經(jīng)常使用Linux的開發(fā)人員或者運維人員，可能對configure->make->make install相當熟悉。事實上，這叫GNU構建系統(tǒng)，利用腳本和make程序在特定平臺上構建軟件。這種方式成為一種習慣，被廣泛使用。本文從用戶視角和開發(fā)者視角詳細說明，這種構建方式的細節(jié)，以及開發(fā)者如何利用autoconf和automake等工具(autotools)創(chuàng)建兼容GNU構建系統(tǒng)的項目。

為了簡化可移植構建的難度，在早期有一套autotools工具幫助程序員構建軟件。我們熟知的configure->make->make install三部曲，大多都是基于autotools來構建的。autotools是GNU程序的標準構建系統(tǒng)，所以其實我們經(jīng)常在使用三部曲。有些程序雖然也是這三部曲，但卻不是用autotools實現(xiàn)的，比如nginx的源碼就是作者自己編寫的構建程序。

用戶視角

用戶通過configure->make->make install基于源碼安裝軟件。然而大部分用戶可能并不知道這個過程究竟做了些什么。

configure腳本是由軟件開發(fā)者維護并發(fā)布給用戶使用的shell腳本。這個腳本的作用是檢測系統(tǒng)環(huán)境，最終目的是生成Makefile和config.h。

make通過讀取Makefile文件，開始構建軟件。而make install可以將軟件安裝到需要安裝的位置。

如上圖，開發(fā)者在分發(fā)源碼包時，除了源代碼(.c .h…)，還有許多用以支撐軟件構建的文件和工具，其中最重要的文件就是Makefile.in和config.h.in。configure腳本執(zhí)行成功后，將為每一個*.in文件處理成對應的非*.in文件。

大部分情況只生成Makefile和config.h，因為Makefile用于make程序識別并構建軟件，而config.h中定義的宏，有助于軟件通過預編譯來改變自身的代碼，以適應目標平臺某些特殊性。有些軟件在configure階段，還可以生成其他文件，這完全取決于如軟件本身。

configure

當運行configure時，將看到類似如下的系統(tǒng)檢查，這些檢查的多少取決于軟件本身的需要，也就是由軟件開發(fā)者來定義和編寫的。

checking for a BSD-compatible install... /usr/bin/install -c 
checking whether build environment is sane... yes 
checking for a thread-safe mkdir -p... /bin/mkdir -p 
checking for gawk... gawk 
checking whether make sets $(MAKE)... yes 
checking for gcc... gcc 
checking for C compiler default output file name... a.out 
...  

一般來說，configure主要檢查當前目標平臺的程序、庫、頭文件、函數(shù)等的兼容性。這些檢查結(jié)果將作用于config.h和Makefile文件的生成。從而影響最終的編譯。

用戶也可以通過給configure配置參數(shù)來定制軟件需要包含或不需要包含的組件、安裝路徑等行為。這些參數(shù)分為5組，可以通過執(zhí)行./configure --help來查看，軟件提供哪些配置參數(shù)：

• *安裝路徑相關配置。最常見的是--prefix。
• *程序名配置。例如--program-suffix可用于為生成的程序添加后綴。
• *跨平臺編譯。不太常用。
• *動態(tài)庫靜態(tài)庫選項。用于控制是否生成某種類型的庫文件。
• 程序組件選項。用于配置程序是否將某種功能編譯到程序中，一般形如--with-xxx。這可能是最常用的配置，而且由軟件開發(fā)者來定義。

(*表示這是幾乎所有軟件都支持的配置，因為這些配置是autotool生成的configure腳本默認支持的。)

configure在執(zhí)行過程中，除了生成Makefile外，還會生成的文件包括但不限于：

• config.log 日志文件
• config.cache 緩存，以提高下一次configure的速度，需通過-C來指定才會生成
• config.status 實際調(diào)用編譯工具構建軟件的shell腳本

如果軟件通過libtool構建，還會生成libtool腳本。關于libtool腳本如何生成，請看開發(fā)者視角。

configure經(jīng)常會中途出錯，這一般是由于當前平臺不具有構建該軟件所必需的依賴(庫、函數(shù)、頭文件、程序…)。此時，不要慌張，仔細查看輸出，解決這些依賴。

開發(fā)者視角

開發(fā)者除了編寫軟件本身的代碼外，還需要負責生成構建軟件所需要文件和工具。當我接觸到autotools后，我發(fā)現(xiàn)，雖然有工具的幫助，但這件事情依舊十分復雜。

對于C或C++程序員，在早期，構建跨平臺的應用程序是相當繁瑣的一件事情，而且對于經(jīng)驗不足的程序員而言，甚至難度巨大。因為構建可移植的程序的必要前提是對各個平臺足夠了解，這往往要花上相當長的時間去積累。

Unix系統(tǒng)的分支復雜度很高，不同的商用版或開源版或多或少都有差異。這些差異主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)組件、系統(tǒng)調(diào)用。我們主要將Unix分為如下幾個大類：IBM-AIX HP-UX Apple-DARWIN Solaris Linux FreeBSD。Unix分支大全

因此，對于開發(fā)者而言，要么自己編寫構建用的腳本，這往往需要極其扎實的shell能力和平臺熟悉度。另一個選擇就是部分依賴工具。autoconf和automake就是這樣的工具。

autoreconf

為了生成configure腳本和Makefile.in等文件，開發(fā)者需要創(chuàng)建并維護一個configure.ac文件(在早期，通常叫configure.in文件，雖然沒有區(qū)別，但強烈建議使用.ac，因為.in文件往往意味著被configure腳本識別為模板文件并生成直接參與最終構建的文件，configure.in在命名上有歧義),以及一系列的Makefile.am。autoreconf程序能夠自動按照合理的順序調(diào)用autoconf automake aclocal等程序。

configure.ac

configure.ac用于生成configure腳本。autoconf工具用來完成這一步。下面是一個configure.ac的例子：

AC_PREREQ([2.63]) 
AC_INIT([st], [1.0], [zhoupingtkbjb@163.com]) 
AC_CONFIG_SRCDIR([src/main.c]) 
AC_CONFIG_HEADERS([src/config.h]) 
 
AM_INIT_AUTOMAKE([foreign]) 
 
 
# Checks for programs. 
AC_PROG_CC 
AC_PROG_LIBTOOL 
 
# Checks for libraries. 
 
# Checks for header files. 
 
# Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics. 
 
# Checks for library functions. 
 
AC_CONFIG_FILES([Makefile 
                 src/Makefile 
                 src/a/Makefile 
                 src/b/Makefile]) 
AC_OUTPUT  

其中以AC_開頭的類似函數(shù)調(diào)用一樣的代碼，實際是一些被稱為“宏”的調(diào)用。這里的宏與C中的宏概念類似，會被替換展開。m4是一個經(jīng)典的宏工具，autoconf正是構建在m4之上，可以理解為autoconf預先實現(xiàn)了大量的，用于檢測系統(tǒng)可移植性的宏，這些宏在展開后就是大量的shell腳本。所以編寫configure.ac需要對這些宏熟練掌握，并且合理調(diào)用。有時，甚至可以自己實現(xiàn)自己的宏。

autoscan和configure.scan

可以通過調(diào)用autoscan命令得到一個初始化的configure.scan文件，然后重命名為configure.ac后，在此基礎上編輯configure.ac。autoscan會掃描源碼，并生成一些通用的宏調(diào)用、輸入的聲明以及輸出的聲明。盡管autoscan十分方便，但是沒人能夠在構建之前，就把代碼完全寫好，因此autoscan通常用于初始化configure.ac。

autoheader和config.h

autoheader命令掃描configure.ac中的內(nèi)容，并確定需要如何生成config.h.in。每當configure.ac有所變化，都可以通過再次執(zhí)行autoheader更新config.h.in。在configure.ac通過AC_CONFIG_HEADERS([config.h])告訴autoheader應當生成config.h.in的路徑。在實際的編譯階段，生成的編譯命令會加上-DHAVE_CONFIG_H定義宏，于是在代碼中，我們可以通過下面代碼安全的引用config.h。

/bin/sh ../../libtool --tag=CC   --mode=compile gcc -DHAVE_CONFIG_H ... 
#ifdef HAVE_CONFIG_H 
#include <config.h> 
#endif  

config.h包含了大量的宏定義，其中包括軟件包的名字等信息，程序可以直接使用這些宏;更重要的是，程序可以根據(jù)其中的對目標平臺的可移植性相關的宏，通過條件編譯，動態(tài)的調(diào)整編譯行為。

automake和Makfile.am

手工編寫Makefile是一件相當煩瑣的事情，而且，如果項目復雜的話，編寫難度將越來越大。因而，automake工具應運而生。我們可以編寫像下面這樣的Makefile.am文件，并依靠automake來生成Makefile.in：

SUBDIRS = a b 
bin_PROGRAMS    = st 
st_SOURCES      = main.c 
st_LDADD        = $(top_builddir)/src/a/liba.la $(top_builddir)/src/b/libb.la   

這里通過SUBDIRS聲明了兩個子目錄，子目錄的中的構建需要靠a/Makefile.am和b/Makefile.am來進行，這樣多目錄組織起來就方便多了。

bin_PROGRAMS聲明一個可執(zhí)行文件目標，st_SOURCES指定這個目標所依賴的源代碼文件。另外，st_LDADD聲明了可執(zhí)行文件在連接時，需要依賴的Libtool庫文件。

通過這個Makefile.am文件生成的Makefile.in文件相當大，不便貼出，但是可以想象，Makefile.in要比我們手工編寫的Makefile文件復雜的多。

automake的出現(xiàn)晚于autoconf，所以automake是作為autoconf的擴展來實現(xiàn)的。通過在configure.ac中聲明AM_INIT_AUTOMAKE告訴autoconf需要配置和調(diào)用automake。

aclocal

上面提到，configure.ac實際是依靠宏展開來得到configure的。因此，能否成功生成取決于，宏定義能否找到。autoconf會從自身安裝路徑下來尋找事先定義好了宏。然而對于像automake、libtool和gettext等第三方擴展宏，甚至是開發(fā)者自行編寫的宏就一無所知了。于是，存在這個工具aclocal，將在configure.ac同一目錄下生成aclocal.m4，在掃描configure.ac的過程中，將第三方擴展和開發(fā)者自己編寫的宏定義復制進去。這樣，autoconf在遇到不認識的宏時，就會從aclocal.m4中查找。

下面這張圖更為詳細的展現(xiàn)了整個工具鏈是如何互相配合的。

libtool

libtool試圖解決不同平臺下，庫文件的差異。libtool實際是一個shell腳本，實際工作過程中，調(diào)用了目標平臺的cc編譯器和鏈接器，以及給予合適的命令行參數(shù)。libtool可以單獨使用，這里只介紹與autotools集成使用相關的內(nèi)容。

automake支持libtool構建聲明。在Makefile.am中，普通的庫文件目標寫作xxx_LIBRARIES： 

noinst_LIBRARIES = liba.a 
 
liba_SOURCES = ao1.c ao2.c ao3.c  

而對于一個libtool目標，寫作xxx_LTLIBRARIES，并以.la作為后綴聲明庫文件。 

noinst_LTLIBRARIES = liba.la 
 
liba_la_SOURCES = ao1.c ao2.c ao3.c  

在configure.ac中需要聲明LT_INIT：

... 
 
AM_INIT_AUTOMAKE([foreign]) 
 
LT_INIT 
 
...  

有時，如果需要用到libtool中的某些宏，則推薦將這些宏copy到項目中。首先，通過AC_CONFIG_MACRO_DIR([m4])指定使用m4目錄存放第三方宏;然后在最外層的Makefile.am中加入ACLOCAL_AMFLAGS = -I m4。

all-in-one

上面討論了很多關于autoreconf的細節(jié)。實際上，如今我們可以直接調(diào)用autoreconf --install來自動調(diào)用上面提到的所有子命令。這里--install參數(shù)試圖將輔助的腳本和宏copy到當前項目目錄中，下面是執(zhí)行時的輸出：

autoreconf: Entering directory `.' 
autoreconf: configure.ac: not using Gettext 
autoreconf: running: aclocal  
autoreconf: configure.ac: tracing 
autoreconf: running: libtoolize --copy 
libtoolize: putting auxiliary files in `.'. 
libtoolize: copying file `./ltmain.sh' 
libtoolize: Consider adding `AC_CONFIG_MACRO_DIR([m4])' to configure.ac and 
libtoolize: rerunning libtoolize, to keep the correct libtool macros in-tree. 
libtoolize: Consider adding `-I m4' to ACLOCAL_AMFLAGS in Makefile.am. 
autoreconf: running: /usr/bin/autoconf 
autoreconf: running: /usr/bin/autoheader 
autoreconf: running: automake --add-missing --copy --no-force 
configure.ac:10: installing `./config.guess' 
configure.ac:10: installing `./config.sub' 
configure.ac:9: installing `./install-sh' 
configure.ac:9: installing `./missing' 
src/Makefile.am: installing `./depcomp' 
autoreconf: Leaving directory `.'  

當我們以--install參數(shù)運行時，libtoolize --copy被調(diào)用，這將使得ltmain.sh被copy進來;接下來分別執(zhí)行autoconf和autoheader;automake的參數(shù)為--add-missing --copy --no-force，這將使得幾個輔助腳本和文件被安裝到目錄下。

這些輔助文件默認安裝在configure.ac同一個目錄下，如果你希望用另一個目錄來存放他們，可以配置AC_CONFIG_AUX_DIR，例如AC_CONFIG_AUX_DIR([build-aux])將使用build-aux目錄來存放輔助文件。

如果不使用--install參數(shù)，輔助文件要么不copy，要么以軟鏈的形式創(chuàng)建。推薦使用--install，因為這樣，其他軟件維護可以避免由于構建工具版本不一致造成問題。

輔助文件

一個依靠GNU構建系統(tǒng)開發(fā)的軟件除了源碼之外，還有很多輔助的文件，有些是腳本，有些是文本文件。下面將逐一解釋這些文件：

• aclocal.m4：上面提到了，這個宏定義文件里面包含了第三方的宏定義，用于autoconf展開configure.ac
• NEWS README AUTHORS ChangeLog：這些文件是GNU軟件的標配，不過在項目中不一定需要加入。如果項目中沒有這些文件，每次autoreconf會提示缺少文件，不過這并不影響。如果不想看到這些錯誤提示，可以用AM_INIT_AUTOMAKE([foreign])來配置automake。foreign參數(shù)就是告訴automake不要這么較真:)
• config.guess config.sub：由automake產(chǎn)生，兩個用于目標平臺檢測的腳本
• depcomp install-sh：由automake產(chǎn)生，用于完成編譯和安裝的腳本
• missing：由automake產(chǎn)生
• ltmain.sh：有l(wèi)ibtoolize產(chǎn)生，該腳本用于在configure階段配置生成可運行于目標平臺的libtool腳本
• ylwrap：由automake產(chǎn)生，如果檢測構建需要使用lex和yacc，那么會產(chǎn)生這個包裝腳本
• autogen.sh：在早期，autoreconf并不存在，軟件開發(fā)者往往需要自己編寫腳本，按照順序調(diào)用autoconf autoheader automake等工具程序。這個文件就是這樣的腳本。起這么個名字可能是習慣性的

總結(jié)

本文總概念上闡述了autotool系列工具是如何工作的。相比如今現(xiàn)成的IDE，GNU構建系統(tǒng)其實是非常難用的，學習成本比較高。筆者認為最為效率的途徑是學習開源的程序，從中慢慢體會，慢慢吸收。另外，推薦幾個資料：

• 《GNU Autoconf Automake and Libtool》
• Autotools Tutorial
• GNU網(wǎng)站上關于autoconf automake 和 libtool的手冊

筆者還有一些相關的筆記，后面再另外寫一篇文章總結(jié)一下。