Linux程序之可变参数选项那些事！

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, --helprequired_argument 表明长选项必须带参数，如：–prefix /root或 --prefix=/rootoptional_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 1.1peng@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 helppeng@ubuntu:~/work/test$ ./param --version
peng 1.1peng@ubuntu:~/work/test$ ./param --iface eth3 --delay-up 15
interface eth3
delay_up 15

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