Linux程序之可变参数和选项那些事！

Linux程序中的可变参数和选项是程序设计中非常重要的部分。可变参数允许程序接受不固定数量的输入，使程序更加灵活和通用。通过可变参数，程序可以根据具体需求接受不同数量的参数，而不会受限于固定数量的输入。选项则是用来控制程序行为的开关，可以通过设置不同的选项来调整程序的功能和输出。本文将为您深入探讨Linux程序之可变参数和选项。

一、linux应用程序如何接收参数？

1. argc、argv

Linux应用程序执行时，我们往往通过命令行带入参数给程序，比如

ls /dev/ -l  

其中参数  /dev/ 、**-l**都是作为参数传递给命令 ls

应用程序又是如何接收这些参数的？

通常应用程序都是从main函数开始执行，传统的main函数风格如下：

int main(int argc, char* argv[]) 
argc:程序的命令行参数的数量，用于统计参数数量。 
argv:是一个指向一个字符串数组的指针，数组包含了参数，每个字符串就是一个参数，最后一个元素为0。
过一般习惯使用多级指针来操作字符串。

*char argv[]有时候我们也写成char argv，

**argv[]**是一个存放字符类型元素地址的数组。

因为 C 中是有字符串的概念的：将每个字符存放在 char 数组，最后一个元素为**\0**表示字符串的结束。

**printf(%s)**就是输出字符串。

并且一般使用argv指针来访问、处理argv[]数组的内容。

C语言中，数组就是一个指针加偏移量。

所以argv则是指向一个指针数组argv[]的指针，不用定义，直接可以用。

在argv[]数组中存放的的指针指向输入命令的各部分（调用程序、选项、参数）。

2. 举例

下面我们用一个实例来理解argc和argv

/*
* argc: 命令行参数的个数
* argv: 字符指针数组（指向各个命令行参数的字符指针所构成的数组）
*/
int main(int argc, char* argv[]) // 接收命令行参数
{
 printf("argc=%d\n",argc);
    for (int i = 0; i < argc; i++) {
        printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]); // 遍历字符指针数组argv
    }
    return 0;
}

执行结果

peng@ubuntu:~/work$ ./peng arg1 arg2 arg3 
argc=4
argv[0]: ./peng
argv[1]: arg1
argv[2]: arg2
argv[3]: arg3

参数与argc，argv关系如下：

二、选项

1. 选项含义

linux程序除了上述情况以外，我们还经常会遇到一个使用方法就是选项应用，

比如：ping命令

peng@ubuntu:~/work$ ping -h
Usage: ping [-aAbBdDfhLnOqrRUvV] [-c count] [-i interval] [-I interface]
            [-m mark] [-M pmtudisc_option] [-l preload] [-p pattern] [-Q tos]
            [-s packetsize] [-S sndbuf] [-t ttl] [-T timestamp_option]
            [-w deadline] [-W timeout] [hop1 ...] destination

参数含义：

-a：尝试将IP地址解析为主机名。
-A：使用响应数据包中的附加数据。
-b：允许ping广播地址。
-B：不允许ping广播地址。
-c count：设置要发送的数据包数量。
-d：使用SO_DEBUG选项。
-D：不将socket设为分离模式。
-f：向目标发送一个“强制”数据包。
-h：显示帮助信息。
-i interval：设置发送数据包之间的时间间隔。
-I interface：设置要使用的网络接口。
-l preload：设置发送的数据包数量。
-m mark：设置ping数据包的标记。
-M pmtudisc_option：设置MTU发现选项。
-n：不要将IP地址解析为主机名。
-O：启用原始输出。
-p pattern：设置数据包的模式。
-Q tos：设置服务类型。
-r：不使用路由表，直接发送数据包到目标主机。
-R：启用记录路由。
-s packetsize：设置数据包的大小。
-S sndbuf：设置套接字的发送缓冲区大小。
-t ttl：设置数据包的TTL值。
-T timestamp_option：设置时间戳选项。
-U：使用UDP数据包。
-v：显示详细的ping命令输出。
-V：显示ping命令的版本信息。
-w deadline：设置等待响应的时间。
-W timeout：设置等待响应的超时时间。
destination：指定要ping的目标主机或IP地址。

这些 - 开头的都是选项， []表示可选的意思

[-aAbBdDfhLnOqrRUvV]    是无参的选项
[-c count] [-i interval] [-I interface]
[-m mark] [-M pmtudisc_option] [-l preload] [-p pattern] [-Q tos]
[-s packetsize] [-S sndbuf] [-t ttl] [-T timestamp_option]
[-w deadline] [-W timeout] [hop1 ...]  这些都是有参数的选项
destination   必须填写的参数

前辈们利用这点发明了“UNIX 风格”的命令，选项前面加一个横杠-，用于区分选项和参数。

2. 程序如何区分参数和选项？

在程序的代码实现中，按照 UNIX 的代码惯例，上来直接跳过第一个，然后判断指针指向的字符串第一个字符是不是-，如果是的，那么进入一个switch判断，用case列出多种支持的情况下，应该执行什么代码。

例如下面这样就可以判断选项和处理参数:

int c;
while (--argc > 0 && (*++argv)[0] == '-' {
 while (c = *++argv[0] {
  switch(c){
  case 'x':
   ...
   break;
  case 'n':
   ...
   break;
  default:
   printf("xxx: illegal opyion %c\n", c);
   ...
   break;
  }
 }
}

3. getopt、getopt_long

事实这么处理选项参数是比较麻烦的，

linux提供了选项解析的函数：

// 头文件
#include<unistd.h>
#include<getopt.h>          /*所在头文件 */
int getopt(intargc, char * const argv[], const char *optstring);
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);
extern char *optarg;         /*系统声明的全局变量 */
extern int optind, opterr, optopt;

三、getopt

1. 定义：

int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring);
功能：
 getopt是用来解析命令行选项参数的，但是只能解析短选项: **-d 100**,不能解析长选项：**--prefix**
参数
 argc：
  main()函数传递过来的参数的个数
 argv：
  main()函数传递过来的参数的字符串指针数组
 optstring：
  选项字符串，告知 getopt()可以处理哪个选项以及哪个选项需要参数
返回：
 如果选项成功找到，返回选项字母；如果所有命令行选项都解析完毕，返回 -1；
 如果遇到选项字符不在 optstring 中，返回字符 ‘?’；
 如果遇到丢失参数，那么返回值依赖于 optstring 中第一个字符，
 如果第一个字符是 ‘:’ 则返回’:‘，否则返回’?'并提示出错误信息。

2. optstring 含义 【重要】

下边重点举例说明optstring的格式意义：

char*optstring = “ab:c::”;
单个字符a         表示选项a没有参数            格式：-a即可，不加参数
单字符加冒号b:     表示选项b有且必须加参数      格式：-b 100或-b100,但-b=100错
单字符加2冒号c::   表示选项c可以有，也可以无     格式：-c200，其它格式错误

上面这个 optstring 在传入之后，getopt 函数将依次检查命令行是否指定了 -a， -b， -c(这需要多次调用 getopt 函数，直到其返回-1)，当检查到上面某一个参数被指定时，函数会返回被指定的参数名称(即该字母)

系统声明的4个全局变量含义如下：

optarg —— 指向当前选项参数(如果有)的指针。
optind —— 再次调用 getopt() 时的下一个 argv指针的索引。
optopt —— 最后一个未知选项。
opterr —— 如果不希望getopt()打印出错信息，则只要将全域变量opterr设为0即可。

3. 实例

说千道万，不如来一个实例：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<getopt.h>
int main(intargc, char *argv[])
{
    int opt;
    char *string = "a::b:c:d";
    while ((opt = getopt(argc, argv, string))!= -1)
    {  
        printf("opt = %c\t\t", opt);
        printf("optarg = %s\t\t",optarg);
        printf("optind = %d\t\t",optind);
        printf("argv[optind] = %s\n",argv[optind]);
    }  
}

正确输入参数，执行结果如下：

peng@ubuntu:~/work/test$ ./peng -a100 -b 200 -c 300 -d
opt = a  optarg = 100  optind = 2  argv[optind] = -b
opt = b  optarg = 200  optind = 4  argv[optind] = -c
opt = c  optarg = 300  optind = 6  argv[optind] = -d
opt = d  optarg = (null)  optind = 7  argv[optind] = (null)

或者

ork/test$ ./peng -a100 -b200 -c300 -d 
opt = a  optarg = 100  optind = 2  argv[optind] = -b200
opt = b  optarg = 200  optind = 3  argv[optind] = -c300
opt = c  optarg = 300  optind = 4  argv[optind] = -d
opt = d  optarg = (null)  optind = 5  argv[optind] = (null)

输入选项参数错误的情况

peng@ubuntu:~/work/test$ ./peng -a 100 -b 200 -c 300 -d
opt = a  optarg = (null)  optind = 2  argv[optind] = 100
opt = b  optarg = 200  optind = 5  argv[optind] = -c
opt = c  optarg = 300  optind = 7  argv[optind] = -d
opt = d  optarg = (null)  optind = 8  argv[optind] = (null)

导致解析错误，第一个 optarg = null，实际输入参数 100，由于格式不正确造成的(可选参数格式固定)

参数丢失，也会导致错误

peng@ubuntu:~/work/test$ ./peng -a -b 200 -c 
opt = a  optarg = (null)  optind = 2  argv[optind] = -b
opt = b  optarg = 200  optind = 4  argv[optind] = -c
./peng: option requires an argument -- 'c'
opt = ?  optarg = (null)  optind = 5  argv[optind] = (null)

c选项是必须有参数的

命令行选项未定义，-e选项未在optstring中定义，会报错：

peng@ubuntu:~/work/test$ ./peng -t
./peng: invalid option -- 't'
opt = ?  optarg = (null)  optind = 2  argv[optind] = (null)

四、getopt_long

1. 定义：

int getopt_long(int argc, char * const argv[], const char *optstring,
const struct option *longopts,int *longindex);
功能：
 包含 getopt 功能，增加了解析长选项的功能如：--prefix --help
参数：
 longopts 
  指明了长参数的名称和属性
 longindex 
  如果longindex非空，它指向的变量将记录当前找到参数符合longopts里的第几个元素的描述，即是 longopts 的下标值
返回：
 对于短选项，返回值同 getopt 函数；
 对于长选项，
  如果 flag 是 NULL ，返回 val ，否则返回 0 ；
 对于错误情况返回值同 getopt 函数

2. struct option

struct option {
 const char  *name;       /* 参数名称 */
 int          has_arg;    /* 指明是否带有参数 */
 int          *flag;      /* flag=NULL时,返回value;不为空时,*flag=val,返回0 */
 int          val;        /* 用于指定函数找到选项的返回值或flag非空时指定*flag的值 */
}; 

参数has_arg 说明： has_arg  指明是否带参数值，其数值可选：

 no_argument 
  表明长选项不带参数，如：–name, --help
 required_argument 
  表明长选项必须带参数，如：–prefix /root或 --prefix=/root
 optional_argument 
  表明长选项的参数是可选的，如：–help或 –prefix=/root，其它都是错误

3. 实例

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<getopt.h>
int main(intargc, char *argv[])
{
    int opt;
    int digit_optind = 0;
    int option_index = 0;
    char *string = "a::b:c:d";
    static struct option long_options[] =
    {  
        {"reqarg", required_argument,NULL, 'r'},
        {"optarg", optional_argument,NULL, 'o'},
        {"noarg",  no_argument,         NULL,'n'},
        {NULL,     0,                      NULL, 0},
    }; 
    while((opt =getopt_long_only(argc,argv,string,long_options,&option_index))!= -1)
    {  
        printf("opt = %c\t\t", opt);
        printf("optarg = %s\t\t",optarg);
        printf("optind = %d\t\t",optind);
        printf("argv[optind] =%s\t\t", argv[optind]);
        printf("option_index = %d\n",option_index);
    }  
}

正确执行命令

peng@ubuntu:~/work/test$ ./long --reqarg 100 --optarg=200 --noarg
opt = r  optarg = 100  optind = 3  argv[optind] =--optarg=200  option_index = 0
opt = o  optarg = 200  optind = 4  argv[optind] =--noarg  option_index = 1
opt = n  optarg = (null)  optind = 5  argv[optind] =(null)  option_index = 2

或者

peng@ubuntu:~/work/test$ ./long –reqarg=100 --optarg=200 --noarg
opt = o  optarg = 200  optind = 3  argv[optind] =--noarg  option_index = 1
opt = n  optarg = (null)  optind = 4  argv[optind] =(null)  option_index = 2

可选选项可以不给参数

peng@ubuntu:~/work/test$ ./long --reqarg 100 --optarg --noarg
opt = r  optarg = 100  optind = 3  argv[optind] =--optarg  option_index = 0
opt = o  optarg = (null)  optind = 4  argv[optind] =--noarg  option_index = 1
opt = n  optarg = (null)  optind = 5  argv[optind] =(null)  option_index = 2

输入长选项错误的情况

peng@ubuntu:~/work/test$ ./long --reqarg 100 --optarg 200 --noarg
opt = r  optarg = 100  optind = 3  argv[optind] =--optarg  option_index = 0
opt = o  optarg = (null)  optind = 4  argv[optind] =200  option_index = 1
opt = n  optarg = (null)  optind = 6  argv[optind] =(null)  option_index = 2

五、getopt_long_only

getopt_long_only 函数与 getopt_long 函数使用相同的参数表，在功能上基本一致

只是 getopt_long 只将 --name 当作长参数，但 getopt_long_only 会将 --name 和 -name 两种选项都当作长参数来匹配

getopt_long_only 如果选项 -name 不能在 longopts 中匹配，但能匹配一个短选项，它就会解析为短选项。

六、综合实例

下面这个例子，是一口君从开源项目ifplug提取出来的命令提取小例子，

大家可以根据自己需要，基于这个框架，定制自己的程序。

#define _GNU_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <getopt.h>
#include <sys/param.h>

#define ETHCHECKD_VERSION "1.1"


int delay_up = 0;
char *interface = "eth0";


void usage(char *p) {
    if (strrchr(p, '/'))
        p = strchr(p, '/')+1;

    printf("%s [options]\n"
           "   -i --iface=IFACE          Specify ethernet interface (%s)\n" 
           "   -d --delay-up=SECS        Specify delay time (%i)\n"
           "   -h --help                 Show this help\n",
           p,
           interface,
           delay_up);
}

void parse_args(int argc, char *argv[]) {
    static struct option long_options[] = {

        {"iface",                required_argument, 0, 'i'},
        {"delay-up",             required_argument, 0, 'd'},
        {"help",                 no_argument, 0, 'h'},
        {"version",              no_argument, 0, 'v'},
        {0, 0, 0, 0}
    };
    int option_index = 0;
    int help = 0, _kill = 0, _check = 0, _version = 0, _suspend = 0, _resume = 0, _info = 0;
    
    for (;;) {
        int c;
        
        if ((c = getopt_long(argc, argv, "i:d:hv", long_options, &option_index)) < 0)
            break;

        switch (c) {
            case 'i' :
                interface = strdup(optarg);
    printf("interface %s\n",interface);
                break;
            case 'd':
                delay_up = atoi(optarg);
    printf("delay_up %d\n",delay_up);
                break;
            case 'h':
                usage(argv[0]);
                break;
             case 'v':
                printf("peng "ETHCHECKD_VERSION"\n");
                break;
            default:
                fprintf(stderr, "Unknown parameter.\n");
                exit(1);
        }
    }
    
}

static volatile int alarmed = 0;

int main(int argc, char* argv[]) {

    parse_args(argc, argv);
    return 0;
}

下面是测试结果

短选项

peng@ubuntu:~/work/test$ ./param -h
param [options]
   -i --iface=IFACE          Specify ethernet interface (eth0)
   -d --delay-up=SECS        Specify delay time (0)
   -h --help                 Show this help
peng@ubuntu:~/work/test$ ./param -v
peng 1.1

peng@ubuntu:~/work/test$ ./param -vh
peng 1.1
param [options]
   -i --iface=IFACE          Specify ethernet interface (eth0)
   -d --delay-up=SECS        Specify delay time (0)
   -h --help                 Show this help  
   
peng@ubuntu:~/work/test$ ./param -i eth3 -d 15
interface eth3
delay_up 15 


peng@ubuntu:~/work/test$ ./param -i eth3 -d 15 -h
interface eth3
delay_up 15
param [options]
   -i --iface=IFACE          Specify ethernet interface (eth3)
   -d --delay-up=SECS        Specify delay time (15)
   -h --help                 Show this help

长选项

peng@ubuntu:~/work/test$ ./param --help
param [options]
   -i --iface=IFACE          Specify ethernet interface (eth0)
   -d --delay-up=SECS        Specify delay time (0)
   -h --help                 Show this help
   
peng@ubuntu:~/work/test$ ./param --version
peng 1.1

peng@ubuntu:~/work/test$ ./param --iface eth3 --delay-up 15
interface eth3
delay_up 15

talk is cheap！
test this code！

以上就是Linux程序之可变参数和选项的相关知识，可变参数和选项不仅仅是技术层面的考量，更是用户体验和程序功能的表现，是程序设计中不可或缺的重要组成部分，由此掌握他们很有必要。

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