它，用 aclocal 所产生的巨集会告诉 Automake 怎麽做。

有了 configure.in 及 aclocal.m4 两个档案後，便可以执行 autoconf来产生 configure 档了。

4.2 编辑 Makefile.am 档

接下来我们要编辑 Makefile.am 档，Automake 会根据 configure.in 中的巨集把Makefile.am 转成 Makefile.in 档。Makefile.am 档定义我们所要产的目标：

AUTOMAKE_OPTIONS
设定 automake 的选项。Automake 主要是帮助开发 GNU 软体的人员维护软体套件，所以在执行 automake 时，会检查目录下是否存在标准 GNU 软体套件中应具备的文件档案，例如 'NEWS'、'AUTHOR'、'ChangeLog' 等文件档。设成 foreign 时，automake 会改用一般软体套件的标准来检查。
bin_PROGRAMS
定义我们所要产生的执行档档名。如果要产生多个执行档，每个档名用空白字元隔开。
hello_SOURCES
定义 'hello' 这个执行档所需要的原始档。如果 'hello' 这个程式是由多个原始档所产生，必须把它所用到的原始档都列出来，以空白字元隔开。假设 'hello' 这个程式需要 'hello.c'、'main.c'、'hello.h' 三个档案的话，则定义 hello_SOURCES= hello.c main.c hello.h 如果我们定义多个执行档，则对每个执行档都要定义相对的filename_SOURCES。

编辑好 Makefile.am 档，就可以用 automake --add-missing 来产生Makefile.in。加上 --add-missing 选项是告诉 automake 顺便帮我们加入包装一个软体套件所必备的档案。Automake 产生出来的 Makefile.in档是完全符合 GNU Makefile 的惯例，我们只要执行 configure 这个shell script 便可以产生合适的 Makefile 档了。

4.3 使用 Makefile

利用 configure 所产生的 Makefile 档有几个预设的目标可供使用，我们只拿其中几个简述如下：

make all
产生我们设定的目标，即此范例中的执行档。只打 make 也可以，此时会开始编译原始码，然後连结，并且产生执行档。
make clean
清除之前所编译的执行档及目的档 (object file, *.o)。
make distclean
除了清除执行档和目的档外，也把 configure 所产生的 Makefile也清除掉。
make install
将程式安装至系统中。如果原始码编译无误，且执行结果正确，便可以把程式安装至系统预设的执行档存放路径。如果我们用bin_PROGRAMS 巨集的话，程式会被安装至 /usr/local/bin 这个目录。
make dist
将程式和相关的档案包装成一个压缩档以供散播 (distribution) 。执行完在目录下会产生一个以 PACKAGE-VERSION.tar.gz 为名称的档案。PACKAGE 和 VERSION 这两个变数是根据 configure.in 档中
AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION) 的定义。在此范例中会产生'hello-1.0.tar.gz' 的档案。
make distcheck
和 make dist 类似，但是加入检查包装後的压缩档是否正常。这个目标除了把程式和相关档案包装成 tar.gz 档外，还会自动把这个压缩档解开，执行 configure，并且进行 make all 的动作，确认编译无误後，会显示这个 tar.gz 档已经准备好可供散播了。这个检查非常有用，检查过关的套件，基本上可以给任何一个具备 GNU 发展环境的人去重新编译。就 hello-1.tar.gz 这个范例而言，除了在 RedHat Linux 上，在 FreeBSD 2.2.x 版也可以正确地重新编译。

要注意的是，利用 Autoconf 及 Automake 所产生出来的软体套件是可以在没有安装 Autoconf 及 Automake 的环境上使用的，因为 configure 是一个 shell script，它己被设计可以在一般 Unix 的 sh 这个 shell 下执行。但是如果要修改 configure.in 及 Makefile.am 档再产生新的configure 及 Makefile.in 档时就一定要有 Autoconf 及 Automake 了。

5. 相关讯息

Autoconf 和 Automake 功能十分强大，你可以从它们所附的 info 档找到详细的用法。你也可以从许多现存的 GNU 软体或 Open Source 软体中找到相关的 configure.in 或 Makefile.am 档，它们是学习 Autoconf 及Automake 更多技巧的最佳范例。

这篇简介只用到了 Autoconf 及 Automake 的皮毛罢了，如果你有心加入Open Source 软体开发的行列，希望这篇文件能帮助你对产生 Makefile有个简单的依据。其它有关开发 GNU 程式或 C 程式设计及 Makefile 的详细运用及技巧，我建议你从 GNU Coding Standards3 (GNU 编码标准规定) 读起，里面包含了 GNU Makefile 惯例，还有发展 GNU 软体套件的标准程序和惯例。这些 GNU 软体的线上说明文件可以在 http://www.gnu.org/ 这个网站上找到。