學習目標
- 了解 git 和版本控制基本概念
- 了解 git 和 GitHub 的差異
- 建立本地 git repository 檔案庫及基本操作
- 建立 GitHub 遠端檔案庫、上傳檔案庫、建立協同合作專案
- 常見的衝突問題和解決
為什麼需要版本控制系統
git 官方文件 (git Documentation - Pro Git book) 在《About Version Control》章節將為什麼需要版本控制，以及版本控制系統 Version Control System (VCS) 應有的功能與各類型差異作了詳細的說明："What is “version control”, and why should you care? Version control is a system that records changes to a file or set of files over time so that you can recall specific versions later."
簡單地說，程式和系統的開發包含非常多且複雜的程式碼、相關資源以及人員，而且過程會不斷重覆設計和修改，因此需要版本控制系統記錄和控管開發過程每個階段的版本。
什麼是 git
git 是一套免費且開源 (open source) 的分散式版本控制系統，它可以快速又有效率的管理個人小型專案到多人超大型專案，是目前最主流的版本控制系統。最初由林納斯·托瓦茲 (Linus Torvalds) 創作，於2005年以 GPL (GNU通用公共授權條款) 釋出。
git 提供 Mac OS X、Windows、Linux/Unix 各種作業平台版本，任何人、任何公司都可以免費自由下載使用，建立個人或團隊的分散式版本控制系統。
git 和 GitHub 的差異
git 是一套軟體系統，而 GitHub 則是運用 git 提供程式原始碼版本控制與代管服務的服務平台，由 GitHub 公司營運，該公司於2018年6月被 Microsoft 收購。GitHub 同時提供付費帳戶和免費帳戶，目前是世界最大的程式碼存放網站和開源社群。
git 基本概念
本篇以快速上手開始使用為目標，因此只說明基本運用需要了解的概念。以下這張圖大概是使用 git 非懂不可的最最基本概念了：
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| Source: git Documentation - Pro Git book |
git 控管下的檔案有三個主要狀態，對應到圖中的三個區塊：
- Modified (修改)：正在處理、工作中的程式檔，對應到上圖的 Working Directory (工作目錄)。剛開始寫或原已寫好但又被修改了的程式檔都在這個區塊。
- Staged (暫存/過渡)：已經寫好或修改好了，也已確定沒有問題，準備送出到檔案庫中，對應到 Staging Area (暫存區/過渡區)，也被稱為索引 (Index)。將已處理好的程式檔送到此區，提示自己這些是已完成的程式檔案。
- Committed (提交)：已確定完成並送入檔案庫的狀態，對應到 git directory (也稱為 git repository，檔案庫/儲存庫，後文將統一使用 repository，檔案庫)。已完成的程式檔，送進檔案庫保存。
為何要分成這三個狀態和區塊呢？
您可以想像您正在將很多要寄出的物品打包。Working Directory (工作目錄) 就是您手上正在整理中的物品，這裡是您的工作區。已經整理好的物品，您就會先放進箱子 (Staging Area，暫存區/過渡區) 裡，可能因為您想將寄給同一個收件人的東西都放進一個箱子裡，或想把同類型的東西都放一起，或是箱子還挺大的，想儘量放滿一點再寄出。所以都先暫放在箱子中，免得一不小心碰到又亂了。如果中途發現有東西放錯箱子，您就會把東西拿出來到工作區，再整理到對的箱子。該放的東西都放好了，或箱子都放滿了而且檢查無誤，您才會封箱寄出 (送進 repository, 檔案庫保存)。
這樣做的好處是，每個程式檔案的狀態會很清楚，任何有更動的檔案就會回到工作目錄，不會忘記那個檔案有更動。作好了覺得沒有問題，先移到暫存區中，提示自己這些是已經完成的。可能等到同一個功能項下的所有程式檔都處理好，都測試沒有問題了，再一起 Commit (提交) 到 repository (檔案庫)。
以下這張圖進一步延伸到遠端的檔案庫 (remote repository)。
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| Source: TechBridge 技術共筆部落格 - Git 與 Github 版本控制基本指令與操作入門教學 |
git 是分散式版本控制系統，而前述三個主要狀態和三個區塊都在您的電腦上 (git Documentation: "Nearly Every Operation Is Local")。如果您的專案是多人合作，那就需要進一步把電腦上的 local repository (本地檔案庫) 同步到網路上的遠端檔案庫 (remote repository)，這樣團隊成員都能取用您完成的程式檔。
若是個人的專案，您可以只存到自己電腦的 local repository (本地檔案庫) 就好，但也可以把遠端檔案庫 (remote repository) 當作是程式原始碼代管存放空間，或跟眾人分享、協同合作，這就是 GitHub 的服務目的。
這張圖同時呈現了每個動作對應的指令：
- 送入暫存 Staged：git add
- 提交 Committed：git commit
- 將本地檔案庫同步至遠端檔案庫：git push
- 將遠端檔案庫合併至本地檔案庫：git pull
使用 git 建立 repository
對 git 有基本的了解，接下來就開始使用 git 看看吧！
安裝 git
若您是使用 Ubuntu 環境，通常 git 已安裝好。不然，您可以用這個指令安裝：
sudo apt install git用此指令查看 git 的版本同時判斷是否安裝好了：
git --versionWindows 及 macOS 系統的安裝可到 Git Downloads 下載安裝檔，執行並以「下一步」完成安裝，詳情請參考《Pro Git book： 1.5 Getting Started - Installing Git》。
本篇教學將以 Ubuntu 環境為主，Ubuntu 使用者請以 Ctrl + Alt + T 開啟終端機 (命令視窗)，Windows 使用者則可在安裝好的 Git 中找到 Git Bash 執行，建立一個專門放置要用 Git 控管的資料夾後，進到該資料夾下開始以下的操作。
設定使用者
開始使用 git 前要先設定使用者名稱和 Email 信箱，只需設定一次。若已有 GitHub 帳號，建議和 GitHub 使用相同的名稱和 Email；若還沒有就用自己常用的。
git config --global user.name "<Your Name>" git config --global user.email "<your@gmail.com>"設定好了以後，再用這個指令檢視設定結果：
git config --list # 檢視 git 設定
新增 repository
將介紹 2 種新增 repository 的方式，第一個是在自己的電腦 (本地 local) 從無到有建立一個全新的 repository。
可以把 repository 檔案庫想像成就是一個專案 project，在 git 裡是以目錄 / 資料夾呈現。所以新增 repository 的第一步就是先新增一個資料夾。
mkdir my_git # 建立一個名為 my_git 的資料夾，注意：git 預設為區分大小寫，Ubuntu 也是 cd my_git # 切換至 my_git 資料夾 git init # 初始化這個目錄，讓 git 對這個資料夾進行版本控制，建立 git repository 檔案庫 ll # 看一下資料夾內有什麼執行 git init 後會發現資料夾內多出了 .git 這個隱藏資料夾，裡面存放 git 對這個 repository 的控制資料。這時候一個名為 my_git 的檔案庫就建立好囉。
增加檔案
接下來用 vi 編輯器 (Windows 使用者可用 Notepad++ 等文字編輯器) 在 my_git 資料夾內新增一個 hello.py 的 Python 程式檔：
vi hello.py檔案內加入一個輸出的函式：
print("Hello git！") # Python輸出函式
將 hello.py 存檔離開後，執行 git status 顯示目前工作目錄的檔案狀態：
git status # 顯示目前工作目錄的檔案狀態執行後會看到 git 回覆 my_git 專案的狀態，有一個新增的工作中 (Modified) 檔案 hello.py，還在工作目錄中，沒加到 Staging Area (暫存區/過渡區)。git 還會提醒以 git add <file> 指令把檔案加入暫存區。
加入暫存區
如果這個程式檔完成了，就可以使用 git add <file> 加入暫存區。如果想將工作目錄內的所有檔案都加入暫存區則可用 git add . (dot, git 2.x 之後等同於 git add --all)。執行下列指令：
git add hello.py # 把 hello.py 加入暫存區 git status會看到 new file: hello.py，表示 hello.py 被加入暫存區了。
提交至 repository
hello.py 沒問題了，接下來可以用 git commit -m <message>，將 hello.py 提交至 repository。-m 這個參數表示加上一段訊息說明這次的 commit，讓以後的自己或其他人知道這次 commit 作了什麼事。commit 訊息對日後追蹤程式非常重要。
git commit -m "Init hello.py" # 留下 commit 訊息：新增了 hello.py 這個程式檔 git statusgit 回覆所有的檔案都提交，工作目錄內沒有檔案了。
查看提交歷史記錄
git log 指令可以查看提交 commit 的歷史記錄，誰 (commit 的人) 在什麼時間作了提交，以及該次提交的說明 (commit 訊息）。
從 GitHub 下載一個專案
另一個建立專案的方式是從 GitHub 下載一個專案，然後把它變成自己的。我們以作者 Louie Lu (mlouielu/twstock) 在 GitHub 上的《台灣股市股票價格擷取 (含即時股票資訊) - Taiwan Stock Opendata with realtime》為例，先點這個連結到 GitHub: mlouielu/twstock，按下圖(1)位置的『Clone or download』按鈕，再按(2)『複製』，會將這個 GitHub 上的專案位置 URL 複製到剪貼簿中。
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| Source: Louie Lu (mlouielu/twstock) |
回到終端機，先進到您想放這個專案的目錄中，然後輸入 git clone 貼上剛剛複製的 URL 將遠端的檔案庫複製過來。執行下列指令：
git clone https://github.com/mlouielu/twstock.git
接下來進到 twstock 目錄中，因為這是一個從遠端複製過來的 repository 檔案庫，我們當然可以用 git status 查看一下 twstock 檔案庫目前的狀況，以及 git log 查看 commit 的歷史記錄：
cd twstock # 一定要進到 twstock 目錄，git 命令才是針對該檔案庫 git status # 查看 twstock 檔案庫的狀況 git log # 查看提交歷史記錄可以看到作者 Louie Lu 對這個專案很完整的提交記錄。
那要怎麼讓這個專案變成自己的呢？還記得前面新增 repository 時執行 git init 指令初始化目錄後，資料夾中會多出一個 .git 隱藏資料夾嗎？關鍵就是它了。只要刪除 .git 資料夾再重新初始一次，這個檔案庫就變成一個全新的專案，而且所有的程式檔都處於工作目錄中 modified 狀態。
rm -rf .git # 強制刪除 twstock/.git 目錄下所有內容 git init # 初始化 twstock 目錄 git status # 再檢視一下目錄狀況至此介紹了 2 種新增專案或說 git repository 的方式。接下來介紹怎麼把自己電腦裡的檔案庫 local repository 同步到遠端檔案庫，也可以說是「上傳至 GitHub」。
使用 GitHub 遠端檔案庫
第一步當然是要先：
註冊 GitHub 帳號
若您依本篇介紹學習 git，且還沒有註冊過 GitHub。那先執行以下指令，查看您設定的 git 使用者名稱與 Email，註冊 GitHub 時可以使用相同的名稱和 Email。
git config --list # 查看設定的 git 使用者到 github.com 首頁，到右邊的 Sign up 註冊，填上您的 Username & Email。只要綠色勾勾出現就表示您的名稱和 Email 可以使用。按下 Sign up for GitHub，跟著註冊步驟，選擇 Free 方案 (使用 Free 方案您上傳的所有專案都是公開的，任何人都可以查看內容和下載，若要建立私人的專案就必須付費！可以隨時升級 Upgrade 成付費方案。)
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| Source: github.com |
如果原本設定的名稱已有人使用，改用其他名稱註冊，和電腦上的 git 不同怎麼辦？沒關係，在您的電腦上用下列指令改變使用者名稱就可以了：
git config --global user.name "<您的 github 使用者名稱>" # 修改 git 使用者名稱接著開啟您註冊時填寫的 Email 信箱，找到 GitHub 寄發的驗證 Email 完成驗證，就可以開始使用了。
新增 GitHub 檔案庫
在本篇介紹中，您會發現 git directory，repository，檔案庫/儲存庫以及專案 (project)，這幾個名詞應該是同義的。的確如此，但為什麼登入 GitHub 後的首頁，以及右上角「+ 新增」選單中會有「Start a project」、「New repository」、「New project」不同的功能選項？
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| Source: github.com |
repository 和 project 這兩個字在 GitHub 中仍然是相同的，都代表檔案庫 (repository)。「New repository」和「Start a project」功能都是新增一個檔案庫。而「New project」則是 GitHub 提供了名為「project boards (專案儀表板)」的功能，讓使用者方便管理檔案庫 (repository)，尤其是協同合作的 repository。不用擔心，就用右上角「+ 新增」選單中的「New repository」新增一個檔案庫吧！接著會看到這個畫面。
前面的介紹中，已建立一個名為 my_git 的檔案庫，我們試著把這個在本地 (local) 建立的檔案庫上傳到 GitHub：
- Repository name (必要) 就輸入 my_git 和本地的檔案庫名稱一致。
- Description (非必要) 對檔案庫的說明描述，輸不輸入都可以。
- Public / Private 如果註冊時選擇免費方案，所有的專案預設都是公開的。
- Initialize this repository with a README：為這個檔案庫自動建立 README 說明檔，以 markdown 語法加入了 Repository name 和 Description (記得不要勾，之後可以自己建立)。
- Add .gitignore：要忽略的檔案清單，用來告訴 git 在版本控制記錄的時候忽略這些檔案，通常是程式中用到和資料庫帳號密碼有關的檔案 (保持 none，之後可以自己建立)。
- Add a license：這個專案使用的授權方式 (也保持 none)。
接著會看到這個引導畫面，GitHub 提示我們接下來可以怎麼建立檔案庫的內容。先點選 HTTPS，這是我們接下來要用的方式。
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| Source: github.com |
連結本地和遠端檔案庫
這時候我們電腦上的 my_git 檔案庫和 GitHub 上的 my_git 檔案庫互不知道對方，所以要先連結起來。連結的方法就是 GitHub 引導畫面中「…or push an existing repository from the command line」這個部份介紹的指令，先複製 git remote add origin <您的 GitHub repository URL> 這行指令。回到終端機，請記得要先回到 my_git 目錄下，再貼上執行：
git remote add origin <您的 GitHub repository URL> # 連結 GitHub 遠端檔案庫
將本地檔案庫上傳 GitHub
再執行下一行指令：
git push -u origin master # git push 將本地檔案庫上傳接著要輸入您在 GitHub 上建立的 Username，接下 Enter 後再輸入密碼，就會看到本地的 my_git 檔案庫在上傳 GitHub 了。
回到 GitHub 引導畫面重整一下 (按下 F5, Reload)，就會看到 hello.py 檔案出現了。
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| Source: github.com |
您可以在電腦上的 my_git 專案中繼續新增程式檔，然後依照和前述相同的順序：
- git add 加入暫存區
- git commit -m "commit訊息" 提交至本地檔案庫
- git push -u origin master 將本地檔案庫上傳遠端檔案庫
- 輸入帳號和密碼
git config --list # 查看 git 設定就會看到 remote.origin.url=<您的 GitHub repository URL> 被存在 git 設定中了。
建立合作專案 Collaborators
如果我們想把這個新建立的 GitHub repository (專案/檔案庫) 和團隊成員共用，變成一個合作專案，要怎麼做呢？
- 先點上方 my_git 專案的 Settings 頁籤
- 再點左邊 Options 的 Collaborators 選項
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| Source: github.com |
- 出現新增 Collaborators 頁面
- 對話框中輸入您要新增成員的 GitHub 帳號或 Email 搜尋成員
- 選擇搜尋到的成員按下 Add collaborator 進行邀請
- 重覆搜尋並邀請成員
- 等待被邀請成員回應邀請
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| Source: github.com |
被邀請參與合作專案者
被邀請的成員，當然一定要有 GitHub 帳號，會收到一封邀請 Email，點 View invitation 檢視邀請後，會登入 GitHub 並看到這個畫面：
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| Source: github.com |
按下 Accept invitation 接受邀請，被邀請的成員就會看到 my_git 這個專案的內容，出現在自己的 GitHub 帳號中，並可以看到有目前有 2 位 contributors 在此 repository (專案/檔案庫)。
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| Source: github.com |
被邀請的人要怎麼建立與使用這個專案呢？步驟其實和之前相同：
◆ 先把專案 clone 到自己的電腦 (本地 local)
按下「Clone or download」複製 URL，執行：
git clone <貼上 URL>◆ 在此專案目錄下工作處理
◆ 處理好的程式檔加入暫存區 git add
◆ Ok了，進行提交 git commit
◆ 要 push 到 GitHub 之前...
因為這裡是多人協同合作，在你處理的同時，可能也有其他協同者在處理此專案。其他協同者若 commit 處理並上傳 (push) 至 GitHub，就會造成目前在 GitHub (遠端檔案庫)上的版本比你電腦上的新 (因協同者是在你 clone 至自己的電腦後上傳的)。這時候會產生版本衝突，你的 push 會失敗並出現錯誤訊息 (常見的衝突問題將在下一節討論！)。
建議協同合作專案成員，在每次要開始工作前，和 push 你的處理到 GitHub 前，先把目前 GitHub 上最新的檔案庫更新 (拉取 pull) 到自己的本地檔案庫，讓你的本地檔案庫和 GitHub (遠端檔案庫)上的版本一致。執行：
git pull origin master # pull 更新本地檔案庫◆ 上傳 / 同步至 GitHub
git push origin master # push 上傳檔案庫你是否發現這次過程我們沒有執行 git remote add 來連結本地和遠端檔案庫。因為在 clone 下來時 .git 中已經包含了原本的遠端檔案庫 URL 了，可以執行這個指令檢視：
git remote -v # 檢視遠端檔案庫這樣就可以和多人協同合作專案了。
常見的衝突問題和解決
多人協同合作專案很容易發生版本衝突問題。
git 學習資源
git 還有很多重要的概念，如衝突處理、分支和合併。但若是個人使用的最小概念需求，以上就夠了。另外，視窗介面的 git 工具對使用 git 並不是絕對必要的，本篇不介紹視窗介面 git 工具的使用，完全在 Ubuntu 終端機下進行。若有興趣繼續深入了解 git，可以參考以下由網路上眾多高手撰寫，非常詳細且免費的 git 教學資源 (介紹順序無任何意義！)：
- git 官方文件：git Documentation - Pro Git book
- W3HexSchool 六角學院 - Git & GitHub 教學手冊
- TechBridge 技術共筆部落格 - Git 與 Github 版本控制基本指令與操作入門教學
- 高見龍 - 為你自己學Git
- 猴子老師 - 連猴子都能懂的Git入門指南
- 黃保翕 (Will 保哥) - 30 天精通 Git 版本控管
- ihower 的 Git 教室 - Git 版本控制系統
參考資料 (References)：
😺 git 官方文件：git Documentation - Pro Git book
😺 git 維基百科
😺 GitHub 維基百科