Makefile文件编写和autotools的使用

在Linux或Unix环境下，对于只含有几个源代码文件的小程序（如hello.c）的编译，可以手工键入gcc命令对源代码文件逐个进行编译；然而在大型的项目开发中，可能涉及几十到几百个源文件，采用手工键入的方式进行编译，则非常不方便，而且一旦修改了源代码，尤其头文件发生了的修改，采用手工方式进行编译和维护的工作量相当大，而且容易出错。所以在Linux或Unix环境下，人们通常利用GNU make工具来自动完成应用程序的维护和编译工作。实际上，GNU make工具通过一个称为Makefile的文件来完成对应用程序的自动维护和编译工作。Makefile是按照某种脚本语法编写的文本文件，而GNU make能够对Makefile中指令进行解释并执行编译操作。Makefile文件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。GNU make工作时的执行步骤如下：

1. 读入所有的Makefile。
2. 读入被include的其它Makefile。
3. 初始化文件中的变量。
4. 推导隐晦规则，并分析所有规则。
5. 为所有的目标文件创建依赖关系链。
6. 根据依赖关系，决定哪些目标要重新生成。
7. 执行生成命令。

1-5步为第一个阶段，6-7为第二个阶段。第一个阶段中，如果定义的变量被使用了，那么，make会把其展开在使用的位置。但make并不会完全马上展开，make使用的是拖延战术，如果变量出现在依赖关系的规则中，那么仅当这条依赖被决定要使用了，变量才会在其内部展开。下面对makefile的相关问题进行简单介绍。

Makefile的基本结构

Makefile的一般结构：

target……：dependency……
command……

结构中各部分的含义：
1. target（目标）：一个目标文件，可以是Object文件，也可以是执行文件。还可以是一个标签（Label）。
2. dependency（依赖）：要生成目标文件（target）所依赖哪些文件
3. command（命令）：创建项目时需要运行的shell命令（注：命令（command）部分的每行的缩进必须要使用Tab而不能使用多个空格）。

Makefile实际上是一个文件的依赖关系，也就是说， target这一个或多个的目标文件依赖于dependency中的文件，其生成规则定义在命令command中。如果依赖文件（dependency）中有一个以上的文件比目标（target）文件要新的话，shell命令（command）所定义的命令就会被执行。这就是Makefile的规则。也就是Makefile中最核心的内容。

例如，假设有一个C源文件test.c，该源文件包含有自定义的头文件test.h，则目标文件test.o明确依赖于两个源文件：test.c和test.h。如果只希望利用gcc命令来生成test.o目标文件，这时，就可以利用如下的makefile来定义test.o的创建规则：

#This makefile just is a example. 
test.o: test.c test.h
    gcc –c test.c

从上面的例子注意到，第一个字符为#的行表示注释行。第一个非注释行指定test.o为目标，并且依赖于test.c和test.h文件。随后的行指定了如何从目标所依赖的文件建立目标。

当test.c或test.h文件在编译之后又被修改，则make工具可自动重新编译test.o，如果在前后两次编译之间，test.c和test.h均没有被修改，而且test.o还存在的话，就没有必要重新编译。这种依赖关系在多源文件的程序编译中尤其重要。通过这种依赖关系的定义，make工具可避免许多不必要的编译工作。

一个makefile文件中可定义多个目标，利用make target命令可指定要编译的目标，如果不指定目标，则使用第一个目标。通常，makefile中定义有clean目标，可用来清除编译过程中的中间文件

# This makefile just is a example. 
test.o: test.c test.h
    gcc -c  test.c
clean:
    rm -f *.o

运行make clean时，执行rm –f *.o命令，删除编译过程中生成的所有中间文件。

Makefile的基本内容

Makefile一般包括包含：显式规则、隐晦规则、变量定义、文件指示和注释等五个内容。
1. 显式规则：显式规则说明如何生成一个或多个的目标文件。这是由Makefile的书写者明显指出，要生成的文件，文件的依赖文件，生成的命令。
2. 变量定义。在Makefile中可以定义一系列的变量，变量一般都是字符串，当Makefile被执行时，变量的值会被扩展到相应的引用位置上。
3. 隐含规则：由于GNU make具有自动推导功能，所以隐晦规则可以比较粗糙地简略地书写Makefile，然后由GNU make的自动推导功能完成隐晦规则的内容。
4. 文件指示。其包括了三个部分，一个是在一个Makefile中引用另一个Makefile，就像C语言中的include一样；另一个是指根据某些情况指定Makefile中的有效部分，就像C语言中的预编译#if一样；还有就是定义一个多行的命令。
5. 注释。Makefile中只有行注释，和UNIX的Shell脚本一样，其注释是用“#”字符，如果你要在你的Makefile中使用“#”字符，可以用反斜框进行转义，如：“\#”。

Makefile中的变量

1. Makefile中定义的变量，与C/C++语言中的宏一样，代表一个文本字串，在Makefile被执行时候变量会自动地展开在所使用的地方。Makefile中的变量可以使用在“目标”，“依赖目标”，“命令”或Makefile的其它部分中。
2. Makefile中变量的命名字可以包含字符、数字，下划线（可以是数字开头），但不应该含有“:”、“#”、“=”或是空字符（空格、回车等）。
3. Makefile中变量是大小写敏感的，“foo”、“Foo”和“FOO”是三个不同的变量名。传统的Makefile的变量名是全大写的命名方式
4. 变量在声明时需要给予初值，而在使用时，需要在变量名前加上“$”符号

# makefile test for hello program
#written by Emdoor
CC=gcc
CFLAGS=
OBJS=hello.o
all: hello
hello: $(OBJS)
    $(CC) $(CFLAGS) $(OBJS) –o hello
hello.o: hello.c
    $(CC) $(CFLAGS) –c hello.c –o $(OBJS)
clean:
    rm –rf hello *.o

上面自定义变量OBJS表示hello.o，当makefile被执行时，变量会在使用它的地方精确地展开，就像C/C++中的宏一样。上述makfile变量展开后的形式为：

# makefile test for hello program
#written by Emdoor
CC=gcc
CFLAGS=
OBJS=hello.o
all: hello
hello: hello.o
    gcc  hello.o –o hello
hello.o: hello.c
    gcc –c hello.c –o  hello.o
clean:
    rm –rf hello *.o

GNU make的主要预定义变量

GNU make 有许多预定义的变量，这些变量具有特殊的含义，可在规则中使用。以下给出了一些主要的预定义变量，除这些变量外，GNU make 还将所有的环境变量作为自己的预定义变量。

$@ ——表示规则中的目标文件集。在模式规则中，如果有多个目标，那么，"$@"就是匹配于目标中模式定义的集合。

$% ——仅当目标是函数库文件中，表示规则中的目标成员名。例如，如果一个目标是"foo.a(bar.o)"，那么，"$%"就是"bar.o"，"$@"就是"foo.a"。如果目标不是函数库文件（Unix下是[.a]，Windows下是[.lib]），那么，其值为空。

$< ——依赖目标中的第一个目标名字。如果依赖目标是以模式（即"%"）定义的，那么"$<"将是符合模式的一系列的文件集。注意，其是一个一个取出来的。

$? ——所有比目标新的依赖目标的集合。以空格分隔。

$^ ——所有的依赖目标的集合。以空格分隔。如果在依赖目标中有多个重复的，那个这个变量会去除重复的依赖目标，只保留一份。

$+ ——这个变量很像"$^"，也是所有依赖目标的集合。只是它不去除重复的依赖目标。

命令的变量

AR  函数库打包程序。默认命令是“ar”。 
AS    汇编语言编译程序。默认命令是“as”。
CC  C语言编译程序。默认命令是“cc”。
CXX  C++语言编译程序。默认命令是“g++”。
CO    从 RCS文件中扩展文件程序。默认命令是“co”。
CPP C程序的预处理器（输出是标准输出设备）。默认命令是“$(CC) –E”。
FC  Fortran 和 Ratfor 的编译器和预处理程序。默认命令是“f77”。
GET 从SCCS文件中扩展文件的程序。默认命令是“get”。 
LEX  Lex方法分析器程序（针对于C或Ratfor）。默认命令是“lex”。
PC    Pascal语言编译程序。默认命令是“pc”。
YACC    Yacc文法分析器（针对于C程序）。默认命令是“yacc”。
YACCR    Yacc文法分析器（针对于Ratfor程序）。默认命令是“yacc –r”。
MAKEINFO    转换Texinfo源文件（.texi）到Info文件程序。默认命令是“makeinfo”。
TEX    从TeX源文件创建TeX DVI文件的程序。默认命令是“tex”。
TEXI2DVI    从Texinfo源文件创建军TeX DVI 文件的程序。默认命令是“texi2dvi”。
WEAVE    转换Web到TeX的程序。默认命令是“weave”。
CWEAVE     转换C Web 到 TeX的程序。默认命令是“cweave”。
TANGLE    转换Web到Pascal语言的程序。默认命令是“tangle”。
CTANGLE    转换C Web 到 C。默认命令是“ctangle”。
RM  删除文件命令。默认命令是“rm –f”。

命令参数变量

下面的这些变量都是相关上面的命令的参数。如果没有指明其默认值，那么其默认值都是空。
ARFLAGS     函数库打包程序AR命令的参数。默认值是“rv”。
ASFLAGS     汇编语言编译器参数。（当明显地调用“.s”或“.S”文件时）。 
CFLAGS     C语言编译器参数。
CXXFLAGS     C++语言编译器参数。
COFLAGS     RCS命令参数。 
CPPFLAGS     C预处理器参数。（ C 和 Fortran 编译器也会用到）。
FFLAGS    Fortran语言编译器参数。
GFLAGS     SCCS “get”程序参数。
LDFLAGS    链接器参数。（如：“ld”）
LFLAGS     Lex文法分析器参数。
PFLAGS Pascal语言编译器参数。
RFLAGS     Ratfor 程序的Fortran 编译器参数。
YFLAGS     Yacc文法分析器参数。 

隐含规则

GNU make 包含有一些内置的或隐含的规则，这些规则定义了如何从不同的依赖文件建立特定类型的目标。 
GNU make 支持两种类型的隐含规则：
1. 后缀规则（Suffix Rule）。后缀规则是定义隐含规则的老风格方法。后缀规则定义了将一个具有某个后缀的文件（例如，.c 文件）转换为具有另外一种后缀的文件（例如，.o 文件）的方法。每个后缀规则以两个成对出现的后缀名定义，例如，将 .c 文件转换为 .o 文件的后缀规则可定义为： 
.c.o: 
$(CC) $(CCFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $< 
2. 模式规则（pattern rules）。这种规则更加通用，因为可以利用模式规则定义更加复杂的依赖性规则。模式规则看起来非常类似于正则规则，但在目标名称的前面多了一个 % 号，同时可用来定义目标和依赖文件之间的关系，例如下面的模式规则定义了如何将任意一个 X.c 文件转换为 X.o 文件： 
%.c:%.o 
$(CC) $(CCFLAGS) $(CPPFLAGS) -c -o $@ $<

运行 make

一般来说，最简单的就是直接在命令行下输入make命令，GNU make找寻默认的Makefile的规则是在当前目录下依次找三个文件——“GNUmakefile”、“makefile”和“Makefile”。其按顺序找这三个文件，一旦找到，就开始读取这个文件并执行，也可以给make命令指定一个特殊名字的Makefile。要达到这个功能，要求使用make的“-f”或是“- -file”参数，例如特殊名字为makefile1，则命令为：make –f makefile1

autotools原理

Makefile固然可以帮助make完成它的使命，但要编写Makefile确实不是一件轻松的事，尤其对于一个较大的项目而言更是如此。那么，有没有一种轻松的手段生成Makefile而同时又能让我们享受make的优越性呢？本实验要讲autotools系列工具正是为此而设的，它只需用户输入简单的目标文件、依赖文件、文件目录等就可以轻松地生成Makefile了，这无疑是广大用户的所希望的。另外，这些工具还可以完成系统配置信息的收集，从而可以方便地处理各种移植性的问题。也正是基于此，现在Linux上的软件开发一般都用autotools来制作Makefile。

一、什么是GNU autotools
GNU autotools主要包括下面三个工具：
Autoconf – 这个工具用来生成configure脚本。就像前面提到的，这个脚本主要用来分析你的系统以找到合适的工具和库。譬如:你的系统的C编译器是“cc”还是“gcc”？
Automake – 这个工具用来生成Makefiles。它需要使用到Autoconf提供的信息。譬如，如果Autoconf检测到你的系统使用“gcc”，那Makefile就使用gcc作为C编译器。反之，如果找到“cc”，那就使用“cc”。
Libtools – 这个工具创建共享库。它是平台无关的。

二、autotools使用流程

autotools是系列工具，首先要确认系统是否装了以下工具（可以用which命令进行查看）。

aclocal
autoscan
autoconf
autoheader
automake

使用autotools主要就是利用各个工具的脚本文件以生成最后的Makefile。其总体流程是这样的：
1）使用aclocal生成一个“aclocal.m4”文件，该文件主要处理本地的宏定义；
2）改写“configure.scan”文件，并将其重命名为“configure.in”，并使用autoconf文件生成configure文件。

使用autotools自动生成makefile文件

利用文本编辑器创建hello.c、hello.h文件

//hello.c
//written by Emdoor
int main()
{
    printf("Welcome Emdoor!\n");
    return 1;
}
//hello.h
#include <stdio.h>

使用autoscan生成configure.scan

编辑configure.scan，修改相关内容，并将其重命名为configure.in

使用aclocal生成aclocal.m4

使用autoconf生成configure

使用autoheader生成config.h.in

编辑makefile.am

这一步是创建Makefile很重要的一步，automake要用的脚本配置文件是makefile.am，用户需要自己创建这个文件。之后，automake工具将其转换成makefile.in

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

使用automake生成makefile.in

automake
automake –a

使用configure生成makefile

./configure

在这一步中，通过运行自动配置设置文件configure，把makefile.in变成了最终的makefile

使用make生成hello可执行文件

./hello

使用make install将hello安装到系统目录下

make install
hello

使用make dist生成hello压缩包

解压hello压缩包

tar -xzf hello-1.0.tar.gz

进入解压目录,在该目录下安装hello软件

cd ./hello-1.0
./configure
make
./hello
make install
hello

差不多就这么多了，其实都是嵌入式实验的一部分内容，记下了仅作回忆。