README

   1 subdirmk - assistance for non-recursive use of make
   2 ===================================================
   3
   4 Introduction
   5 ------------
   6
   7 Peter Miller's 1997 essay _Recursive Make Considered Harmful_
   8 persuasively argues that it is better to arrange to have a single
   9 make invocation with the project's complete dependency tree, rather
  10 than the currently conventional `$(MAKE) -C subdirectory' approach.
  11
  12 However, actually writing a project's build system in a non-recursive
  13 style is not very ergonomic.  The main difficulties are:
  14   - constantly having to write out long file and directory names
  15   - the lack of a per-directory make variable namespace means
  16     long make variables (or namespace clashes)
  17   - it is difficult to arrange that one can cd to a subdirectory
  18     and say `make all' and have something reasonable happen
  19     (to wit, build an appropriate subset)
  20
  21 `subdirmk' is an attempt to solve these problems (and it also slightly
  22 alleviates some of the boilerplate needed to support out-of-tree
  23 builds well).
  24
  25 Basic approach
  26 --------------
  27
  28 The developer is expected to write a makefile fragment, in each
  29 relevant subdirectory, called `Dir.sd.mk'.
  30
  31 These fragments may contain ordinary make language.  Unqualified
  32 filenames are relative to the build toplevel, and all commands all run
  33 there.
  34
  35 However, the sigil & is treated specially.  By and large, it refers to
  36 `the build directory corresponding to this .sd.mk file', etc.
  37 There are a variety of convenient constructions.
  38
  39 The result is that to a large extent, the Dir.sd.mk has an easy way
  40 to namespace its "local" make variables, and an easy way to refer to
  41 its "local" filenames (and filenames in general).
  42
  43 The Dir.sd.mk's are filtered, fed through autoconf in the usual way
  44 (for @..@-substitutions) and included by one autogenerated toplevel
  45 makefile.
  46
  47 So all of the input is combined and passed to one make invocation.
  48 (A corollary is that there is no enforcement of the namespacing:
  49 discipline is required to prefix relevant variable names with &, etc.)
  50
  51 Each subdirectory is also provided with an autogenerated `Makefile'
  52 which exists purely to capture ordinary make invocations and arrange
  53 for something suitable to happen.
  54
  55 Where there are dependencies between subdirectories, each Dir.sd.mk
  56 can simply refer to files in other subdirectories directly.
  57
  58 Invocation, "recursive" per-directory targets
  59 ---------------------------------------------
  60
  61 Arrangements are made so that when you run `make foo' in a
  62 subdirectory, it is like running the whole toplevel makefile, from the
  63 toplevel, as `make subdir/foo'.  If `subdir/foo' is a file that might
  64 be built, that builds it.
  65
  66 But `foo' can also be a conventional target like `all'.
  67
  68 Each subdirectory has its own `all' target.  For example a
  69 subdirectory `src' has a target `src/all'.  The rules for these are
  70 automatically generated from the settings of the per-directory
  71 &TARGETS variables.  &TARGETS is magic in this way.  (In
  72 src/Dir.sd.mk, &TARGETS of course refers to a make variable called
  73 src_TARGETS.)
  74
  75 The `all' target in a parent directory is taken to imply the `all'
  76 targets in all of its subdirectories, recursively.  And in the
  77 autogenerated stub Makefiles, `all' is the default target.  So if you
  78 just type `make' in the toplevel, you are asking for `&all'
  79 (<subdir>/all) for every directory in the project.
  80
  81 In a parallel build, the rules for all these various subdirectory
  82 targets may be in run in parallel: there is only one `make' invocation
  83 at a time.  There is no sequencing between subdirectories, only been
  84 individual targets (as specified according to their dependencies).
  85
  86 You can define other per-directory recursive targets too: set the
  87 variable &TARGETS_zonk, or whatever (being sure to write &TARGETS_zonk
  88 at the start of a line).  This will create a src/zonk target (for
  89 appropriate value of src/).  Unlike `all', these other targets only
  90 exist in areas of the project where at least something mentions them.
  91 So for example, if &TARGETS_zonk is set in src but not lib, `make
  92 zonk' in lib will fail.  If you want to make a target exist
  93 everywhere, += it with nothing in Prefix.sd.mk or Suffix.sd.mk (see
  94 below).
  95
  96 Prefix.sd.mk, Suffix.sd.mk, Final.sd.mk, inclusion
  97 --------------------------------------------------
  98
  99 The files Prefix.sd.mk and Suffix.sd.mk in the toplevel of the source
 100 are automatically processed before and after each individual
 101 directory's Dir.sd.mk, and the &-substituted contents therefore
 102 appear once for each subdirectory.
 103
 104 This lets you do per-directory boilerplate.  Some useful boilerplate
 105 is already provided in subdirmk, for you to reference like this:
 106   &:include subdirmk/cdeps.sd.mk
 107   &:include subdirmk/clean.sd.mk
 108 For example you could put that in Suffix.sd.mk.
 109
 110 The top-level Dir.sd.mk is the first makefile included after the
 111 autogenerated `main.mk' which merely has some basic settings and
 112 includes.  So if you want to get in early and set global variables,
 113 put them near the top of Dir.sd.mk.
 114
 115 The file Final.sd.mk in the toplevel directory is processed and
 116 included after all the other files.
 117
 118 subdirmk's filter script itself sets (only) these variables:
 119   top_srcdir
 120   abs_top_srcdir
 121   SUBDIRMK_MAKEFILES
 122   MAKEFILE_TEMPLATES
 123 You are likely to want to define $(PWD), and shorter names for
 124 top_srdir and abs_top_srcdir (we suggest $(src) and $(abs_src)).
 125
 126 Global definitions
 127 ------------------
 128
 129 If want to set global variables, such as CC, that should only be done
 130 once.  You can put them in your top-level Dir.sd.mk, or a separate
 131 file you `include' and declare using SUBDIRMK_MAKEFILES.
 132
 133 If you need different settings of variables like CC for different
 134 subdirectories, you should probably do that with target-specific
 135 variable settings.  See the info node `(make) Target-specific'.
 136
 137 Directory templates `.sd.mk' vs plain autoconf templates `.mk.in'
 138 --------------------------------------------------------------------
 139
 140 There are two kinds of template files.
 141
 142  Filename                 .sd.mk                  .mk.in
 143
 144  Processed by             &-substitution,         autoconf only
 145                           then autoconf
 146
 147  Instantiated             Usu. once per subdir    Once only
 148
 149  Need to be mentioned     No, but Dir.sd.mk       All not in subdirmk/
 150  in configure.ac?         via SUBDIRMK_SUBDIRS    via SUBDIRMK_MAKEFILES
 151
 152  How to include           `&:include foo.sd.mk'   `include foo.mk'
 153                           in all relevant .sd.mk  in only one
 154                           (but not needed for     Dir.sd.mk
 155                            Prefix, Suffix, Final)
 156
 157 If you `include subdirmk/regen.mk', dependency management and
 158 automatic regeneration for all of this template substitution, and for
 159 config.status etc. is done for you.
 160
 161 Substitution syntax
 162 -------------------
 163
 164 In general & expands to the subdirectory name when used for a
 165 filename, and to the subdirectory name with / replaced with _ for
 166 variable names.
 167
 168 Note that & is processed *even in makefile comments*.  The substitutor
 169 does not understand make syntax, or shell syntax, at all.  However,
 170 the substitution rules are chosen to work well with constructs which
 171 are common in makefiles.
 172
 173 In the notation below, we suppose that the substitution is being in
 174 done in a subdirectory sub/dir of the source tree.  In the RH column
 175 we describe the expansion at the top level, which is often a special
 176 case (in general in variable names we call that TOP rather than the
 177 empty string).
 178
 179 &CAPS           =>      sub_dir_CAPS                    or TOP_CAPS
 180 &lc             =>      sub/dir/lc                      or lc
 181         Here CAPS is any ASCII letter A-Z and lc is a-z.
 182         The assumption is that filenames are usually lowercase and
 183         variables usually uppercase.  Otherwise, use another syntax:
 184
 185 &/              =>      sub/dir/                        or nothing
 186 &_              =>      sub_dir_                        or TOP_
 187 &.              =>      sub/dir                         or .
 188         (This implies that `&./' works roughly like `&/', although
 189         it can produce a needless `./')
 190
 191 &=              =>      sub_dir                         or TOP
 192
 193 &^lc            =>      $(top_srcdir)/sub/dir/lc
 194 &^/             =>      $(top_srcdir)/sub/dir/
 195 &^.             =>      $(top_srcdir)/sub/dir
 196
 197 &~lc            =>      $(top_srcdir)/lc
 198 &~/             =>      $(top_srcdir)/
 199 &~.             =>      $(top_srcdir)
 200
 201 In general:
 202     ^   pathname of this subdirectory in source tree
 203     ~   pathname of top level of source tree
 204     /   terminates the path escape } needed if next is
 205     _   terminates the var escape  } not lwsp or space)
 206     .   terminates path escape giving dir name (excluding /)
 207     =   terminates var escape giving only prefix part (rarely needed)
 208   lwsp  starts multi-word processing (see below)
 209
 210 So pathname syntax is a subset of:
 211     '&' [ '^' | '~' ] [ lc | '/' | '.' | '=' ]
 212
 213 &&              =>      &&              for convenience in shell runes
 214
 215 &\&             =>      &               general escaping mechanism
 216 &\$             =>      $               provided for $-doubling regimes
 217 &\NEWLINE                               eats the newline and vanishes
 218
 219 &$VARIABLE      =>      $(sub_dir_VARIABLE)     or $(TOP_VARIABLE)
 220         VARIABLE is ASCII starting with a letter and matching \w+
 221
 222 & thing thing... &
 223 &^ thing thing... &
 224 &~ thing thing... &
 225         Convenience syntax for prefixing multiple filenames.
 226         Introduced by & followed by lwsp where lc could go.
 227         Each lwsp-separated non-ws word is prefixed by &/ etc.
 228         etc. respectively.  No other & escapes are recognised.
 229         This processing continues until & preceded by lwsp,
 230         or until EOL (the end of the line), or \ then EOL.
 231
 232 &:<directive> <args>....
 233         recognised at start of line only (possibly after lwsp)
 234
 235 &:include filename              filename should usually be [&]foo.sd.mk
 236 &:-include filename             tolerate nonexistent file
 237         filenames are relative to $(top_srcdir)
 238         RHS is &-expanded
 239
 240 &!<lwsp>        disables & until EOL (and then disappears)
 241
 242 &#      delete everything to end of line
 243         (useful if the RHS contains unrecognised & constructions)
 244
 245 &:changequote NEWQUOTE
 246         changes the escape sequence from & to literally NEWQUOTE
 247         NEWQUOTE may be any series of of non-whitespace characters,
 248         and is terminated by EOL or lwsp.  The whole line is
 249         discarded.
 250
 251         After this, write NEWQUOTE instead of &, everywhere.
 252         The effect is global and lasts until the next setting.
 253         It takes effect on &:include'd files too, so maybe set
 254         it back before using &:include.
 255
 256         Notably
 257                 NEWQUOTENEWQUOTE        => NEWQUOTENEWQUOTE
 258                 NEWQUOTE\NEWQUOTE       => NEWQUOTE
 259                 NEWQUOTE\$              => $
 260                 NEWQUOTE:changequote &  set escape back to &
 261
 262 &TARGETS_things
 263         Handled specially.  If mentioned at the start of a line
 264         (possibly following whitespace), declares that this
 265         subdir ought to have a target `things'.  The rule will be
 266                 &/things:: $(&TARGETS_things)
 267
 268         You may extend it by adding more :: rules for the target,
 269         but the preferred style is to do things like this:
 270                 &TARGETS_check += & test-passed.stamp
 271
 272         It is important to mention &TARGETS_things at least once in
 273         the context of each applicable directory, because doing so
 274         arranges that the *parent* will also have a `things' target
 275         which recursively implies this directory's `things'.
 276
 277         Must be spelled exactly &TARGETS_things.  &_TARGETS_things,
 278         for example, is not magic.  To make the target exist
 279         without providing any prerequisites for it, write a line
 280         containing just `&TARGETS_things +='.
 281
 282         `all' is extra special: every directory has an `all'
 283         target, which corresponds to &TARGETS.
 284
 285
 286 Dollar doubling and macro assistance
 287 ------------------------------------
 288
 289 &$+             Starts dollar-doubling
 290 &$-             Stops dollar-doubling
 291         Both are idempotent and local to the file or context.
 292
 293 Sometimes we will show $'s being doubled inside another construct.
 294 This means the content of the construct is $-doubled: $-doubling is
 295 locally enabled, and restored afterwards.
 296
 297 &:macro NAME    =>      define NAME
 298 STUFF $ THINGS  ..      STUFF $$ THINGS
 299 &:endm          ..      endef
 300         NAME is processed for &
 301
 302 &${..$..} =>    ${eval ${call ..$$..}}
 303         (matches { } pairs to find the end)
 304         content is $-doubled (unless it contains $- to turn that off)
 305
 306         Together &:macro and &${...} provide a more reasonable macro
 307         facility than raw make.  They solve the problem that make
 308         expansions cannot directly generate multiple rules, variable,
 309         etc.; instead, `$(eval )' must be used, but that re-expands
 310         the argument, meaning that all the literal text must be
 311         $-doubled.  This applies to the macro text and to the
 312         arguments.  Also `$(eval $(call ...))' is an unfortunate syntax.
 313         Hence &:macro and &${...}.
 314
 315 While dollar-doubling:
 316 - - - - - - - - - - -
 317
 318 $       =>      $$      including $'s produced by other
 319                          &-expansions not mentioned here
 320
 321 &\$     =>      $
 322 &$NN    =>      $(NN)   where N are digits
 323 &$(     =>      $(
 324
 325
 326 Tables of file reference syntaxes
 327 ---------------------------------
 328
 329 In a nonrecursive makefile supporting out of tree builds there are
 330 three separate important distinctions between different file
 331 locations:
 332
 333  (i) In the build tree, or in the source tree ?
 334
 335  (ii) In (or relative to) the subdirectory to which this Dir.sd.mk
 336      relates, or relative to the project's top level ?
 337
 338  (iii) Absolute or relative pathname ?  Usually relative pathnames
 339      suffice.  Where an absolute pathname is needed, it can be built
 340      out of &/ and an appropriate make variable such as $(PWD).
 341
 342 Path construction &-expansions are built from the following:
 343
 344                       Relative paths in...
 345                       build     source
 346
 347   This directory      &         &^
 348   Top level           .         &~
 349
 350 In more detail, with all the various options laid out:
 351
 352       Recommended     Relative paths in...   Absolute paths in...
 353              for      build     source       build         source
 354
 355   This       lc       &file     &^file       $(PWD)/&file  $(abs_src)/&file
 356   directory  any      &/file    &^/file      $(PWD)/&/file $(abs_src)/&/file
 357              several  & f g h   &^ f g h     $(addprefix...)
 358
 359   Top        lc       file      &~file
 360   level      any      file      &~/file      $(PWD)/file   $(abs_src)/file
 361              .mk.in   file      $(src)/file  $(PWD)/file   $(abs_src)/file
 362              several  f g h     &~ f g h     $(addprefix...)
 363
 364 (This assumes you have appropriate make variables src, PWD and
 365 abs_src.)
 366
 367 Subdirectory and variable naming
 368 --------------------------------
 369
 370 The simple variable decoration scheme does not enforce a strict
 371 namespace distinction between parts of variable names which come from
 372 subdirectory names, and parts that mean something else.
 373
 374 So it is a good idea to be a bit careful with your directory naming.
 375 `TOP', names that contain `_', and names that are similar to parts of
 376 make variables (whether conventional ones, or ones used in your
 377 project) are best avoided.
 378
 379 If you name your variables in ALL CAPS and your subdirectories in
 380 lower case with `-' rather than `_', there will be no confusion.
 381
 382 Incorporating this into your project
 383 ------------------------------------
 384
 385 Use `git-subtree' to merge the subdirmk/ directory.  You may find it
 386 useful to symlink the DEVELOPER-CERTIFICATE file (git can store
 387 symlinks as symlinks - just `git add' the link).  And you probably
 388 want to mention the situation in your top-level COPYING.
 389
 390 Symlink autogen.sh into your project toplevel.
 391
 392 In your configure.ac, say
 393
 394   m4_include([subdirmk/subdirmk.ac])
 395   SUBDIRMK_SUBDIRS([...list of subdirectories in relative syntax...])
 396
 397 Write a Dir.sd.mk in each directory.  The toplevel one should
 398 probably contain:
 399
 400   include subdirmk/usual.mk
 401   include subdirmk/regen.mk
 402
 403 Write a Suffix.sd.mk in the toplevel, if you want.  It should probably
 404 have:
 405
 406   &:include subdirmk/cdeps.sd.mk
 407   &:include subdirmk/clean.sd.mk
 408
 409 Hints
 410 -----
 411
 412 You can convert your project incrementally.  Start with the top-level
 413 Makefile.in and rename it to Dir.sd.mk, and add the appropriate
 414 stuff to configure.ac, and fix everything up.  Leave the existing
 415 $(MAKE) -C for your existing subdirectories alone.  Then you can
 416 convert individual subdirectories, or classes of subdirectories, at
 417 your leisure.  (You must be /sure/ that each subdirectory will be
 418 entered only once at a time, but your existing recursive make descent
 419 system should already do that or you already have concurrency bugs.)
 420
 421 Aside from this, be very wary of any invocation of $(MAKE) anywhere.
 422 This is a frequent source of concurrency bugs in recursive make build
 423 systems.  When combined with nonrecursive make it's all in the same
 424 directory and there is nothing stopping the different invocations
 425 ending up trying to make the same targets at the same time. That
 426 causes hideous racy lossage.  There are ways to get this to work
 427 reliably but it is advanced stuff.
 428
 429 If you make syntax errors, or certain kinds of other errors, in your
 430 makefiles, you may find that just `make' is broken now and cannot get
 431 far enough to regenerate a working set of makefiles.  If this happens
 432 just rerun ./config.status by hand.
 433
 434 If you go back and forth between different versions of your code you
 435 can sometimes find that `make' complains that one of your Subdir.sd.mk
 436 files is missing: typically, if iot was used and therefore a
 437 dependency in some other version of your code.  If you run `make
 438 clean' (or `make realclean') these dependencies are suppressed, which
 439 will clear up the problem.
 440
 441
 442 Legal information
 443 -----------------
 444
 445 subdirmk is
 446  Copyright 2019 Mark Wooding
 447  Copyright 2019 Ian Jackson
 448
 449     subdirmk and its example is free software; you can redistribute it
 450     and/or modify it under the terms of the GNU Library General Public
 451     License as published by the Free Software Foundation; either
 452     version 2 of the License, or (at your option) any later version.
 453
 454     This is distributed in the hope that it will be useful, but
 455     WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 456     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
 457     Library General Public License for more details.
 458
 459     You should have received a copy of the GNU Library General Public
 460     License along with this library as the file LGPL-2.
 461     If not, see https://www.gnu.org/.
 462
 463 Individual files generally contain the following tag in the copyright
 464 notice, instead of the full licence grant text:
 465   SPDX-License-Identifier: LGPL-2.0-or-later
 466 As is conventional, this should be read as a licence grant.
 467
 468 Contributions are accepted based on the git commit Signed-off-by
 469 convention, by which the contributors' certify their contributions
 470 according to the Developer Certificate of Origin version 1.1 - see
 471 the file DEVELOPER-CERTIFICATE.
 472
 473 Where subdirmk is used by and incorporated into another project (eg
 474 via git subtree), the directory subdirmk/ is under GNU LGPL-2.0+, and
 475 the rest of the project are under that other project's licence(s).
 476 (The project's overall licence must be compatible with LGPL-2.0+.)