git寻根——^和~的区别

一. 引子

在git操作中，我们可以使用checkout命令检出某个状态下文件，也可以使用reset命令重置到某个状态，这里所说的“某个状态”其实对应的就是一个提交(commit).

我们可以把一个git仓库想象成一棵树，每个commit就是树上的一个节点。家家都有一本自己的祖谱。祖谱记录了一个家族的生命史，它不仅记录着该家族的来源、迁徙的轨迹，还包罗了该家族生息、繁衍、婚姻、文化、族规、家约等历史文化的全过程。类似的，每个git仓库都有一本自己的祖谱，仓库中commit ID的繁衍，HEAD指针的迁徙，分支的增加、更新，同样的记录着一个仓库从无到有的点点滴滴。

在git中，我们其实可以通过^和~来定位某个具体的commit，而不用每次都去敲繁琐的hash值。为了便于大家理解，先把结论放在前面：

1. “^”代表父提交,当一个提交有多个父提交时，可以通过在”^”后面跟上一个数字，表示第几个父提交，”^”相当于”^1”.
2. ~<n>相当于连续的<n>个”^”.
3. checkout只会移动HEAD指针，reset会改变HEAD的引用值。

使用git log –graph 命令，可以查看自己仓库的当前分支提交ID的树状图，如下图所示。

使用git log –pretty=raw命令，可以查看commit之间的父子关系，如下图所示，需要注意的是最开始的commit是没有父提交的。

二. 困惑

在使用git的过程中，你也许会有很多的困惑。

在使用reset或checkout命令的时候，需要一个<commit>参数，但是每次都输入commit hash值是一件比较麻烦的事情。首先你得去查询下日志，然后再用键盘将前面几位hash值输入。有时候你一次还搞不定，突然开个小差，暗恋下女神，想一想基友，都容易把hash值遗忘或弄错。肿么办？？？

又话说突然间，一堆带有hash值的符号出现在生活中，HEAD^1~4，<commit>~3^2，我擦！这是TMD玩意儿？不懂啊，使用过程中，HEAD和引用各种乱窜，根本不听从我的指挥，哎呀，妈呀！我成了git的奴隶，从此生活不再美好。肿么办？？？

不，生活还要继续，要和git做朋友。做朋友当然先要摸清楚朋友的性情和脾气咯，有了好友，生活才会充满希望。

三. 解惑

古有“射人先射马，擒贼先擒王”，今有“git仓库顺藤摸瓜”。既然commit形成的树状图，表明了各个commit之间的关系，那么我们也可以顺着这棵树去查询commit的值。一般情况下，一个commit都会有一个父提交，那么通过<commit>^这个表达式，就可以访问到其父提交的ID值；使用<commit>~也可以达到同样的功效哦。

我们知道每提交一次，HEAD就会自动移到版本库中最近的一次提交。那么HEAD^就代表了最近一次提交的父提交，HEAD~也是同样的道理；但是如果你想当然的认为^和~的用法相同，那就错了，其实它们的区别还是蛮大的。

四. 详解

我们来通过一个具体的例子，来讲解一下^和~的用法区别，同时在checkout或reset的过程中，看看HEAD和引用的变化。

查看HEAD和引用的值

我们可以通过命令来查看HEAD和引用的值，也可以通过当前仓库下的.git目录去访问。当前分支为master时，我们查看HEAD的值，命令如下：

$ cat .git/HEAD 
ref: refs/heads/master

然后，我们可以查看master引用的值

$ cat .git/refs/heads/master
3b0370b.......  # hash code

master分支上初始化，并提交一次 

在master分支上新建一个提交”c1”，生成commit ID 973c，这时候master引用指向973c，HEAD指向master引用。

$ git init
Initialized empty Git repository
$ echo c1 >> a
$ git add a
$ git commit
[master (root-commit) 973c5dd] c1
 1 files changed, 1 insertions(+), 0 deletions(-)
 create mode 100644 a
$ git log --oneline 
973c5dd c1

对应的图如下所示：

基于master新建br1分支，并提交两次

接下来在master分支基础上新建分支”br1”，并在”br1”上提交”c2”，commit ID为1c73，这时候HEAD指向br1，br1引用指向”c2”对应提交1c73.

$ git checkout -b br1
Switched to a new branch 'br1'
$ echo c2 >> b
$ git add b
$ git commit
[br1 1c7383c] c2
 1 file changed, 1 insertion(+)
 create mode 100644 b
$ git log --oneline
1c7383c c2
973c5dd c1

对应的图如下所示：

在分支”br1”上，提交”c3”,commit ID为4927，此时HEAD指向br1，br1引用指向”c3”对应提交4927.

$ echo c3 >> b
$ git commit -a -m "c3"
[br1 4927c6c] c3
 1 file changed, 1 insertion(+)
$ git log --oneline
4927c6c c3
1c7383c c2
973c5dd c1

对应的图如下所示：

　　

　

切换到master分支，基于master分支新建br2分支，并提交两次

我们先切回到master分支，然后新建分支br2，先后提交”c4”和”c5”，对应的ID分别是”86ba”和”063f”，这时候HEAD指向br2，br2引用指向”c5”的对应提交063f.git 命令如下：

$ git chechout master
Switched to branch 'master'
$ git checkout -b br2
Switched to a new branch 'br2'
$ echo c4 >> c
$ git add c
$ git commit -m "c4"
[br2 86ba564] c4
 1 file changed, 1 insertion(+)
 create mode 100644 c
$ git log --oneline
86ba564 c4
973c5dd c1
$ echo c5 >> c
$ git commit -a -m "c5"
[br2 063f6e6] c5
 1 file changed, 1 insertion(+)
$ git log --oneline
063f6e6 c5
86ba564 c4
973c5dd c1

对应的图如下所示：

　　

　

切换到master分支，基于master分支创建br3分支，并提交两次

这个操作同分支br2上类似，先从br2分支切换到master分支，然后新建分支br3，分别提交”c6”和”c7”，对应的ID分别是”50f1”和”4f9c”，这时候HEAD指向br3，br2引用指向”c7”的对应提交4f9c，git 命令如下：

$ git chechout master
Switched to branch 'master'
$ git checkout -b br3
Switched to a new branch 'br3'
$ echo c6 >> d
$ git add d
$ git commit -m "c6"
[br3 50f14f6] c6
 1 file changed, 1 insertion(+)
 create mode 100644 d
$ git log --oneline
50f14f6 c6
973c5dd c1
$ echo c7 >> c
$ git commit -a -m "c7"
[br2 4f9ca79] c7
 1 file changed, 1 insertion(+)
$ git log --oneline
4f9ca79 c7
50f14f6 c6
973c5dd c1

对应的图如下所示：

切换到master分支，合并br1，br2和br3分支

先切换到master分支，然后合并br1 br2 br3，会新生成一个提交3b03.

$ git checkout master
$ git merge br1 br2 br3
 3 files changed, 6 insertions(+)
 create mode 100644 b
 create mode 100644 c
 create mode 100644 d
$ git log --oneline 
3b0370b Merge braches 'br1', 'br2' and 'br3'
4f9ca79 c7
50f14f6 c6
063f6e6 c5
86ba564 c4
4927c6c c3
1c7383c c2
973c5dd c1

这时候，运用git log –oneline –graph查看生成的树状图，如下所示.

从上图分析，在第1条红线上的commit顺序是: 3b03→4927→1c73→973c

第2条红线上的commit顺序是:3b03→063f→86ba→973c

第3条黄线上的commit顺序是:3b03→4f9c→50f1→973c

这3条线的从左至右的顺序非常重要，因为HEAD^1对应的就是第1条红线的提交4927，HEAD^2对应的是第2条绿线的063f提交，HEAD^3对应的是第3条黄线的4f9c提交。3b03没有第4个父提交，因此也没有第4条线，这时候访问HEAD^n(n>3)都会报错。

因此从任何一条线上，我们都可以追溯到”c1”的commit，但是每条线上的中间节点，只能通过这条线上的节点去访问。

操作同上类似，最后的状态如下，这时候HEAD指向master，master引用指向”c8”的对应提交3b03.

对应的图如下所示：

我们再来看看3b03对应节点的父提交，如下图所示：

从图得知，3b03一共有三个父提交，分别是4927,063f,4f9c.

reset与checkou的区别

在master分支上，当前提交为3b03，使用git reset –hard HEAD^，将master重置到HEAD的父提交；该命令也可以写成git reset –hard HEAD^1

$ git reset --hard HEAD^
HEAD is now at 4927c6c c3

对应的图如下所示：

这时候，HEAD还是指向master分支，但是master引用的commit值已经变成了4927，即3b03的第一个父提交的ID.

然后，我们再重置到”c8”的commit”3b03”，git reset –hard 3b03，然后使用命令git checkout HEAD~ ，git 操作如下：

$ git reset --hard 3b03
HEAD is now at 3b0370b Merge branches 'br1', 'br2' and 'br3'
$ git checkout HEAD~
HEAD is now at 4927c6c... c3

对应的图如下所示：

这时候，HEAD指向了commit 4927，即3b03的第一个父提交ID，但是master引用还是对应的3b03.

从上面的测试，我们可以得出以下结论：

1. HEAD^,HEAD^1和HEAD~三个表达式都是代表了HEAD的父提交
2. reset <commit>的时候，HEAD不变，但是HEAD指向的引用值会变成相应的<commit>值；checkout <commit>的时候，HEAD直接变成<commit>值，但原来引用中保存的值不变。

^n和~n的区别

(<commit>|HEAD)^n，指的是HEAD的第n个父提交（HEAD有多个父提交的情况下），如果HEAD有N个父提交，那么n取值为n < = N.

(<commit>|HEAD)~n，指的是HEAD的第n个祖先提交，用一个等式来说明就是：(<commit>|HEAD)~n = (<commit>|HEAD)^^^….(^的个数为n).我们通过例子来验证一下吧。

我们沿用上面演示用的仓库，先检出到master分支，再使用git checkout HEAD^2，看看我们检出了哪个commit

$ git checkout master
$ git checkout HEAD^2
HEAD is now at 063f6e6... c5

我们发现”c5”对应的commit值063f正是3b03第二个父提交的commit 对应的图如下所示：

现在再切回master分支，git checkout master

然后使用git checkout HEAD^3，那么按照规律，就应该检出3b03的第三个父提交的commit，即”c7”的commit值4f9c.

$ git checkout master
Previous HEAD position was 063f6e6... c5
Switched to branch 'master'
$ git checkout HEAD^3
HEAD is now at 4f9ca79... c7

对应的图如下所示：

果然没错，一切都在我们的预料之中！

现在验证下HEAD~的用法，切换到master分支，然后git checkout HEAD~2

$ git checkout master
$ git checkout HEAD~2
HEAD is now at 1c7383c... c2

这时候HEAD悄然来到了”c2”的commit 1c73，因此，HEAD~2 相当于HEAD的第一个父提交的第一个父提交。即HEAD~2 = HEAD^^ = HEAD^1^1, 符合预期！好开心的哟！

五.总结

1. “^”代表父提交,当一个提交有多个父提交时，可以通过在”^”后面跟上一个数字，表示第几个父提交，”^”相当于”^1”.
2. ~<n>相当于连续的<n>个”^”.
3. checkout只会移动HEAD指针，reset会改变HEAD的引用值。

现在看到^和~两个符号，再也不会彷徨和害怕了，因为我们知道了它们之间的关系及区别，从此我们过上了幸福的生活。