getopt.h的詳細闡述

一、簡介

getopt.h是C語言中的一個標準頭文件，它為命令行選項解析提供了便利的介面。如果你想讓自己的程序支持命令行選項，那麼getopt.h是非常實用的一個工具。

getopt.h提供了一個函數getopt()，該函數可以解析命令行中的選項和參數。在解析過程中，getopt()會自動識別選項的名稱、選項的參數、以及選項順序的先後關係。同時，getopt()還提供了一些額外的介面，可以設置選項解析的細節，比如是否支持長選項、選項的預設值等等。

二、基本使用

在使用getopt.h之前，我們需要在代碼中include這個頭文件，並在main函數的程序入口處添加下面這個語句，讓getopt()開始工作：

#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;
}

上面的代碼中，opt代表解析得到的選項的名稱。如果選項具有參數，則可以通過optarg來獲得選項的參數值。在這個例子中，選項”a”和”b”後面都跟有參數，而選項”c”則沒有參數。

getopt()函數的第三個參數是一個字元串，表示支持的選項名稱。在上面的代碼中，”a:b:c”表示程序支持三個選項：”a”、”b”和”c”。其中，選項”a”和”b”後面跟有冒號，表示它們是帶參數的選項。

通過運行這個程序並添加選項參數，可以得到下面的輸出結果：

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

三、長選項

除了短選項，getopt.h還支持長選項。長選項通常用更長、更可讀的名稱來表示選項，比如”–version”和”–help”等。

使用長選項需要進行一些額外的設置。首先，我們需要定義一個靜態的option數組，該數組描述了所有支持的長選項和對應的短選項。

#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，我們定義了一個靜態的option數組。該數組的每個元素都表示一個長選項和對應的短選項。數組的最後一個元素必須是全零的結構體，用來表示數組的結束。

通過運行這個程序並添加長選項，可以得到下面的輸出結果：

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

四、支持選項參數預設值

有些選項可能需要有預設值以應對一些常見場景。比如，在一個圖片處理工具中，我們可能會讓用戶指定保存圖片的質量等級。但是，如果用戶沒有指定該選項，則可以使用一個默認的質量等級。

我們可以通過在定義選項時添加一個「=」後面的字元串來設置該選項的預設值。如果用戶沒有指定該選項，則會使用該選項的預設值。

#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，我們為選項”quality”添加了一個”=”後面的字元串”default”，表示該選項的預設值為”default”。如果用戶沒有指定該選項，則quality變數的值就是”default”。

通過運行這個程序並添加選項參數，可以得到下面的輸出結果：

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

$ ./a.out
Quality: medium

五、支持多個參數

有些選項可能需要支持多個參數，比如指定多個文件夾或者多個文件名。在getopt.h中，我們可以通過雙冒號來表示一個選項帶有多個參數。

#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，我們為選項”a”添加雙冒號，表示該選項可以有多個參數。在程序中，我們通過判斷optarg的值是否為NULL，來判斷選項”a”是否帶有參數。

通過運行這個程序並添加選項參數，可以得到下面的輸出結果：

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