使用Makefile链接目标文件时出现undefined reference错误求助

在使用分层Makefile链接目标文件生成可执行文件时，出现FFTW3函数的未定义引用错误。已确认头文件路径和库链接参数正确（若路径错误编译时会提示cannot find -lfftw3，但未出现该提示），所有编译环节使用相同参数，单文件版本可正常编译。

错误日志 #

g++ -g -O3 -lm -I/public/home/AAAAA/BBBBB/IBM/../../fftw3/include -L/public/home/AAAAA/BBBBB/IBM/../../fftw3/lib -lfftw3 -fopenmp -std=c++1z -o /public/home/AAAAA/BBBBB/IBM/build/bin/IBM build/obj/*.o
build/obj/main.o: In function `NeumannPESolver2D::NeumannPESolver2D(unsigned int, unsigned int)':
/public/home/AAAAA/BBBBB/IBM/src/pe_solver/neumann_pe_solver_2d.h:48: undefined reference to `fftw_plan_dft_r2c_1d'
build/obj/neumann_pe_solver_2d.o: In function `NeumannPESolver2D::solve(No_bound_field&, Neumann_field&) [clone ._omp_fn.0]':
neumann_pe_solver_2d.cpp:(.text+0x6c8): undefined reference to `fftw_execute_dft_r2c'
build/obj/neumann_pe_solver_2d.o: In function `NeumannPESolver2D::solve(No_bound_field&, Neumann_field&) [clone ._omp_fn.2]':
neumann_pe_solver_2d.cpp:(.text+0xe90): undefined reference to `fftw_execute_dft_r2c'
neumann_pe_solver_2d.cpp:(.text+0xf10): undefined reference to `fftw_execute_dft_r2c'
collect2: error: ld returned 1 exit status
make: *** [all] Error 1

目录结构 #

└─AAAAA
    └─BBBBB
        ├─fftw3
        └─IBM
            │  Makefile
            │
            └─src
                │  CMakeLists.txt
                │  main.cpp
                │  Makefile
                │  ...
                │
                ├─helper
                │      airfoil_reader.hpp
                │      Makefile
                │
                ├─ns_solver
                │      ib_cylinder.hpp
                │      ...
                │      Makefile
                │
                ├─pe_solver
                │      Makefile
                │      neumann_pe_solver_2d.cpp
                │      neumann_pe_solver_2d.h
                │
                └─structs
                        field.hpp
                        Makefile
                        var.hpp

递归Makefile（子目录中） #

INCLUDE_DIR = -I../

FFTW_DIR = $(ROOT_DIR)/../../fftw3
C_FLAGS = -g -O3 -lm -I${FFTW_DIR}/include -L${FFTW_DIR}/lib -lfftw3 -fopenmp -std=c++1z
SUBDIRS = $(shell ls -l | grep ^d | awk '{print $$9}')

CUR_SOURCE = ${wildcard *.cpp}
CUR_OBJS = ${patsubst %.cpp, %.o, $(CUR_SOURCE)}

all:$(SUBDIRS) $(CUR_OBJS)

$(SUBDIRS):ECHO
    make -C $@

$(CUR_OBJS):%.o:%.cpp
    $(CC) $(INCLUDE_DIR) $(C_FLAGS) -c $^ -o $(ROOT_DIR)/$(OBJS_DIR)/$@

ECHO:
    @echo $(SUBDIRS)

顶层Makefile #

CC = g++

SUBDIRS=$(shell ls -l | grep ^d | awk '{if($$9 != "build") print $$9}')
ROOT_DIR=$(shell pwd)

BIN=IBM

OBJS_DIR=build/obj
BIN_DIR=build/bin

export CC BIN OBJS_DIR BIN_DIR ROOT_DIR

FFTW_DIR = $(ROOT_DIR)/../../fftw3
C_FLAGS = -g -O3 -lm -I${FFTW_DIR}/include -L${FFTW_DIR}/lib -lfftw3 -fopenmp -std=c++1z

all:
    make -C $(SUBDIRS)
    $(CC) $(C_FLAGS) -o $(ROOT_DIR)/$(BIN_DIR)/$(BIN) $(OBJS_DIR)/*.o

.PHONY: clean cleanall

clean:
    rm -rf ${BIN_DIR}

cleanall:
    rm -rf build
    mkdir build
    mkdir ${OBJS_DIR}
    mkdir ${BIN_DIR}

可正常编译的单文件Makefile #

FFTW_DIR = ../../fftw3

IBM: ./c_oop_ib_demo.cpp
    g++ $^ -g -O3 -lm -I${FFTW_DIR}/include -L${FFTW_DIR}/lib -lfftw3 -fopenmp -std=c++11 -o $@

解决方案 #

问题出在编译阶段冗余的链接参数和链接时库的顺序：

1. 编译目标文件时无需链接库：
   子目录Makefile编译.o文件时，不需要-lfftw3、-L、-lm这类链接参数，仅需头文件路径和编译参数。修改子目录的C_FLAGS：

   # 子目录Makefile中的C_FLAGS修改为：
   C_FLAGS = -g -O3 -I${FFTW_DIR}/include -fopenmp -std=c++1z
   

2. 调整链接时的参数顺序：
   GCC链接器按顺序查找符号，库必须放在目标文件之后。修改顶层Makefile的链接命令，将目标文件移到链接参数前面：

   # 顶层Makefile的all目标修改为：
   all:
       make -C $(SUBDIRS)
       $(CC) $(OBJS_DIR)/*.o $(C_FLAGS) -o $(ROOT_DIR)/$(BIN_DIR)/$(BIN)
   

更规范的做法是拆分编译和链接参数：

• 顶层Makefile中新增拆分参数：

  CFLAGS = -g -O3 -I${FFTW_DIR}/include -fopenmp -std=c++1z
  LDFLAGS = -lm -L${FFTW_DIR}/lib -lfftw3
  

  链接命令改为：

  $(CC) $(OBJS_DIR)/*.o $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -o $(ROOT_DIR)/$(BIN_DIR)/$(BIN)
  

• 子目录Makefile中使用CFLAGS代替原来的C_FLAGS。

修改后即可正确链接FFTW3库，解决未定义引用问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CheapMeow