getopt()
是一个专门设计来减轻命令行处理负担的库函数。
POSIX表示可移植操作系统接口: Portable Operating System Interface,电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)最初开发 POSIX 标准,是为了提高 UNIX 环境下应用程序的可移植性。然而,POSIX 并不局限于 UNIX。许多其它的操作系统,例如 DEC OpenVMS 和 Microsoft Windows NT,都支持 POSIX 标准。 |
下面是POSIX标准中关于程序名、参数的约定:
C程序通过argc和argv参数访问它的命令行参数。argc是整型数,表示参数的个数(包括命令名)。main()函数的定义方式有两种,区别仅在于argv如何定义:
int main(int argc, char *argv[]) { …… } |
int main(int argc, char **argv) { …… } |
当 C 运行时库的程序启动代码调用 main()
时,已经对命令行进行了处理。argc
参数包含参数的计数值,而 argv
包含指向这些参数的指针数组。argv[0]是程序名。
一个很简单的命令行处理技术的例子是echo程序,它可以将参数输出到标准设备上,用空格符隔开,最后换行。若命令行第一个参数为-n,那么就不会换行。
#include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) { int i, nflg; nflg = 0; if(argc > 1 && argv[1][0] == '-' && argv[1][1] == 'n'){ nflg++; argc--; argv++; } for(i=1; i<argc; i++){ fputs(argv[i], stdout); if(i < argc-1) putchar(' '); } if(nflg == 0) putchar('/n'); return 0; } |
echo程序中,对于命令行参数的解析是手动实现的。很久以前,Unix支持小组为了简化对于命令行参数的解析,开发了getopt()函数,同时提供了几个外部变量,使得编写遵守POSIX的代码变得更加容易了。
getopt()函数声明如下:
#include <unistd.h> int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring); extern char *optarg; extern int optind, opterr, optopt; |
该函数的argc和argv参数通常直接从main()的参数直接传递而来。optstring是选项字母组成的字串。如果该字串里的任一字符后面有冒号,那么这个选项就要求有选项参数。
当给定getopt()命令参数的数量 (argc
)、指向这些参数的数组 (argv
) 和选项字串 (optstring
) 后,getopt()
将返回第一个选项,并设置一些全局变量。使用相同的参数再次调用该函数时,它将返回下一个选项,并设置相应的全局变量。如果不再有可识别的选项,将返回 -1
,此任务就完成了。
getopt()
所设置的全局变量包括:
char *optarg
——当前选项参数字串(如果有)。 int optind
——argv的当前索引值。当getopt()在while循环中使用时,循环结束后,剩下的字串视为操作数,在argv[optind]至argv[argc-1]中可以找到。 int optopt
——当发现无效选项字符之时,getopt()函数或返回'?'字符,或返回':'字符,并且optopt包含了所发现的无效选项字符。以下面的程序为例:
选项:
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main (int argc, char **argv) { int oc; /*选项字符 */ char *b_opt_arg; /*选项参数字串 */ while((oc = getopt(argc, argv, "ngl:")) != -1) { switch(oc) { case 'n': printf("My name is Lyong./n"); break; case 'g': printf("Her name is Xxiong./n"); break; case 'l': b_opt_arg = optarg; printf("Our love is %s/n", optarg); break; } } return 0; } |
运行结果:
$ ./opt_parse_demo -n My name is Lyong. $ ./opt_parse_demo -g Her name is Xxiong. $ ./opt_parse_demo -l forever Our love is forever $ ./opt_parse_demo -ngl forever My name is Lyong. Her name is Xxiong. Our love is forever |
不正确的调用程序在所难免,这种错误要么是命令行选项无效,要么是缺少选项参数。正常情况下,getopt()会为这两种情况输出自己的出错信息,并且返回'?'。为了验证此事,可以修改一下上面的清单2中的代码。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main (int argc, char **argv) { int oc; /*选项字符 */ char *b_opt_arg; /*选项参数字串 */ while((oc = getopt(argc, argv, "ngl:")) != -1) { switch(oc) { case 'n': printf("My name is Lyong./n"); break; case 'g': printf("Her name is Xxiong./n"); break; case 'l': b_opt_arg = optarg; printf("Our love is %s/n", optarg); break; case '?': printf("arguments error!/n"); break; } } return 0; } |
输入一个错误的命令行,结果如下:
$ ./opt_parse_demo -l ./opt_parse_demo: option requires an argument -- l arguments error! |
如果不希望输出任何错误信息,或更希望输出自定义的错误信息。可以采用以下两种方法来更改getopt()函数的出错信息输出行为:
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main (int argc, char **argv) { int oc; /*选项字符 */ char ec; /*无效的选项字符*/ char *b_opt_arg; /*选项参数字串 */ while((oc = getopt(argc, argv, ":ngl:")) != -1) { switch(oc) { case 'n': printf("My name is Lyong./n"); break; case 'g': printf("Her name is Xxiong./n"); break; case 'l': b_opt_arg = optarg; printf("Our love is %s/n", optarg); break; case '?': ec = (char)optopt; printf("无效的选项字符 /' %c /'!/n", ec); break; case ':': printf("缺少选项参数!/n"); break; } } return 0; } |
测试结果:
$ ./opt_parse_demo -a 无效的选项字符 ' a '! $ ./opt_parse_demo -l 缺少选项参数! |
上面所设计的getopt()函数是UNIX支持小组提供的,其执行时一碰到不以'-'开始的 命令行参数就停止寻找选项。而GNU提供的getopt()函数与之不同,它会扫描整个命令行来寻找选项。当调用GNU getopt()函数并处理命令行参数的时候,它重新排列argv中的元素,这样当重排结束时,所有选项都被移动到前面并且那些继续检查argv [optind]至argv[argc-1]中剩余参数的代码仍正常工作,但在任何情况下,碰到特殊参数'--'就结束对选项的扫描。
可以输入一个乱序的命令行,查看opt_parse_demo的输出:
$ ./opt_parse_demo -l forever a b c d -g -n Our love is forever Her name is Xxiong. My name is Lyong. |
GNU getopt()第二个特点是可以在optstring中使用特殊的首字符改变getopt()的默认行为:
20 世纪 90 年代,UNIX 应用程序开始支持长选项,即一对短横线、一个描述性选项名称,还可以包含一个使用等号连接到选项的参数。
GNU提供了getopt-long()和getopt-long-only()函数支持长选项的命令行解析,其中,后者的长选项字串是以一个短横线开始的,而非一对短横线。
getopt_long()
是同时支持长选项和短选项的 getopt()
版本。下面是它们的声明:
#include <getopt.h> int getopt_long(int argc, char * const argv[], const char *optstring, const struct option *longopts, int *longindex); int getopt_long_only(int argc, char * const argv[],const char *optstring,const struct option *longopts, int *longindex); |
getopt_long()的前三个参数与上 面的getopt()相同,第4个参数是指向option结构的数组,option结构被称为“长选项表”。longindex参数如果没有设置为 NULL,那么它就指向一个变量,这个变量会被赋值为寻找到的长选项在longopts中的索引值,这可以用于错误诊断。
option结构在getopt.h中的声明如下:
struct option{ const char *name; int has_arg; int *flag; int val; }; |
对结构中的各元素解释如下:
符号常量 | 数值 | 含义 |
no_argument | 0 | 选项没有参数 |
required_argument | 1 | 选项需要参数 |
optional_argument | 2 | 选项参数可选 |
每个长选项在长选项表中都有一个单独条目,该条目里需要填入正确的数值。数组中最后的元素的值应该全是0。数组不需要排序,getopt_long()会进行线性搜索。但是,根据长名字来排序会使程序员读起来更容易。
以上所说的flag和val的用法看上去有点混乱,但它们很有实用价值,因此有必要搞透彻了。
大部分时候,程序员会根据getopt_long()发现的选项,在选项处理过程中要设置一些标记变量,譬如在使用getopt()时,经常做出如下的程序格式:
int do_name, do_gf_name, do_love; /*标记变量*/ char *b_opt_arg; while((c = getopt(argc, argv, ":ngl:")) != -1) { switch (c){ case 'n': do_name = 1; case 'g': do_gf_name = 1; break; break; case 'l': b_opt_arg = optarg; …… } } |
当flag不为NULL时,getopt_long*()会为你设置标记变量。也就是说上面的代码中,关于选项'n'、'l'的处理,只是设置一些 标记,如果flag不为NULL,时,getopt_long()可以自动为各选项所对应的标记变量设置标记,这样就能够将上面的switch语句中的两 种种情况减少到了一种。下面给出一个长选项表以及相应处理代码的例子。
#include <stdio.h> #include <getopt.h> int do_name, do_gf_name; char *l_opt_arg; struct option longopts[] = { { "name", no_argument, &do_name, 1 }, { "gf_name", no_argument, &do_gf_name, 1 }, { "love", required_argument, NULL, 'l' }, { 0, 0, 0, 0}, }; int main(int argc, char *argv[]) { int c; while((c = getopt_long(argc, argv, ":l:", longopts, NULL)) != -1){ switch (c){ case 'l': l_opt_arg = optarg; printf("Our love is %s!/n", l_opt_arg); break; case 0: printf("getopt_long()设置变量 : do_name = %d/n", do_name); printf("getopt_long()设置变量 : do_gf_name = %d/n", do_gf_name); break; } } return 0; } |
在进行测试之前,再来回顾一下有关option结构中的指针flag的说明吧。
如果这个指针为NULL,那么 getopt_long()返回该结构val字段中的数值。如果该指针不为NULL,getopt_long()会使得它所指向的变量中填入val字段中 的数值,并且getopt_long()返回0。如果flag不是NULL,但未发现长选项,那么它所指向的变量的数值不变。 |
下面测试一下:
$ ./long_opt_demo --name getopt_long()设置变量 : do_name = 1 getopt_long()设置变量 : do_gf_name = 0 $ ./long_opt_demo --gf_name getopt_long()设置变量 : do_name = 0 getopt_long()设置变量 : do_gf_name = 1 $ ./long_opt_demo --love forever Our love is forever! $ ./long_opt_demo -l forever Our love is forever! |
测试过后,应该有所感触了。关于flag和val的讨论到此为止。下面总结一下get_long()的各种返回值的含义:
返回值 |
含 义 |
0 |
getopt_long()设置一个标志,它的值与option结构中的val字段的值一样 |
1 |
每碰到一个命令行参数,optarg都会记录它 |
'?' |
无效选项 |
':' |
缺少选项参数 |
'x' |
选项字符'x' |
-1 |
选项解析结束 |
从实用的角度来说,我们更期望每个长选项都对应一个短选项,这种情况下,在option结构中,只要将flag设置为NULL,并将val设置为长选项所对应的短选项字符即可。譬如上面清单5中的程序,修改如下。
#include <stdio.h> #include <getopt.h> int do_name, do_gf_name; char *l_opt_arg; struct option longopts[] = { { "name", no_argument, NULL, 'n' }, { "gf_name", no_argument, NULL, 'g' }, { "love", required_argument, NULL, 'l' }, { 0, 0, 0, 0}, }; int main(int argc, char *argv[]) { int c; while((c = getopt_long(argc, argv, ":l:", longopts, NULL)) != -1){ switch (c){ case 'n': printf("My name is LYR./n"); break; case 'g': printf("Her name is BX./n"); break; case 'l': l_opt_arg = optarg; printf("Our love is %s!/n", l_opt_arg); break; } } return 0; } |
测试结果如下:
$ ./long_opt_demo --name --gf_name --love forever My name is LYR. Her name is BX. Our love is forever! $ ./long_opt_demo -ng -l forever My name is LYR. Her name is BX. Our love is forever! |
10、结论
程序需要能够快速处理各个选项和参数,且要求 不会浪费开发人员的太多时间。在这一点上,无论是GUI(图形用户交互)程序还是CUI(命令行交互)程序,都是其首要任务,其区别仅在于实现方式的不 同。GUI通过菜单、对话框之类的图形控件来完成交互,而CUI使用了纯文本的交互方式。在程序开发中,许多测试程序用CUI来完成是首选方案。getopt()
函数是一个标准库调用,可允许您使用直接的 while/switch 语句方便地逐个处理命令行参数和检测选项(带或不带附加的参数)。与其类似的 getopt_long()
允许在几乎不进行额外工作的情况下处理更具描述性的长选项,这非常受开发人员的欢迎。