作为Linux下的程序开发人员，大家一定都遇到过Makefile，用make命令来编译自己写的程序确实是很方便。一般情况下，大家都是手工写一个简单Makefile，如果要想写出一个符合自由软件惯例的Makefile就不那么容易了。
在本文中，将给大家介绍如何使用autoconf和automake两个工具来帮助我们自动地生成符合自由软件惯例的Makefile，这样就可以象常见的GNU程序一样，只要使用“./configure”，“make”，“make instal”就可以把程序安装到Linux系统中去了。这将特别适合想做开放源代码软件的程序开发人员，又或如果你只是自己写些小的Toy程序，那么这个文章对你也会有很大的帮助。
一、Makefile介绍
Makefile是用于自动编译和链接的，一个工程有很多文件组成，每一个文件的改变都会导致工程的重新链接，但是不是所有的文件都需要重新编译，Makefile中纪录有文件的信息，在make时会决定在链接的时候需要重新编译哪些文件。
Makefile的宗旨就是：让编译器知道要编译一个文件需要依赖其他的哪些文件。当那些依赖文件有了改变，编译器会自动的发现最终的生成文件已经过时，而重新编译相应的模块。
Makefile的基本结构不是很复杂，但当一个程序开发人员开始写Makefile时，经常会怀疑自己写的是否符合惯例，而且自己写的Makefile经常和自己的开发环境相关联，当系统环境变量或路径发生了变化后，Makefile可能还要跟着修改。这样就造成了手工书写Makefile的诸多问题，automake恰好能很好地帮助我们解决这些问题。
使用automake，程序开发人员只需要写一些简单的含有预定义宏的文件，由autoconf根据一个宏文件生成configure，由automake根据另一个宏文件生成Makefile.in，再使用configure依据Makefile.in来生成一个符合惯例的Makefile。下面我们将详细介绍Makefile的automake生成方法。
二、使用的环境
本文所提到的程序是基于Linux发行版本：Fedora Core release 1，它包含了我们要用到的autoconf，automake。
三、从helloworld入手
我们从大家最常使用的例子程序helloworld开始。
下面的过程如果简单地说来就是：
新建三个文件：
helloworld.c
configure.in
Makefile.am
然后执行：
| aclocal; autoconf; automake --add-missing; ./configure; make; ./helloworld |
就可以看到Makefile被产生出来，而且可以将helloworld.c编译通过。
很简单吧，几条命令就可以做出一个符合惯例的Makefile，感觉如何呀。
现在开始介绍详细的过程：
1、建目录
在你的工作目录下建一个helloworld目录，我们用它来存放helloworld程序及相关文件，如在/home/my/build下：
| $ mkdir helloword $ cd helloworld |
2、 helloworld.c
然后用你自己最喜欢的编辑器写一个hellowrold.c文件，如命令：vi helloworld.c。使用下面的代码作为helloworld.c的内容。
| int main(int argc, char** argv) { printf("Hello, Linux World! "); return 0; } |
完成后保存退出。
现在在helloworld目录下就应该有一个你自己写的helloworld.c了。
3、生成configure
我们使用autoscan命令来帮助我们根据目录下的源代码生成一个configure.in的模板文件。
命令：
| $ autoscan $ ls configure.scan helloworld.c |
执行后在hellowrold目录下会生成一个文件：configure.scan，我们可以拿它作为configure.in的蓝本。
现在将configure.scan改名为configure.in，并且编辑它，按下面的内容修改，去掉无关的语句：
| ============================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========================================= |
然后执行命令aclocal和autoconf，分别会产生aclocal.m4及configure两个文件：
| $ 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内容是一些宏定义，这些宏经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。
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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、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 |
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
autoconf是用来产生configure文件的。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) |
这个宏是必须的，它描述了我们将要生成的软件包的名字及其版本号：PACKAGE是软件包的名字，VERSION是版本号。当你使用make dist命令时，它会给你生成一个类似helloworld-1.0.tar.gz的软件发行包，其中就有对应的软件包的名字和版本号。
AC_PROG_CC
这个宏将检查系统所用的C编译器。
AC_OUTPUT(FILE)
这个宏是我们要输出的Makefile的名字。
我们在使用automake时，实际上还需要用到其他的一些宏，但我们可以用aclocal 来帮我们自动产生。执行aclocal后我们会得到aclocal.m4文件。
产生了configure.in和aclocal.m4 两个宏文件后，我们就可以使用autoconf来产生configure文件了。
5、 Makefile.am
Makefile.am是用来生成Makefile.in的，需要你手工书写。Makefile.am中定义了一些内容：
AUTOMAKE_OPTIONS
这个是automake的选项。在执行automake时，它会检查目录下是否存在标准GNU软件包中应具备的各种文件，例如AUTHORS、ChangeLog、NEWS等文件。我们将其设置成foreign时，automake会改用一般软件包的标准来检查。
bin_PROGRAMS
这个是指定我们所要产生的可执行文件的文件名。如果你要产生多个可执行文件，那么在各个名字间用空格隔开。
helloworld_SOURCES
这个是指定产生“helloworld”时所需要的源代码。如果它用到了多个源文件，那么请使用空格符号将它们隔开。比如需要helloworld.h，helloworld.c那么请写成helloworld_SOURCES= helloworld.h helloworld.c。
如果你在bin_PROGRAMS定义了多个可执行文件，则对应每个可执行文件都要定义相对的filename_SOURCES。
6、 automake
我们使用automake --add-missing来产生Makefile.in。
选项--add-missing的定义是“add missing standard files to package”，它会让automake加入一个标准的软件包所必须的一些文件。
我们用automake产生出来的Makefile.in文件是符合GNU Makefile惯例的，接下来我们只要执行configure这个shell 脚本就可以产生合适的 Makefile 文件了。
7、 Makefile
在符合GNU Makefiel惯例的Makefile中，包含了一些基本的预先定义的操作：
make
根据Makefile编译源代码，连接，生成目标文件，可执行文件。
make clean
清除上次的make命令所产生的object文件（后缀为“.o”的文件）及可执行文件。
make install
将编译成功的可执行文件安装到系统目录中，一般为/usr/local/bin目录。
make dist
产生发布软件包文件（即distribution package）。这个命令将会将可执行文件及相关文件打包成一个tar.gz压缩的文件用来作为发布软件的软件包。
它会在当前目录下生成一个名字类似“PACKAGE-VERSION.tar.gz”的文件。PACKAGE和VERSION，是我们在configure.in中定义的AM_INIT_AUTOMAKE(PACKAGE, VERSION)。
make distcheck
生成发布软件包并对其进行测试检查，以确定发布包的正确性。这个操作将自动把压缩包文件解开，然后执行configure命令，并且执行make，来确认编译不出现错误，最后提示你软件包已经准备好，可以发布了。
| =============================================== helloworld-1.0.tar.gz is ready for distribution =============================================== make distclean |
类似make clean，但同时也将configure生成的文件全部删除掉，包括Makefile。
Configure.in的八股文
当我们利用autoscan工具生成confiugre.scan文件时，我们需要将confiugre.scan重命名为confiugre.in文件。confiugre.in调用一系列autoconf宏来测试程序需要的或用到的特性是否存在，以及这些特性的功能。
下面我们就来目睹一下confiugre.scan的庐山真面目：
# Process this file with autoconf to produce a configure script. AC_PREREQ(2.59) AC_INIT(FULL-PACKAGE-NAME, VERSION, BUG-REPORT-ADDRESS) AC_CONFIG_SRCDIR([config.h.in]) AC_CONFIG_HEADER([config.h]) # Checks for programs. AC_PROG_CC # Checks for libraries. # FIXME: Replace `main' with a function in `-lpthread': AC_CHECK_LIB([pthread], [main]) # Checks for header files. # Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics. # Checks for library functions. AC_OUTPUT
每个configure.scan文件都是以AC_INIT开头，以AC_OUTPUT结束。我们不难从文件中看出confiugre.in文件的一般布局：
AC_INIT 测试程序 测试函数库 测试头文件 测试类型定义 测试结构 测试编译器特性 测试库函数 测试系统调用 AC_OUTPUT
上面的调用次序只是建议性质的，但我们还是强烈建议不要随意改变对宏调用的次序。
现在就开始修改该文件：
$mv configure.scan configure.in $vim configure.in
修改后的结果如下：
# -*- Autoconf -*- # Process this file with autoconf to produce a configure script. AC_PREREQ(2.59) AC_INIT(test, 1.0, normalnotebook@126.com) AC_CONFIG_SRCDIR([src/ModuleA/apple/core/test.c]) AM_CONFIG_HEADER(config.h) AM_INIT_AUTOMAKE(test,1.0) # Checks for programs. AC_PROG_CC # Checks for libraries. # FIXME: Replace `main' with a function in `-lpthread': AC_CHECK_LIB([pthread], [pthread_rwlock_init]) AC_PROG_RANLIB # Checks for header files. # Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics. # Checks for library functions. AC_OUTPUT([Makefile src/lib/Makefile src/ModuleA/apple/core/Makefile src/ModuleA/apple/shell/Makefile ])
其中要将AC_CONFIG_HEADER([config.h])修改为：AM_CONFIG_HEADER(config.h), 并加入AM_INIT_AUTOMAKE(test,1.0)。由于我们的测试程序是基于多线程的程序，所以要加入AC_PROG_RANLIB，不然运行automake命令时会出错。在AC_OUTPUT输入要创建的Makefile文件名。
由于我们在程序中使用了读写锁，所以需要对库文件进行检查，即AC_CHECK_LIB([pthread], [main])，该宏的含义如下：
其中，LIBS是link的一个选项，详细请参看后续的Makefile文件。由于我们在程序中使用了读写锁，所以我们测试pthread库中是否存在pthread_rwlock_init函数。
由于我们是基于deep类型来创建makefile文件，所以我们需要在四处创建Makefile文件。即：project目录下，lib目录下，core和shell目录下。
Autoconf提供了很多内置宏来做相关的检测，限于篇幅关系，我们在这里对其他宏不做详细的解释，具体请参看参考文献1和参考文献2，也可参看autoconf信息页。
实战Makefile.am
Makefile.am是一种比Makefile更高层次的规则。只需指定要生成什么目标，它由什么源文件生成，要安装到什么目录等构成。
表一列出了可执行文件、静态库、头文件和数据文件，四种书写Makefile.am文件个一般格式。
表 1Makefile.am一般格式
对于可执行文件和静态库类型，如果只想编译，不想安装到系统中，可以用noinst_PROGRAMS代替bin_PROGRAMS，noinst_LIBRARIES代替lib_LIBRARIES。
Makefile.am还提供了一些全局变量供所有的目标体使用：
表 2 Makefile.am中可用的全局变量
在Makefile.am中尽量使用相对路径，系统预定义了两个基本路径：
表 3Makefile.am中可用的路径变量
在上文中我们提到过安装路径，automake设置了默认的安装路径：
1) 标准安装路径
默认安装路径为：$(prefix) = /usr/local，可以通过./configure --prefix=<new_path>的方法来覆盖。
其它的预定义目录还包括：bindir = $(prefix)/bin, libdir = $(prefix)/lib, datadir = $(prefix)/share, sysconfdir = $(prefix)/etc等等。
2) 定义一个新的安装路径
比如test, 可定义testdir = $(prefix)/test, 然后test_DATA =test1 test2，则test1，test2会作为数据文件安装到$(prefix)/ /test目录下。
我们首先需要在工程顶层目录下（即project/）创建一个Makefile.am来指明包含的子目录：
SUBDIRS=src/lib src/ModuleA/apple/shell src/ModuleA/apple/core CURRENTPATH=$(shell /bin/pwd) INCLUDES=-I$(CURRENTPATH)/src/include -I$(CURRENTPATH)/src/ModuleA/apple/include export INCLUDES
由于每个源文件都会用到相同的头文件，所以我们在最顶层的Makefile.am中包含了编译源文件时所用到的头文件，并导出，见蓝色部分代码。
我们将lib目录下的swap.c文件编译成libswap.a文件，被apple/shell/apple.c文件调用，那么lib目录下的Makefile.am如下所示：
noinst_LIBRARIES=libswap.a libswap_a_SOURCES=swap.c INCLUDES=-I$(top_srcdir)/src/includ
细心的读者可能就会问：怎么表1中给出的是bin_LIBRARIES，而这里是noinst_LIBRARIES？这是因为如果只想编译，而不想安装到系统中，就用noinst_LIBRARIES代替bin_LIBRARIES，对于可执行文件就用noinst_PROGRAMS代替bin_PROGRAMS。对于安装的情况，库将会安装到$(prefix)/lib目录下，可执行文件将会安装到${prefix}/bin。如果想安装该库，则Makefile.am示例如下：
bin_LIBRARIES=libswap.a libswap_a_SOURCES=swap.c INCLUDES=-I$(top_srcdir)/src/include swapincludedir=$(includedir)/swap swapinclude_HEADERS=$(top_srcdir)/src/include/swap.h
最后两行的意思是将swap.h安装到${prefix}/include /swap目录下。
接下来，对于可执行文件类型的情况，我们将讨论如何写Makefile.am？对于编译apple/core目录下的文件，我们写成的Makefile.am如下所示：
noinst_PROGRAMS=test test_SOURCES=test.c test_LDADD=$(top_srcdir)/src/ModuleA/apple/shell/apple.o $(top_srcdir)/src/lib/libswap.a test_LDFLAGS=-D_GNU_SOURCE DEFS+=-D_GNU_SOURCE #LIBS=-lpthread
由于我们的test.c文件在链接时，需要apple.o和libswap.a文件，所以我们需要在test_LDADD中包含这两个文件。对于Linux下的信号量/读写锁文件进行编译，需要在编译选项中指明-D_GNU_SOURCE。所以在test_LDFLAGS中指明。而test_LDFLAGS只是链接时的选项，编译时同样需要指明该选项，所以需要DEFS来指明编译选项，由于DEFS已经有初始值，所以这里用+=的形式指明。从这里可以看出，Makefile.am中的语法与Makefile的语法一致，也可以采用条件表达式。如果你的程序还包含其他的库，除了用AC_CHECK_LIB宏来指明外，还可以用LIBS来指明。
如果你只想编译某一个文件，那么Makefile.am如何写呢？这个文件也很简单，写法跟可执行文件的差不多，如下例所示：
noinst_PROGRAMS=apple apple_SOURCES=apple.c DEFS+=-D_GNU_SOURCE
我们这里只是欺骗automake，假装要生成apple文件，让它为我们生成依赖关系和执行命令。所以当你运行完automake命令后，然后修改apple/shell/下的Makefile.in文件，直接将LINK语句删除，即：
……. clean-noinstPROGRAMS: -test -z "$(noinst_PROGRAMS)" || rm -f $(noinst_PROGRAMS) apple$(EXEEXT): $(apple_OBJECTS) $(apple_DEPENDENCIES) @rm -f apple$(EXEEXT) #$(LINK) $(apple_LDFLAGS) $(apple_OBJECTS) $(apple_LDADD) $(LIBS) …….
通过上述处理，就可以达到我们的目的。从图1中不难看出为什么要修改Makefile.in的原因，而不是修改其他的文件。
五、结束语
通过上面的介绍，你应该可以很容易地生成一个你自己的符合GNU惯例的Makefile文件及对应的项目文件。
如果你想写出更复杂的且符合惯例的Makefile，你可以参考一些开放代码的项目中的configure.in和Makefile.am文件，比如：嵌入式数据库sqlite，单元测试cppunit。