Git 版本控制入門與核心概念解析

Git 是一種分散式版本控制系統，最初由 Linus Torvalds 為 Linux 核心開發而設計，現已廣泛應用於各種軟體開發專案。Git 的核心概念包括儲存函式庫、提交、分支和標籤。每個開發者都擁有完整的儲存函式庫副本，可在離線狀態下工作，並在需要時提交變更到中央儲存函式庫。這使得 Git 具有高度的靈活性，並提升團隊協作效率。Git 的分支和合併功能簡潔易用，允許多人同時開發不同功能，並在測試完成後合併到主分支。其兩步驟提交過程，先將檔案加入暫存區，再提交到儲存函式庫，確保每次提交的變更都是經過審慎考量的。

Git 的基本功能

• 檢視專案的歷史狀態
• 顯示不同狀態之間的差異
• 分支和合併：允許專案發展成多個獨立的線索，並在需要時合併。
• 多人合作：允許多人同時工作於同一個專案，並分享和合併彼此的變化。

本章的目標

本章旨在提供一個緊湊、易於閱讀的 Git 入門，涵蓋基本功能和常用命令。它還提供了一個技術介紹，幫助讀者理解 Git 的基本概念和操作。

Git 的優點

• 分散式版本控制系統
• 快速且易於使用的分支和合併功能
• 兩步驟提交過程
• 多樣化的工作流程

Git 的應用

• 個人專案管理
• 團隊合作
• 混合模式合作

Git ：簡單易懂的版本控制

Git 是一個強大的版本控制系統，最初由 Linus Torvalds 建立，用於 Linux 核心的開發。它現在被廣泛用於各種軟體開發專案中。這本章將向您介紹 Git 的基礎知識和高階功能，幫助您掌握版本控制的技巧。

Git 的基本概念

Git 是一個分散式版本控制系統，這意味著每個開發人員都有一個完整的版本函式庫副本。這使得開發人員可以在離線的情況下工作，並在需要時將更改提交到中央版本函式庫中。

Git 的優點

Git 有許多優點，包括：

• 分散式版本控制：每個開發人員都有一個完整的版本函式庫副本，可以在離線的情況下工作。
• 高效能：Git 的效能非常高，支援大型版本函式庫和大量開發人員。
• 安全：Git 使用 SHA-1 雜湊演算法來保證版本函式庫的完整性和安全性。

Git 的基本命令

以下是 Git 中一些基本命令：

• git init：初始化一個新的版本函式庫。
• git add：將檔案新增到版本函式庫中。
• git commit：提交更改到版本函式庫中。
• git log：顯示版本函式庫的提交記錄。
• git branch：建立、刪除或列出版本函式庫的分支。
• git merge：合併兩個分支的更改。
• git remote：管理遠端版本函式庫。

Git 的高階功能

Git 還有許多高階功能，包括：

• 分支：Git 支援建立多個分支，允許開發人員平行工作。
• 合併：Git 支援合併兩個分支的更改，允許開發人員整合彼此的工作。
• 重構：Git 支援重構版本函式庫，允許開發人員重新組織版本函式庫的結構。

Git 的常用選項

以下是 Git 中一些常用的選項：

• --foo 和 --bar：這兩個選項可以用於指定 Git 命令的行為。
• --where[=location]：這個選項可以用於指定 Git 命令的位置。

Git 的語法

Git 的語法與 Unix 命令相似，使用方括號 [] 來表示可選引數，使用大括號 {} 來表示必需引數。

Git 的排版

本章使用以下排版約定：

• 斜體：表示新術語或 Git 分支。
• 固定寬度：用於程式清單和程式元素，如變數或函式名稱。
• 固定寬度粗體：用於強調重要的程式元素。

程式碼與技術檔案的重要性

在軟體開發和技術檔案中，程式碼的呈現和解釋至關重要。這不僅能夠幫助讀者理解複雜的技術概念，也能夠提供實用的範例和解決方案。然而，在創作技術檔案時，需要注意一些重要的原則和，以確保內容的品質和可讀性。

程式碼的呈現

在呈現程式碼時，需要注意以下幾點：

• 使用適當的標記語言：例如使用 Markdown 或 LaTeX 來標記程式碼，以便於閱讀和理解。
• 提供完整的程式碼範例：避免只提供程式碼片段，應該提供完整的範例，以便讀者能夠理解和運用。
• 加入詳細的註解：註解是解釋程式碼的重要部分，應該加入詳細的註解，以便讀者能夠理解程式碼的邏輯和目的。

技術檔案的創作

在創作技術檔案時，需要注意以下幾點：

• 使用清晰簡潔的語言：避免使用過於複雜或技術性的語言，應該使用清晰簡潔的語言，以便讀者能夠理解。
• 提供實用的範例和解決方案：技術檔案應該提供實用的範例和解決方案，以便讀者能夠運用所學到的知識。
• 加入視覺化圖表：視覺化圖表可以幫助讀者理解複雜的技術概念，應該加入視覺化圖表，以便於閱讀和理解。

# 這是一個簡單的 Python 程式碼範例
def hello_world():
    print("Hello, World!")

# 呼叫函式
hello_world()

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[開始] --> B[呼叫函式]
    B --> C[執行函式]
    C --> D[印出結果]
    D --> E[結束]

這個程式碼範例展示了一個簡單的 Python 函式，該函式印出 “Hello, World!” 的字串。Mermaid 圖表則展示了程式碼的執行流程，從開始到結束。

Git版本控制系統概述

Git是一種分散式版本控制系統，廣泛用於軟體開發和合作。瞭解Git的基本概念和運作原理對於有效使用Git至關重要。

Git版本控制的核心概念

Git版本控制系統的核心概念包括倉函式庫（repository）、提交（commit）、分支（branch）和標籤（tag）。倉函式庫是Git專案的中央儲存，包含專案的全部歷史記錄。提交代表專案在某一時間點的快照，包括作者、提交者、提交訊息和父提交等資訊。

Git版本控制的運作原理

Git版本控制系統的運作原理根據分散式架構，每個開發者都有一份完整的專案歷史記錄。當開發者提交變更時，Git會建立一個新的提交物件，包含變更的內容和相關資訊。提交物件之間透過父提交關係建立時間順序，形成一個有向無環圖（DAG）。

Git版本控制的優點

Git版本控制系統具有多個優點，包括：

• 分散式架構：允許多個開發者同時合作於同一個專案。
• 高效的提交和合併：Git的提交和合併機制使得開發者可以快速地提交變更和合併不同的分支。
• 強大的分支管理：Git的分支管理機制允許開發者建立和管理多個分支，方便地實作功能開發、測試和發布。

Git版本控制的基本命令

Git版本控制系統提供了多個基本命令，包括：

• git init：初始化一個新的Git儲存函式庫。
• git add：將檔案新增到暫存區。
• git commit：提交變更到倉函式庫。
• git log：檢視提交歷史記錄。
• git branch：建立和管理分支。
• git merge：合併不同的分支。

內容解密：

上述命令是Git版本控制系統中最基本的命令，瞭解這些命令的使用方法是使用Git的基礎。透過這些命令，開發者可以初始化倉函式庫、提交變更、檢視歷史記錄、建立和管理分支以及合併不同的分支。

  graph LR
    A[git init] -->|初始化倉函式庫| B[git add]
    B -->|新增檔案| C[git commit]
    C -->|提交變更| D[git log]
    D -->|檢視歷史記錄| E[git branch]
    E -->|建立和管理分支| F[git merge]
    F -->|合併分支| G[完成]

圖表翻譯：

上述流程圖展示了Git版本控制系統中基本命令的執行順序。從初始化倉函式庫開始，然後新增檔案、提交變更、檢視歷史記錄、建立和管理分支，最後合併不同的分支。這個流程圖幫助開發者瞭解Git版本控制系統的基本工作流程。

Git版本控制系統概述

Git是一種分散式版本控制系統，廣泛用於軟體開發和管理。它允許多個開發者在同一個專案上合作，追蹤變化和修改。

Commit歷史

Git中的每一次提交（commit）都會建立一個新的節點，連線到其父節點（parent commit）。這些節點形成了一個有向無環圖（DAG），稱為提交圖（commit graph）。提交圖顯示了專案的歷史變化，包括每次提交的作者、時間和描述。

分支（Branches）

Git中的分支是指一系列提交的集合。每個分支都有一個唯一的名稱，例如「master」或「topic」。分支可以重疊，意思是多個分支可以包含相同的提交。通常，你會在一個分支上工作，檢視該分支的最新提交內容。

當你修改檔案並提交變化時，分支名稱會自動更新到新的提交。這樣，分支就會移動到新的提交上，並指向舊的提交作為其父節點。

合併（Merge）

當你需要合併多個分支的變化時，可以使用Git的合併功能。合併會建立一個新的提交，包含所有被合併分支的變化。這樣，就可以將不同分支上的變化整合到一起。

分享工作

Git允許你在私人和公共環境中使用版本控制。在私人環境中，你可以提交變化並探索不同的想法，而不需要擔心還原早期工作。在公共環境中，你可以分享你的工作成果，並與他人合作。

Git提供了推播（push）和提取（pull）操作，以便在儲存函式庫之間分享變化。你可以克隆一個儲存函式庫，並在本地修改後推播變化回原始儲存函式庫。

遠端追蹤分支（Remote Tracking Branches）

當你克隆一個儲存函式庫時，Git會建立遠端追蹤分支，以便跟蹤原始儲存函式庫的分支狀態。這些分支以遠端名稱作為字首，例如「origin/master」或「origin/topic」。

Git版本控制系統概覽

Git是一種分散式版本控制系統，旨在提供高效、可靠的版本控制和合作管理。它的核心是物件儲存（Object Store），其中包含四種型別的物件：blob、tree、commit和tag。

物件儲存

Git的物件儲存是版本控制系統的核心。它包含四種型別的物件：

• Blob：代表一個檔案的內容，作為一個不透明的二進位制資料塊。
• Tree：代表一個目錄結構，包含了一系列的物件參照，指向其他tree或blob物件。
• Commit：代表一個版本控制系統的快照，包含了作者、提交者、時間和日期等資訊，以及指向父親commit的參照。
• Tag：代表一個特定的commit，通常用於標記重要的版本或里程碑。

Tree物件

Tree物件代表了一個目錄結構，包含了一系列的物件參照。每個tree物件都有一個唯一的識別碼，並指向其他tree或blob物件。這樣就形成了一個樹狀結構，代表了版本控制系統中的目錄和檔案。

Commit物件

Commit物件代表了一個版本控制系統的快照，包含了作者、提交者、時間和日期等資訊，以及指向父親commit的參照。Commit物件是版本控制系統中最重要的物件，因為它們代表了版本控制系統中的變化歷史。

版本控制流程

Git的版本控制流程如下：

1. Pull：從遠端倉函式庫中提取最新的變化，並更新本地倉函式庫。
2. Push：將本地倉函式庫中的變化推播到遠端倉函式庫中。
3. Merge：當兩個分支中的變化發生衝突時，需要手動合並這些變化。

Git命令

Git有一些基本命令，包括：

• git init：初始化一個新的Git儲存函式庫。
• git add：將檔案新增到版本控制系統中。
• git commit：提交變化到版本控制系統中。
• git log：檢視版本控制系統中的提交歷史。
• git branch：建立、刪除或重新命名分支。
• git merge：合並兩個分支中的變化。

Git分支

Git分支是一種用於管理不同版本的程式碼的機制。每個分支都有一個唯一的名稱，並且可以獨立地進行開發和提交。當需要合並兩個分支中的變化時，可以使用git merge命令。

Git標籤

Git標籤是一種用於標記重要版本或里程碑的機制。標籤可以附加在特定的commit上，並且可以用於追蹤版本控制系統中的變化歷史。

Git 中的作者和提交者

Git 中的作者和提交者資訊，包括姓名、電子郵件地址和時間戳，分別反映了提交內容的建立和新增到倉函式庫的過程。這兩個資訊最初是相同的，但在使用某些 Git 命令後可能會變得不同。例如，git cherry-pick 命令可以複製一個現有的提交，並保留原始提交的作者資訊，而新增新的提交者資訊。這樣可以保留變化的識別和原始日期，而指示它們是在倉函式庫的另一個點應用於稍後的日期，可能是由玄貓應用。

Git 中的提交簽名

Git 提交可以使用 GnuPG 簽名，以確保提交內容的真實性和完整性。簽名可以使用 git commit --gpg-sign[=keyid] 命令新增。簽名將提交繫結到一個特定的真實世界個人身份，該身份附加到用於簽名的金鑰上。簽名驗證提交內容在簽名時與現在相同，但簽名的含義取決於解釋。如果我簽署一個提交，可能意味著我查看了差異、驗證了軟體構建、執行了一個測試套件或做了其他事情。除了被倉函式庫使用者之間約定外，我還可以在提交訊息中指定簽名的意圖。

Git 中的標籤

Git 標籤用於區分一個特定的提交。否則，提交是匿名的，通常只由其雜湊值參照，這個雜湊值會隨著時間的推移而改變，因為分支演化（甚至可能在分支被刪除後消失）。標籤內容包括建立標籤的人員姓名、時間戳、對應提交的參照以及類別似於提交訊息的自由文字。標籤可以有任何意義，通常用於標識特定的軟體版本，具有適合的名稱和訊息。您可以像提交一樣對標籤進行加密簽名，以驗證其真實性。

Git 中的物件 ID 和 SHA-1

Git 使用 SHA-1 雜湊演算法生成物件 ID，用於識別倉函式庫中的物件，包括提交、樹和 Blob。每個物件 ID 都是唯一的，並且對應於一個特定的物件內容。SHA-1 雜湊演算法確保即使物件內容發生微小變化，其雜湊值也會完全不同。這使得 Git 能夠高效地檢測和處理倉函式庫中的變化。

內容解密：

上述內容介紹了 Git 中的作者和提交者資訊、提交簽名、標籤以及物件 ID 和 SHA-1 雜湊演算法。這些概念是 Git 版本控制系統的基礎，理解它們對於有效使用 Git 至關重要。

  flowchart TD
    A[Git 提交] --> B[作者資訊]
    B --> C[提交者資訊]
    C --> D[提交簽名]
    D --> E[標籤]
    E --> F[物件 ID 和 SHA-1]

圖表翻譯：

此圖表展示了 Git 中的提交流程，從作者資訊和提交者資訊開始，然後是提交簽名，接著是標籤，最後是物件 ID 和 SHA-1 雜湊演算法。每個步驟都對應於 Git 中的一個特定概念，圖表清晰地展示了這些概念之間的關係。

Git 的內容基礎編址設計

Git 的一個基本設計元素是物件儲存使用內容基礎編址。其他系統為其等同於提交的物件分配識別符號，這些識別符號之間存在某種關係，反映了提交的順序。例如，CVS 中的檔案修訂版本是以點分隔的數字字串表示，例如 2.17.1.3，其中數字通常是計數器：它們會在您修改檔案或新增分支時遞增。

這意味著物件與其識別符號之間沒有內在關係；其他人的 CVS 儲存函式庫中的修訂版本 2.17.1.3（如果存在）幾乎肯定與您的不同。另一方面，Git 根據物件的內容分配物件識別符號，而不是根據它與其他物件的關係，使用了一種稱為雜湊函式的數學技術。雜湊函式對任意資料塊進行操作並生成其指紋。

Git 使用的特定雜湊函式稱為 SHA-1，它對任何資料物件生成 160 位固定長度值，不論資料大小如何。SHA-1 雜湊的有用性在於將其視為唯一識別符號；我們假設，如果兩個物件具有相同的 SHA-1 雜湊指紋，那麼它們實際上是相同的物件。

單例項儲存

Git 永遠不會儲存多個檔案副本。如果您新增檔案的第二個副本，Git 將計算檔案內容的 SHA-1 物件 ID，查詢資料函式庫並發現它已經存在。這也是將檔案內容與其名稱分離的結果。樹結構將檔名對映到 blob 中，但 Git 只考慮檔案內容，而不考慮檔名或其他屬性。

高效比較

Git 在管理變化時會不斷比較事物：檔案與其他檔案、更改的檔案與現有的提交，以及提交之間的比較。Git 比較整個倉函式庫狀態，這可能涉及數百或數千個檔案，但由於雜湊，Git 能夠非常高效地完成這些比較。當比較兩個樹結構時，如果 Git 發現兩個子樹結構具有相同的 ID，它可以立即停止比較這些樹結構的部分，而不論還有多少層目錄和檔案。

資料函式庫分享

Git 倉函式庫可以在任何級別上分享其物件資料函式庫，而不會產生混淆，因為不會有別名；ID 和它所指的內容之間的繫結是不可變的。一個倉函式庫不能破壞另一個倉函式庫的物件儲存；在這種意義上，物件儲存只能擴充套件，而不能更改。然而，我們仍然需要擔心刪除另一個資料函式庫正在使用的物件，但那是一個更容易解決的問題。

SHA-1 雜湊碰撞

Git 的力量源於內容基礎編址，但如果你想一下，它是根據一個謊言！我們聲稱 SHA-1 雜湊是一個唯一識別符號，但從數學上講這是不可能的：由於雜湊函式輸出具有固定的 160 位長度，因此只有 2^160 個可能的 ID，但有無窮多個可能的資料物件需要雜湊。必然會有重複，即所謂的雜湊碰撞。整個系統似乎存在致命缺陷。

解決方案在於什麼是一個“好的”雜湊函式，以及 SHA-1 雖然在數學上不能完全免於碰撞，但在實際應用中是有效的。對於 Git 來說，我並不關心是否存在其他具有相同 ID 的檔案；重要的是，這些檔案是否可能出現在我的專案中，或在任何人的專案中。也許所有其他檔案都超過 10 萬億位元組長，或者永遠不會匹配任何程式或文字。在任何程式語言、物件或自然語言中。這正是我們期望雜湊函式具備的一個屬性（以及其他屬性）：輸入和輸出的關係非常敏感且不可預測。

安全性

SHA-1 代表“安全雜湊演算法 1”，其名稱反映了它最初是為加密而設計的。雜湊是一種基本技術，適用於電腦科學的許多領域，包括訊號處理、搜尋和排序演算法以及網路硬體。像 SHA-1 這樣的加密安全雜湊函式具有相關但不同的屬性。

Git版本控制系統的安全性和資料結構

Git是一種廣泛使用的版本控制系統，它的安全性和資料結構是根據SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）這種加密雜湊函式。SHA-1能夠確保資料的完整性和不可篡改性，即使有人試圖篡改資料，也不可能生成相同的雜湊值。

Git的安全性

Git的安全性來自於其使用SHA-1作為雜湊函式。SHA-1是一種加密雜湊函式，它能夠將任意長度的資料轉換為一個固定長度的雜湊值。這個雜湊值是唯一的，不能被反向計算出原始資料。Git使用SHA-1來計算每個物件（object）的雜湊值，包括提交（commit）、樹（tree）和Blob（blob）。

Git的安全性還來自於其物件儲存的機制。Git將所有物件儲存在.git/objects目錄下，每個物件都有一個唯一的雜湊值作為其名稱。這樣，Git就可以快速地找到任何一個物件，並確保其完整性。

Git的資料結構

Git的資料結構包括物件（object）、參照（ref）和提交圖（commit graph）三部分。

物件（Object）

Git中的物件包括提交（commit）、樹（tree）和Blob（blob）三種。每個物件都有一個唯一的雜湊值作為其名稱。

• 提交（commit）：代表了一次提交，包含了作者、提交時間、提交訊息等資訊。
• 樹（tree）：代表了一個目錄，包含了該目錄下的所有檔案和子目錄。
• Blob（blob）：代表了一個檔案，包含了檔案的內容。

參照（Ref）

Git中的參照是一種指向物件的指標。參照可以指向任何一種物件，包括提交、樹和Blob。Git定義了兩種參照：輕量級參照（lightweight ref）和符號參照（symbolic ref）。

• 輕量級參照：直接指向一個物件的雜湊值。
• 符號參照：指向另一個參照。

提交圖（Commit Graph）

Git中的提交圖是一個有向無環圖（directed acyclic graph, DAG），它描述了提交之間的關係。每個節點代表了一次提交，邊代表了提交之間的父子關係。提交圖可以是線性的，也可以是非線性的，包含多個分支和合併。

Git的工作原理

Git的工作原理是根據其資料結構和安全性機制。當使用者提交程式碼時，Git會建立一個新的提交物件，並計算其雜湊值。然後，Git會更新參照指向新的提交物件。這樣，Git就可以保持程式碼函式庫的完整性和安全性。

Git版本控制系統中的參照（Refs）和分支（Branches）

Git版本控制系統使用參照（Refs）來命名物件，包括提交（Commits）、分支（Branches）和標籤（Tags）。參照存在於一個層次名稱空間中，以「refs/」開頭，與Unix檔案系統中的硬連結和符號連結類別似。

參照（Refs）

Git中的參照可以是簡單參照或符號參照。簡單參照直接指向一個提交，而符號參照則指向另一個參照。這些參照存在於「refs/」下的層次名稱空間中，例如「refs/tags/」和「refs/heads/」，分別用於存放標籤和本地分支的名稱。還有一個「refs/remotes/」，用於存放其他倉函式庫的參照名稱，在推播和提取操作中使用。

分支（Branches）

Git中的分支是指向一個提交的指標，作為一個參照。分支本身被定義為從命名提交（即分支的「tip」）在提交圖中可達到的所有點。特殊參照「HEAD」決定了你目前所在的分支。如果「HEAD」是一個符號參照，指向一個現有的分支，那麼你就處於那個分支上。如果「HEAD」直接命名一個提交，那麼你就不在任何分支上，而是在「detached HEAD」模式中，這種情況發生在你簽出一個早期提交以便檢查時。

相關命令

以下是直接顯示、更改或刪除參照的低階命令。通常，你不需要直接使用這些命令，因為Git通常會在處理相關物件（如分支和標籤）時自動處理參照的變化。但如果你直接更改引數，請確保你知道自己在做什麼。

• git show-ref：顯示引數和它們所指向的物件。
• git symbolic-ref：處理符號參照的命令。
• git update-ref：更改參照的值。
• git for-each-ref：對一組引數應用某個動作。

警告

引數通常存在於「.git/refs/」下的檔案和目錄中，但不要直接檢視或修改它們，因為有些情況下它們可能存放在其他地方（例如，在「packs」中，就像物件一樣），並且直接修改一個可能涉及到你不知道的其他操作。總是使用Git命令來操作引數。

Git 作為主流的版本控制系統，已成為現代軟體開發流程中不可或缺的環節。透過版本控制、分支管理和協同開發等核心功能，Git 有效提升了團隊開發效率和程式碼品質。然而，其分散式架構的複雜性和命令列操作的學習曲線，仍是初學者面臨的挑戰。技術團隊應著重於簡化 Git 的使用流程，例如整合視覺化工具、提供更友善的使用者介面，才能更有效地釋放 Git 的完整潛力。對於追求效率和協作的開發團隊而言，持續最佳化 Git 的使用體驗將是提升軟體開發效率的關鍵。玄貓認為，隨著 Git 生態系統的持續發展和工具的日漸成熟，其應用門檻將大幅降低，普及度將進一步提升。