函数参数选项的处理getopt getopt_long getopt_long_only

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在头文件中
int getopt(int argc,char *argv[], const char *optstring); 
extern char *optarg
extern int optind,opterr,optopt;
其中agrc和argv是直接从主函数中传递过来的参数,而optstring是命令选项,命令选项可以是数字或字母,但前面必须有一"-"符号,后面如果有":",则表示该在输入时须带一参数
optarg 当带有选项时,*optarg中保存了参数的字符串
optind 是当前argv的索引值,在调用getopt之后,剩余的选项可以从argv[optind]至argv[argc-1]中提取.
opterr 当此变量非0时,调用getopt()函数在发现选项无效或缺少参数时会打印出出错信息
optopt 在调用getopt()函数发现无效选项或缺少参数时会返回":"字符或"?"字符,并且用optopt保存这个无效的选项(缺少参数返回":",无效选项返回"?")
 
在调用getopt之前,optind的值为1.当选项不带参数时每调用一次值加1,带参数时加
 
 

 Linux程序设计——用getopt处理命令行参数 
  
   Linux下很多程序甚至那些具有图形用户界面(graphical user interface,GUI)的程序,都能接受和处理命令行选项。对于某些程序,这是与用户进行交互的主要手段。具有可靠的复杂命令行参数处理机制,会使得您的应用程序更好、更有用。getopt()是一个专门设计来减轻命令行处理负担的库函数。 
1、命令行参数
命令行程序设计的首要任务是解析命令行参数,GUI派的程序员很少关心这个。这里,对参数采用了一种比较通俗的定义:命令行上除命令名之外的字符串。参数由多项构成,项与项之间用空白符彼此隔开。
参数进一步分为选项和操作数。选项用于修改程序的默认行为或为程序提供信息,比较老的约定是以短划线开头。选项后可以跟随一些参数,称为选项参数。剩下的就是操作数了。
2、POSIX约定
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:
程序名不宜少于2个字符且不多于9个字符; 
程序名应只包含小写字母和阿拉伯数字; 
选项名应该是单字符活单数字,且以短横‘-‘为前綴; 
多个不需要选项参数的选项,可以合并。(譬如:foo -a -b -c ---->foo -abc) 
选项与其参数之间用空白符隔开; 
选项参数不可选。 
若选项参数有多值,要将其并为一个字串传进来。譬如:myprog -u "arnold,joe,jane"。这种情况下,需要自己解决这些参数的分离问题。 
选项应该在操作数出现之前出现。 
特殊参数‘--'指明所有参数都结束了,其后任何参数都认为是操作数。 
选项如何排列没有什么关系,但对互相排斥的选项,如果一个选项的操作结果覆盖其他选项的操作结果时,最后一个选项起作用;如果选项重复,则顺序处理。 
允许操作数的顺序影响程序行为,但需要作文档说明。 
读写指定文件的程序应该将单个参数'-'作为有意义的标准输入或输出来对待。 
3、GNU长选项
GNU鼓励程序员使用--help、--verbose等形式的长选项。这些选项不仅不与POSIX约定冲突,而且容易记忆,另外也提供了在所有GNU工具之间保持一致性的机会。GNU长选项有自己的约定:
对于已经遵循POSIX约定的GNU程序,每个短选项都有一个对应的长选项。 
额外针对GNU的长选项不需要对应的短选项,仅仅推荐要有。 
长选项可以缩写成保持惟一性的最短的字串。 
选项参数与长选项之间或通过空白字符活通过一个'='来分隔。 
选项参数是可选的(只对短选项有效)。 
长选项允许以一个短横线为前缀。
4、基本的命令行处理技术
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。
清单1:
#i nclude
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++){<br="">        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。
5、命令行参数解析函数 —— getopt()
getopt()函数声明如下:
#i nclude
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 opterr——这个变量非零时,getopt()函数为“无效选项”和“缺少参数选项,并输出其错误信息。
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:
-n —— 显示“我的名字”。 
-g —— 显示“我女朋友的名字”。 
-l —— 带参数的选项. 
清单2:
#i nclude 
#i nclude
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
 
6、改变getopt()对错误命令行参数信息的输出行为
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。
清单3:
#i nclude 
#i nclude
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:

在调用getopt()之前,将opterr设置为0,这样就可以在getopt()函数发现错误的时候强制它不输出任何消息。 
如果optstring参数的第一个字符是冒号,那么getopt()函数就会保持沉默,并根据错误情况返回不同字符,如下: 
“无效选项” —— getopt()返回'?',并且optopt包含了无效选项字符(这是正常的行为)。 
“缺少选项参数” —— getopt()返回':',如果optstring的第一个字符不是冒号,那么getopt()返回'?',这会使得这种情况不能与无效选项的情况区分开。 
清单4:
#i nclude 
#i nclude
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!
7、GNU提供的getopt()函数的特点
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:
optstring[0] = '+',这样就与UNIX支持小组提供的getopt()很相近了。 
optstring[0] = '-',会在optarg中得到命令行中的每个参数。 
以上两种情况下,':'可以作为第二个字符使用。 
GNU getopt()第三个特点是optstring中的选项字符后面接两个冒号,就允许该选项有可选的选项参数。在选项参数不存在的情况下,GNU getopt()返回选项字符并将optarg设置为NULL。
 
8、GNU长选项命令行解析
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:
#i nclude
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:
const char *name
这是选项名,前面没有短横线。譬如"help"、"verbose"之类。
int has_arg
描述了选项是否有选项参数。如果有,是哪种类型的参数,此时,它的值一定是下表中的一个。
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 
int *flag
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。对应最后那个程序为什么flag设为NULL就可以了。
int val
这个值是发现了长选项时的返回值,或者flag不是NULL时载入*flag中的值。典型情况下,若flag不是NULL,那么val是个真/假值,譬如1或0;另一方面,如果flag是NULL,那么val通常是字符常量,若长选项与短选项一致,那么该字符常量应该与optstring中出现的这个选项的参数相同。
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。
清单5:
#i nclude 
#i nclude
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。
清单6:
#i nclude 
#i nclude
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!
 
9、在LINUX之外的系统平台上使用GNU getopt()或getopt_long()
只要从GNU程序或GNU C Library(GLIBC)的CVS档案文件中copy源文件即可(http://sourceware.org/glibc/)。所需源文件是getopt.h、getopt.c和getoptl.c,将这些文件包含在你的项目中。另外,你的项目中最好也将COPYING.LIB文件包含进去,因为GNU LGPL(GNU 程序库公共许可证)的内容全部包括在命名为COPYING.LIB 的文件中。 
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。
posted @ 2016-10-11 11:08  小德cyj  阅读(1913)  评论(0编辑  收藏  举报