又到了痛并快乐着的折腾时间，这次折腾的对象是autotools。话说很早以前我非常崇拜各种开源代码中的configure和makefile，当初傻傻地以为这都是做项目的人自己写出来的，对开源社区里的人各种膜拜啊，尼玛我看都看不懂不要说写了。后来才知道有autoconf这么个玩意可以自动生成这些脚本，自己当然也要写，但是没有那么夸张了。

但是这玩意学习成本真心不低啊，首先是中文资料少，我英语废看英文文档累得慌，再加上GNU的手册是字典式的不是教学式的，在零基础的情况下基本上是看不懂的。加上当时没什么动力，所以就没有研究下去了。

需求来了

现在动力来了。老师前阵子跟我说现在手上的这个项目，我负责的部分代码要上交，反而是师兄那块技术性更强功能更核心的部分是作为演示的。要上交嘛，就要弄得好看点，正式点。于是我就想了，怎么个正式法？原来那种自己手写的挫的要死的makefile一看就很low，必须要文件夹下一大堆configue.ac Makefile.am Makefile.in之类高大上的文件，加上./configure && make && make install三步编译才能算得上正式嘛。所以就开始折腾autotools，本着需求第一的原则，搞这个东西我是不求甚解的，真的要完全搞明白，真的太复杂了，只能要用的时候找找资料，学一点，慢慢积累。所以我也真心佩服那些沉得下心，把这些东西都能吃透，样样都精通的大神。

OK，废话不多说，先介绍下需求和大致的环境。

  • 代码用到了两个库，libpcap和libdnet，我向libdnet库中添加了一个函数以适应程序要求，所以configure的时候要能检查这个两个库以及新函数是否存在，不存在要报错。
  • 代码里用到了DEBUG宏，以DEBUG的值作为调试等级，configure同样要有配置调试级别的选项。
  • 因为种种原因，我自己实现了一个哈希表，但也将glib中的GHashTable适配到了代码里，通过一个宏作为开关，configure的时候要能正确处理宏的定义。

就这三条，其实很简单，autotools的宏已经覆盖了这些功能。程序的目录结构如下：

--root              根目录
  |--include        头文件.h
  |--src            代码.c

autotools工具和文件

这里的autotools其实指代了一系列工具，要使用autotools得先理清这些工具和它们生成的文件之间的关系。

  • autoconf：通过configure.ac生成configure，configure.ac是整个流程中最重要的文件。
  • autoheader：通过configure.ac生成config.h.in，config.h.in是config.h的模板文件，config.h中包含了整个程序用到的宏定义。
  • autoscan：扫描源文件进行一些通用的移植配置和宏定义。
  • autoreconf：以正确的顺序自动运行各种工具，包括autoconf、autoheader、automake。
  • automake：通过configure.ac和Makefile.in生成Makefile。

还有一些工具更加底层，像这种简单的程序用不到，简单介绍下：

  • autom4te：是整个autotools工具链的核心，autoconf本质上是M4宏，autom4te则是宏处理器。大致上可以理解为类似于C语言编译前的预处理阶段。
  • aclocal：会生成aclocal.m4，包含各种自定义的宏。

实际上，由于我的需求足够简单，在编写完必须的configure.ac、Makefile.am、src/Makefile.am后，只需要执行以下一条命令，就可以生成所有需要的文件了：

autoreconf --install

这就把我从这些复杂的工具中解放了出来，可以专注于核心文件configure.ac的编写。

编写configure.ac文件

configure.ac由一系列的宏组成，经过autoconf扩展。这些宏的名字都有约定俗成的规范，比如AC_开头的表明是autoconf宏，主要用于生成configure文件，AM_开头的表明是automake宏，主要在配合Makefile.am生成Makefile.in时有效。这里我只介绍会用到的宏。宏里作为参数的部分会用[]括起来，这是为了保护参数字符串不被宏处理器继续展开，是M4宏的特性，这里不多做介绍了。

AC_INIT([convertor],[0.1])

初始化autoconf，参数是软件名字和版本号，还有一个参数是用于汇报bug的Email地址，我没有提供。这里提供的信息会被写入到config.h.in中的PACKAGE_xxx宏中。

AM_INIT_AUTOMAKE([foreign])

这句用于初始化automake，autoconf本身是可以单独使用的，但要生成Makefile必须要配合automake。这里需要说明的是网上的很多资料里这个宏的参数有三个，与之前的AC_INIT参数相同，这是过期的版本，新版本已经不适用了。传入foreign的意思是启用foreign模式，工作在GNU模式下的automake会要求诸如NEWS、README、ChangeLog这些文件，我没有写这些文件，所以要使用foreign模式取消检查。

AC_CONFIG_SRCDIR([src/ip.c])

这个宏用于检查configure所在的位置是否正确，方法就是随便拿一个源文件来测试。

AC_PROG_CC

这个宏用于检查gcc程序，AC_PROG_xxx宏用于检查相应的工具是否存在并且工具正常。

AC_CHECK_LIB([dnet], [eth_send_iovec], [], [AC_MSG_ERROR([libdnet not found or patched.])])
AC_CHECK_LIB([pcap], [pcap_open_live], [], [AC_MSG_ERROR([libpcap not found.])])

AC_CHECK_LIB宏用于检查程序依赖的库是否存在，方法是检查库中的一个函数能否通过编译，函数名由第二个参数提供，第三个参数是检查成功时执行的代码，最后一个参数是检查失败时执行的代码。这里检查失败时调用AC_MSG_ERROR宏，也就是直接报错退出，相应的还有AC_MSG_WARN宏，只警告但会继续运行。由于使用一个函数名来检查库是否存在，所以我顺水推舟把我在libdnet中新加的函数作为参数提供了，直接就能满足第一个需求。

AC_ARG_ENABLE([debug],
    [AS_HELP_STRING([--enable-debug[=level]],[运行时打印调试信息（默认关闭）])],
    [
        if test "x$enableval" = "xyes"; then
            AC_DEFINE([DEBUG],[2],[Define if --enable-debug])
        elif test "x$enableval" = "x0" ; then
            AC_DEFINE([DEBUG],[0],[Define if --enable-debug])
        elif test "x$enableval" = "x1" ; then
            AC_DEFINE([DEBUG],[1],[Define if --enable-debug])
        elif test "x$enableval" = "x2" ; then
            AC_DEFINE([DEBUG],[2],[Define if --enable-debug])
        elif test "x$enableval" = "x3" ; then
            AC_DEFINE([DEBUG],[3],[Define if --enable-debug])
        else
            echo "Error! Unknown DEBUG level"
            exit -1
        fi
    ],
    []
)

这一段为第二个需求服务。AC_ARG_ENABLE宏定义的项可以在运行./configure时加上--enable-xxx[=value]指定，共有四个参数，第一个是项的名字，第二个是帮助信息，可以通过./configure --help查看，第三个是配置时设置了该项时运行的脚本，第四个是没有设置该项时运行的脚本。需要注意的是无论是用--enable-xxx还是相应的--disable-xxx都会运行第三个选项的脚本，区别只是$enableval为yes和no，当然如果用=val设置了值，$enableval就会设为val。最后是AC_DEFINE宏，这个宏会将指定的值写入到config.h.in中，对应的格式是：AC_DEFINE([name],[value],[note])会转化为：

/* note */
#define name value

AC_ARG_WITH([glib],
    [AS_HELP_STRING([--with-glib], [使用glib中的HashTable（默认关闭）])],
    [  
        if test "x$withval" = "xyes"; then
            AC_DEFINE([_USING_GLIB_HASHTABLE],[1],[Define if --with-glib])
            PKG_CHECK_MODULES([GLIB], [glib-2.0])
            with_glib="yes"
        fi
    ],
    []
)
AM_CONDITIONAL([USE_GLIB], [test "x$with_glib" = "xyes"])

这一段为第三个需求服务。AC_ARG_WITH的功能和AC_ARG_ENABLE很像，是由--with-xxx指定的。参数功能也是一样。PKG_CHECK_MODULES宏用于调用pkg-config获取库的编译和链接选项，根据参数，执行的功能大致相当于以下两条命令：

GLIB_CFLAGS=`pkg-config --cflags glib-2.0`
GLIB_LIBS=`pkg-config --libs glib-2.0`

GLIB_CFLAGS和GLIB_LIBS这两个参数会在编写Makefile.am时用到。最后AM_CONDITIONAL用于设置条件变量，它会判断第二个参数提供的值是否为真，为真在第一个参数的值为TRUE，否则FALSE，这里定义的值同样是Makefile.am用到的。

AC_CONFIG_HEADERS([config.h])
AC_CONFIG_FILES([Makefile src/Makefile])
AC_OUTPUT

最后三句表明输出最终经过./configure之后生成的文件。注意每个子目录下都要有Makefile。至此这个configure.ac就完成了。

编写Makefile.am文件

我们一共要编写两个Makefile.am文件。第一个位于根目录下，很简单，就一句话：

SUBDIRS = src

指定要递归进入的子目录。这里只有一项，当然可以指定许多项，空格隔开，且每个子目录下都要有Makefile.am文件。

第二个Makefile.am文件自然是在src文件夹下。

bin_PROGRAMS = convertor
convertor_CFLAGS = -std=gnu99 -I$(srcdir)/../include -O
if USE_GLIB
    convertor_CFLAGS += $(GLIB_CFLAGS)
endif
convertor_LDFLAGS = -pthread
if USE_GLIB
    convertor_LDADD = $(GLIB_LIBS)
endif
#convertor_LDADD = -ldnet -lpcap
convertor_SOURCES = a.c b.c c.c

这段代码还是很简洁易懂的，需要说明的有几点：

  • bin_PROGRAMS中的bin说明程序最终通过make install安装在${exec_prefix}/bin下。${exec_prefix}是autoconf预设的变量，默认值等于${prefix}，还有许多类似的项，如lib指明的会安装在${exec_prefix}/lib下，noinst则表明不安装。PROGRAMS则表明生成的可执行文件，类似的还有LIBRARIES表明库文件，HEADERS表明是头文件，等等，因为我这里用不到，也没有做其他的实验。
  • 通过第一项指定目标名字后，就可以通过name_CFLAGS、name_LDFLAGS、name_SOURCES等设置程序专属的变量，这些变量有的有相应的公共值由所有目标共享，例如AM_CFALGS、AM_LDFLAGS。
  • LDADD专门用于添加所需的库，由LDADD指定的库会被放在gcc链接命令最后，确保正确链接（如果写在LDFLAGS里会被写在gcc链接命令.o文件的前面导致无法正确链接），LDADD变量的公共版就叫LDADD，不用添加AM_前缀。另外，在configure.ac中通过AC_CHECK_LIB宏检测的库会自动添加到编译命令中，所以不需要单独设置，可以看到代码中那行被我注释了。
  • 这里也能看到configure.ac中指定的USE_GLIB、GLIB_CFLAGS、GLIB_LIBS的用法了，很清晰就不多说了。

参考资料

编写完两个文件就能使用autoreconf --install命令生成所需的所有文件了，然后就能像最常见的程序那样./configure && make && make install编译安装了。

最后给出我折腾过程中参考的资料。

  • 首先是我感觉最有价值的入门材料，做成了PPT的样子，不过通过PDF发布，一共是162张PPT，不过他把每一步动画都分隔到了一页上导致PDF显示有556页，刚开始看的时候吓尿了，后来发现其实还好。我基本上就是根着这个PDF学习的。这是下载地址。
  • Autoconf Manual总是逃不掉的。
  • 《AUTOTOOLS: A PRACTITIONER’S GUIDE TO GNU AUTOCONF, AUTOMAKE, AND LIBTOOL》，这个就比较狠了，是一本书，三百多页，当然也相对系统。
  • 网上各种博客，比如这个，不得不说autotools的中文资料很少，网上很多还是过期的，要想学习还得看英文，好痛苦。