Git Intro

Git是一种版本控制系统(VCS)，用于追踪源代码或者其它文件更改。也就是说，这些工具可以帮助我们管理代码修改的历史记录，并且允许我们在不同版本之间切换。
如果你喜欢玩游戏，比如赛博朋克2077，那么Git对你来说会相当容易理解。想象一下，你在玩一个开放世界的游戏，可以随时保存你的进度。万一boss战的时候一不小心挂了，你可以回到之前的存档点，重新开始战斗，而不是从头再来一遍。Git就像是你游戏中的存档系统，帮助你保存代码的不同版本，让你可以随时回到之前的状态。
但是Git的强大之处不仅在于它能够不时地给代码和文件保存进度，实际上它甚至允许你为当前文件创建分支，这样你就可以在不影响主线代码的情况下进行实验和修改，而在2077中就没办法这么做了，除非你重头再玩一遍。
Git的另一个重要特点是它是分布式的，这意味着每个开发者的机器上都有完整的代码库和历史记录的副本。这样，即使中央服务器出现问题，开发者们仍然可以继续工作，并在服务器恢复后同步他们的更改。这就像是steam云存档功能，即使你换了一台电脑，登陆同一个steam账号，你的游戏进度依然会在云端保存着，反之亦然。
总的来说，Git是一个强大且灵活的工具，适用于个人项目和大型协作开发。通过使用Git，开发者可以更好地管理代码的变化，提高工作效率，并确保代码的安全性和完整性。

然而，Git也有一些缺点，比如抽象泄露问题，即通过自顶向下的学习方式可能让人感到困惑。但是是它的底层思想却是简单优雅的。因此，我们会自底向上开始学习Git，这样再学习它的接口时就会更加容易理解。

Git的数据模型

快照

Git将根目录及其下所有文件和文件夹作为一个整体来管理其历史记录。在Git中，文件被视为一组数据块，作为对象，它被称为Blob(Binary Large Object)对象；文件夹则被称为树(Tree)对象。快照(snapshot)则是被追踪的最顶层的目录的树对象。
那么Git是如何通过这些对象来管理版本历史记录的呢？最简单的方式是线性的历史记录，即包含一系列快照，每个快照包含一个指向前一个快照的引用。但是Git没有采用这样的方式，而是使用了一个由快照组成的有向无环图来存储版本历史记录。在Git中，这些快照被称为提交(commit)，可以用下面的图来表示：

o<--o<--o<--o
        ^
        |
        o<--o

在上面的图中，每个圆圈代表一个快照，而箭头表示快照之间的引用关系。可以看到，Git允许多个快照指向同一个前驱快照，这是因为我们可能需要同时独立开发两个不同的特性，而这两个特性都基于同一个代码版本进行开发。开发完成后，我们可以创建一个提交来合并这两个分支，它将同时包含两个分支的更改。比如：

o<--o<--o<--o<--+
        ^       |
        |       |
        o<--o<--o

在上面的图中，最后一个提交包含了两个前驱提交的更改，这样我们就可以将两个分支的代码合并到一起。Git的提交是不可改变的，但是我们可以通过创建新的提交来记录代码的更改，从而形成一个完整的版本历史记录。

用伪代码表示数据模型

为了更好地理解Git的数据模型，我们可以使用伪代码来表示Git中的对象和它们之间的关系。下面是一个简单的伪代码示例，展示了Git中的Blob对象、Tree对象和Commit对象：

type blob = array<byte>
type tree = map<string, tree | blob>
type commit = {
    parents: array<commit>,
    author: string,
    message: string,
    snapshot: tree,
}

在上面的伪代码中，我们定义了三种类型的对象：

Blob对象：表示文件内容，是一个字节数组。
Tree对象：表示目录结构，是一个映射，键是文件或子目录的名称，值可以是另一个Tree对象或Blob对象。
Commit对象：表示一个提交，包含一个父提交数组、作者信息、提交信息和一个快照(Tree对象)。

通过这种方式，我们可以清晰地看到Git是如何组织和管理代码的版本历史记录的。每个提交都包含一个快照，快照中包含了文件和目录的结构，而这些文件和目录又由Blob和Tree对象组成。这样，我们就可以通过提交来追踪代码的变化，并且可以随时回到之前的版本。

内存对象和寻址

在Git中，所有的对象（Blob、Tree和Commit）都是通过SHA-1哈希值来唯一标识的。SHA-1是一种加密哈希函数，它将任意长度的数据映射为一个固定长度的160位（20字节）哈希值。Git使用SHA-1哈希值作为对象的地址，这样我们就可以通过哈希值来访问和管理这些对象。

type object = blob | tree | commit
objects = map<string, object>

def store(object):
    id = sha1(object)
    objects[id] = object

def load(id):
    return objects[id]

在上面的伪代码中，我们定义了一个对象存储系统，其中store函数用于将对象存储到一个映射中，并返回该对象的SHA-1哈希值作为其唯一标识符。load函数则用于通过哈希值来加载对象。因此，实际上电脑硬盘并没有真的保存这些对象，而只是保存了它们的哈希值作为引用。

引用

现在，所有的快照都可以用它们的哈希值来表示了，但是这也太难记了。所以Git的设计者Linus引入了引用(reference)的概念。引用是一个可变的指针，它指向一个特定的对象（通常是一个提交）。通过使用引用，我们让快照的名字更容易读取和使用了。

references = map<string, string> // name -> object id

def update_reference(name, id):
    references[name] = id

def read_reference(name):
    return references[name]

def load_reference(name_or_id):
    if name_or_id in references:
        id = read_reference(name_or_id)
    else:
        id = name_or_id
    return load(id)

在上面的伪代码中，我们定义了一个引用存储系统，其中update_reference函数用于更新引用的指向，read_reference函数用于读取引用所指向的对象的哈希值。load_reference函数则用于加载引用所指向的对象，无论是通过引用名称还是直接通过哈希值。
这样，我们就可以使用易于理解的名称来引用特定的提交，而不需要记住复杂的哈希值。例如，我们可以使用main作为主分支的引用名称，这样我们就可以通过load_reference("main")来加载主分支的最新提交。同时，通过更新引用，我们可以轻松地将分支指向新的提交，从而实现代码的版本管理。

Git的命令行接口

请阅读Pro Git获取更多信息。

下面是一些常用的Git命令

git help：显示Git的帮助信息。
git init：初始化一个新的Git仓库，在当前目录下创建一个.git子目录。
git status：显示当前工作目录和暂存区的状态，包括已修改但未提交的文件。
git add <file>：将指定的文件添加到暂存区，准备提交。
git commit -m "message"：将暂存区的更改提交到仓库，并附加提交信息。
git log：显示提交历史记录，包括每个提交的哈希值、作者和提交信息。
git log --all --gragh --decorate：以图形化方式显示所有分支的提交历史记录。
git diff：显示工作目录和暂存区之间的差异。
git diff <revision> <filename>：显示指定修订版本和当前文件之间的差异。
git checkout <branch>：切换到指定的分支。
git branch：显示分支。
git branch <branch>：创建一个新分支。
git checkout -b <branch>：创建并切换到一个新分支。
git merge <branch>：将指定分支的更改合并到当前分支。
git mergtool：启动合并工具以解决合并冲突。
git rebase: 将一系列补丁变基作为新的基线。
git remote: 显示远程仓库。
git remote add <name> <url>：添加一个新的远程仓库。
git fetch <remote>：从远程仓库获取最新的更改，但不合并。
git pull <remote> <branch>：从远程仓库拉取最新的更改并合并到当前分支。
git push <remote> <branch local>:<branch remote>：将当前分支的更改推送到远程仓库。
git clone <url>：克隆一个远程仓库到本地。
git commit --amend：修改最后一次提交的信息或内容。
git reset HEAD <file>：将指定文件从暂存区移除，但保留工作目录中的更改。
git checkout -- <file>：丢弃工作目录中的更改，恢复到上次提交的状态。
git restore: 恢复工作目录中的文件到指定状态。

2026年1月13日

MS第三讲-版本管理器Git