getopt.h的详细阐述

一、简介

getopt.h是C语言中的一个标准头文件，它为命令行选项解析提供了便利的接口。如果你想让自己的程序支持命令行选项，那么getopt.h是非常实用的一个工具。

getopt.h提供了一个函数getopt()，该函数可以解析命令行中的选项和参数。在解析过程中，getopt()会自动识别选项的名称、选项的参数、以及选项顺序的先后关系。同时，getopt()还提供了一些额外的接口，可以设置选项解析的细节，比如是否支持长选项、选项的缺省值等等。

二、基本使用

在使用getopt.h之前，我们需要在代码中include这个头文件，并在main函数的程序入口处添加下面这个语句，让getopt()开始工作：

#include <getopt.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int opt = 0;
    while ((opt = getopt(argc, argv, "a:b:c")) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'a':
                printf("Option a: %s\n", optarg);
                break;
            case 'b':
                printf("Option b: %s\n", optarg);
                break;
            case 'c':
                printf("Option c\n");
                break;
            case '?':
                printf("Unknown option: %c\n", optopt);
                break;
        }
    }
    return 0;
}

上面的代码中，opt代表解析得到的选项的名称。如果选项具有参数，则可以通过optarg来获得选项的参数值。在这个例子中，选项”a”和”b”后面都跟有参数，而选项”c”则没有参数。

getopt()函数的第三个参数是一个字符串，表示支持的选项名称。在上面的代码中，”a:b:c”表示程序支持三个选项：”a”、”b”和”c”。其中，选项”a”和”b”后面跟有冒号，表示它们是带参数的选项。

通过运行这个程序并添加选项参数，可以得到下面的输出结果：

$ ./a.out -a hello -b world -c
Option a: hello
Option b: world
Option c

三、长选项

除了短选项，getopt.h还支持长选项。长选项通常用更长、更可读的名称来表示选项，比如”–version”和”–help”等。

使用长选项需要进行一些额外的设置。首先，我们需要定义一个静态的option数组，该数组描述了所有支持的长选项和对应的短选项。

#include <getopt.h>
static struct option long_options[] = {
        {"version", no_argument,       0, 'v'},
        {"input",   required_argument, 0, 'i'},
        {"output",  required_argument, 0, 'o'},
        {"help",    no_argument,       0, 'h'},
        {0, 0,                        0,  0 }
};
int main(int argc, char *argv[])
{
    int opt = 0;
    while ((opt = getopt_long(argc, argv, "vi:o:h", long_options, NULL)) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'v':
                printf("Version 1.0\n");
                break;
            case 'h':
                printf("Usage: %s [OPTION]...\n", argv[0]);
                break;
            case 'i':
                printf("Input file: %s\n", optarg);
                break;
            case 'o':
                printf("Output file: %s\n", optarg);
                break;
            case '?':
                break;
        }
    }
    return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个静态的option数组。该数组的每个元素都表示一个长选项和对应的短选项。数组的最后一个元素必须是全零的结构体，用来表示数组的结束。

通过运行这个程序并添加长选项，可以得到下面的输出结果：

$ ./a.out --version --input=sample.txt --output=result.txt
Version 1.0
Input file: sample.txt
Output file: result.txt

四、支持选项参数缺省值

有些选项可能需要有缺省值以应对一些常见场景。比如，在一个图片处理工具中，我们可能会让用户指定保存图片的质量等级。但是，如果用户没有指定该选项，则可以使用一个默认的质量等级。

我们可以通过在定义选项时添加一个“=”后面的字符串来设置该选项的缺省值。如果用户没有指定该选项，则会使用该选项的缺省值。

#include <getopt.h>
static struct option long_options[] = {
        {"quality=", required_argument, 0, 'q'},
        {0, 0,                        0,  0 }
};
int main(int argc, char *argv[])
{
    int opt = 0;
    const char *quality = "medium";
    while ((opt = getopt_long(argc, argv, "q:", long_options, NULL)) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'q':
                quality = optarg;
                break;
            case '?':
                break;
        }
    }
    printf("Quality: %s\n", quality);
    return 0;
}

在上面的例子中，我们为选项”quality”添加了一个”=”后面的字符串”default”，表示该选项的缺省值为”default”。如果用户没有指定该选项，则quality变量的值就是”default”。

通过运行这个程序并添加选项参数，可以得到下面的输出结果：

$ ./a.out -q high
Quality: high

$ ./a.out
Quality: medium

五、支持多个参数

有些选项可能需要支持多个参数，比如指定多个文件夹或者多个文件名。在getopt.h中，我们可以通过双冒号来表示一个选项带有多个参数。

#include <getopt.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int opt = 0;
    while ((opt = getopt(argc, argv, "a::")) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'a':
                if (optarg != NULL) {
                    printf("Option a: %s\n", optarg);
                } else {
                    printf("Option a without argument\n");
                }
                break;
            case '?':
                break;
        }
    }
    return 0;
}

在上面的例子中，我们为选项”a”添加双冒号，表示该选项可以有多个参数。在程序中，我们通过判断optarg的值是否为NULL，来判断选项”a”是否带有参数。

通过运行这个程序并添加选项参数，可以得到下面的输出结果：

$ ./a.out -a hello -a world -a
Option a: hello
Option a: world
Option a without argument