Git 本地操作原理

一、数据模型：commit 与 DAG

commit 是快照，不是差异记录。每次提交，Git 保存当前所有文件的完整状态，并生成一个唯一的 SHA-1 哈希值作为标识。

Git 的提交历史是有向无环图（DAG, Directed Acyclic Graph），而非链表。图中每个节点（commit）持有指向其 parent 的引用，方向是子 → 父。

普通 commit 有一个 parent；merge commit 有两个 parent，这是 DAG 而非链表的直接体现。

A ← B ← C        # 线性历史（DAG 的特殊情况）↑
A ← B ← M        # M 是 merge commit，有两个 parent
       /
    D ←

二、指针系统：branch 与 HEAD

1、branch 是可移动指针

branch 本质上是一个指向某个 commit 的可移动指针，存储在 .git/refs/heads/ 下。创建分支的开销极低，仅创建一个文件。

git branch feature   # 在当前 commit 处创建 feature 指针

2、HEAD 与 attached/detached 状态

HEAD 是一个特殊指针，表示当前工作区对应的快照位置。

正常状态（attached）：HEAD 指向一个 branch，branch 再指向 commit：

HEAD → main → commit C

分离状态（detached HEAD）：HEAD 直接指向某个 commit，不经过任何 branch：

HEAD → commit B

checkout 到一个 commit hash 时会进入 detached 状态。此时的新提交不属于任何分支，切走后若无引用将被 GC 回收。

三、三区模型

Git 本地维护三个层次：

区域	说明
仓库（Repository）	.git 目录，存储所有 commit 对象
暂存区（Index/Stage）	下次 commit 将包含的内容快照
工作区（Working Tree）	磁盘上实际的文件

数据流向：工作区 git add → 暂存区 git commit → 仓库。

四、指针移动操作

Git 中大量操作的本质是移动指针。

1、git checkout

移动 HEAD。

git checkout main        # HEAD 指向 main（attached）
git checkout abc123      # HEAD 直接指向该 commit（detached）
git checkout HEAD~2      # 使用相对引用，向上移动两步

^ 表示第一个 parent，~n 表示向上 n 步。对 merge commit，^2 可访问第二个 parent。

2、git branch -f

单独移动 branch 指针，不影响 HEAD。

git branch -f main HEAD~3   # 将 main 强制移动到 HEAD 的第 3 个祖先
git branch -f main abc123   # 将 main 移动到指定 commit

3、git reset

同时移动 HEAD 和其所指向的 branch（仅在 attached 状态下有意义）。根据对工作区和暂存区的处理方式，分为三种模式：

模式	暂存区	工作区
--soft	保留（变更在暂存区，已 stage）	保留
--mixed（默认）	清空（变更退回工作区，未 stage）	保留
--hard	清空	清空（变更丢失，不可恢复）

git reset --soft HEAD~1    # 撤销最近一次 commit，变更保留在暂存区
git reset --mixed HEAD~1   # 撤销最近一次 commit，变更退回工作区
git reset --hard HEAD~1    # 撤销最近一次 commit，变更完全丢弃

五、撤销操作：reset vs revert

两者都能撤销变更，但机制不同，适用场景也不同。

	git reset	git revert
原理	移动 branch 指针，重写历史	生成一个新的 commit 来抵消目标 commit 的变更
历史	目标 commit 之后的记录消失	历史完整保留
适用场景	变更尚未推送到远端	变更已推送，需要安全撤销

git reset HEAD~1          # 撤销最近一次 commit（本地）
git revert abc123         # 生成新 commit 抵消 abc123 的变更（已推送）

reset 重写历史，若已推送则会与远端产生分歧，需要 force push，会影响其他协作者。revert 不重写历史，是协作场景下的安全选择。

六、commit 复制操作

1、git cherry-pick

将指定 commit 的变更复制到当前 HEAD 之后，生成新的 commit（hash 不同）。

git cherry-pick abc123          # 复制单个 commit
git cherry-pick abc123 def456   # 复制多个 commit，按顺序追加

适用于从其他分支摘取特定修复，而不合并整个分支。

2、git rebase

将当前分支从最近公共祖先（LCA） 之后的 commit，逐一复制到目标基点之后。

git rebase main          # 将当前分支 rebase 到 main
git rebase main feature  # 将 feature 分支 rebase 到 main（等价于先 checkout feature 再 rebase main）

过程示意：

# rebase 前
main:    A ← B ← C
feature:     ↑
             D ← E

# rebase 后（D、E 被复制为 D'、E'，原 D、E 无引用后被 GC）
main:    A ← B ← C ← D' ← E'

rebase 同样是生成新 commit，而非移动原 commit。原 commit 的 hash 会改变。

3、git rebase -i

交互式 rebase，在复制过程中可对 commit 进行重排、合并、删除或修改提交信息。

git rebase -i HEAD~4   # 对最近 4 个 commit 进行交互式操作

常用指令：

指令	含义
pick	保留该 commit
squash	合并到上一个 commit
reword	修改提交信息
drop	删除该 commit