如果多个人修改同一个项目，而且所有人都往同一条线上提交，那么麻烦并不在于「乱」，而在于无法单独撤回某一部分。修复 bug 的提交和添加功能的提交交替排列在同一条历史上，如果想把功能那部分拿掉，就得从一堆相互穿插的提交里把它们挑出来。分支解决的正是这个问题，它让每一条工作线各自独立地前进，回退时也只需要处理自己的那一条。
这一章的命令并不多，只有 branch、switch、checkout，再加上 -d、-D、-m 三个参数。难点也不在命令本身，而在于「分支」这个词听起来像是一份代码的副本。如果真的按照副本来理解，后面几乎每一条规则都会记反，比如为什么创建一百个分支也不占空间、为什么切换分支是瞬间完成的、为什么有时候修改了文件还能切换过去，有时候却不能。
所以这一篇先把分支拆到文件的层面来看。看过之后，上面那些规则就不需要死记了，因为它们都能推导出来。
一、分支到底是什么
常见的说法是，分支是「从主干上引出来的一条线」。这个比喻画在白板上很好用，但是它会让人以为分支是一个很重的东西。实际打开 .git 目录看一下：
git init demo && cd demo
echo "a" > f.txt && git add . && git commit -m "one"
ls .git/refs/heads/
# master
cat .git/refs/heads/master
# 9a2f86f27b271d52c04ac45b9a54040c5f8e1543
wc -c < .git/refs/heads/master
# 41
代码 1：一个分支在磁盘上的全部内容。
一个分支就是 .git/refs/heads/ 下的一个文件，文件里写着一个 40 位的提交号，再加上一个换行符，一共 41 个字节。 不多不少，里面没有任何别的东西。
这一点可以解释后面的一连串现象：
- 创建分支是瞬间完成的，而且几乎不占空间，因为写一个 41 字节的文件根本花不了多少时间；
- 创建一百个分支，也不会让仓库变大一百倍，因为提交对象是共用的，分支只是记录了从哪一个提交开始看；
- 删除分支并不会删除提交，因为删掉的只是那个文件，提交本身仍然保存在
.git/objects里。
这里还有一个容易被忽略的细节，在空仓库里执行 git branch，什么都不会输出。
git init demo2 && cd demo2
git branch
# （没有任何输出，退出码 0）
代码 2：在还没有任何提交的时候，一个分支都列不出来。
这并不是命令出了问题。分支是「记录着某个提交的文件」，既然还没有任何提交，自然也就没有东西可以记录。master 要等到第一次 commit 之后才会真正出现，在那之前，它只是一个将要被创建的名字。
二、HEAD：记着分支名的那一行
有了分支之后，还缺少一样东西，那就是 Git 需要知道当前是在哪一条分支上工作，这就是 HEAD 的作用。
HEAD 同样是一个文件，而且比分支文件还要小：
cat .git/HEAD
# ref: refs/heads/master
git switch feature
cat .git/HEAD
# ref: refs/heads/feature
代码 3：切换分支时，.git/HEAD 里的这一行被改写了。
所以整个模型分为两层：
- 分支记录着一个提交号；
- HEAD 记录着一个分支名。
图 1：这三样东西都是文件。master 和 feature 各自记录着一个提交号，而 HEAD 记录的是分支名，并不是提交号。所以在 feature 上再提交一次时，只需要改写 refs/heads/feature 里的那一行，HEAD 一个字都不用改动。
「切换分支」在文件层面的含义，就是改写 .git/HEAD 里的那一行，再把工作区里的文件更新成新分支所指向的那个提交的样子。前半步只是修改一个字符串，后半步才是真正需要花时间的部分。
补个坑：HEAD 里存的是 ref 时切换才只改字符串，分离头指针下切走前得先建分支。
这个结构还留了一个口子，那就是 HEAD 里保存的内容不一定是 ref: ... 这种形式，也可以直接是一个提交号。
git switch --detach HEAD
cat .git/HEAD
# 21d461219b84aec02bce153c03d3146c208b4f98
git symbolic-ref --short HEAD
# fatal: ref HEAD is not a symbolic ref
代码 4：分离头指针，也就是 HEAD 跳过分支，直接指向了一个提交。
这种状态叫作分离头指针（detached HEAD）。在这种状态下，照样可以修改文件，也可以提交，但是新的提交并没有任何分支记录着它。一旦切换走，这个提交的编号就只剩下 git reflog 里还保留着了。查看历史上的某个版本时，就会遇到这种状态，看完之后切换回来就可以了。如果想在这个版本上继续工作，就要先执行 git switch -c <名字>，给它创建一个分支。
三、git branch：看和建
git branch
# feature
# * master
代码 5：* 标出的是 HEAD 当前指向的分支。
在命令后面加上一个名字，就可以创建分支：
git branch tmp
git rev-parse --short master
# 9a2f86f
git rev-parse --short tmp
# 9a2f86f
git symbolic-ref --short HEAD
# master
代码 6：新分支创建在当前的提交上，但 HEAD 并没有跟着移动过去。
这里有两件事需要分开记住。
第一，新分支创建在 HEAD 当前所在的提交上。 它并不是创建在 master 上，而是创建在当前所在的位置。如果当前位于 feature 上，执行 git branch tmp 之后，tmp 和 feature 就会指向同一个提交。
第二，git branch <名字> 创建完分支之后，并不会切换过去。 这是一个单纯的创建操作。如果想在创建之后立即切换过去，可以使用 git switch -c <名字>，其中 -c 是 create 的意思，这样一步就能完成两件事。
四、切换：为什么 switch 和 checkout 是两条命令
在切换分支这件事上，git switch <分支> 和 git checkout <分支> 的效果是一样的。既然效果一样，为什么还要有两条命令呢？
答案在 Git 2.23 的发布说明里写得很直白：
Two new commands "git switch" and "git restore" are introduced to split "checking out a branch to work on advancing its history" and "checking out paths out of the index and/or a tree-ish to work on advancing the current history" out of the single "git checkout" command.
也就是说，checkout 一个人承担了两项工作。如果给它一个分支名，它就切换分支；如果给它一个文件路径，它就会用暂存区里的内容覆盖工作区里的那个文件。两件事共用一条命令，就留下了一个真实存在的坑：
echo "重要的未提交改动" >> f.txt
git checkout f.txt
# Updated 1 path from the index
tail -1 f.txt
# a
代码 7：本来想切换分支，结果却把改动覆盖掉了，而提示只有一句 Updated 1 path。
由于 f.txt 并不是一个分支名，所以 checkout 执行了第二种操作，用暂存区里的版本覆盖了工作区里的文件。刚才添加的那一行改动就这样消失了，整个过程没有确认，没有警告，退出码也是 0。
这坑的隐蔽处在于退出码为 0，脚本里 `checkout f.txt` 写错也不会报错，静默丢改动。
如果换成 switch，结果是这样的：
echo "又改一次" >> f.txt
git switch f.txt
# fatal: invalid reference: f.txt
tail -1 f.txt
# 又改一次
代码 8：switch 只认识分支，遇到认不出来的参数就会停下来。
这就是把两项工作拆开的价值。switch 只负责切换分支，如果参数不是分支名，它就会报错退出，而覆盖文件的那一半功能则交给了 git restore。所以日常切换分支时使用 switch，可以避免一整类误操作。
需要说明的是，git switch 的 man 页到现在仍然标注着 THIS COMMAND IS EXPERIMENTAL. THE BEHAVIOR MAY CHANGE.。不过这条命令已经用了很多年，在日常切换分支时是稳定可靠的。如果看到别人的教程或者脚本里写的是 checkout，也不能说那是过时的写法，因为 checkout 并不会消失，这两条命令会长期并存。
五、删除：-d 和 -D 差在哪
git branch -d feature
# error: The branch 'feature' is not fully merged.
# If you are sure you want to delete it, run 'git branch -D feature'.
代码 9：-d 会先检查这条分支上的提交有没有被合并到别处。
-d 是带有检查的删除，而 -D 是强制删除。 两者的区别就在于这道检查。如果分支上有些提交还没有合并到别的地方，-d 就会阻止删除，因为一旦删掉这条分支，那些提交就没有任何分支记录着它们了。
这道检查涉及到「合并」，而合并要到下一章才会讲。但是并不能因此就一律使用 -D，日常应该默认使用 -d，让它帮忙做这道检查。如果确认真的要删除，报错信息里已经写好了使用 -D 的命令，照着输入就可以了。反过来说，如果习惯性地使用 -D，就相当于永久关掉了这道保险。
另外还有一条限制：
git switch feature
git branch -D feature
# error: Cannot delete branch 'feature' checked out at '/tmp/demo'
代码 10：不能删除自己当前所在的分支。
从模型上来看，这是必然的结果。因为 HEAD 记录着分支名，如果把那个分支文件删掉了，HEAD 就会指向一个不存在的东西。所以在删除分支之前，要先切换到别的分支上。
另外，即使真的删错了分支，提交一般也还在。git reflog 记录着 HEAD 的每一次移动，可以从中找回那个提交的编号，然后执行 git branch <名字> <提交号>，把分支重新创建出来。因为删掉的只是一个 41 字节的指针，而不是提交的内容。
六、改名：-m
-m 有两种用法，它们的区别需要记清楚：
# 一个参数：改当前分支的名字
git branch -m new-name
# 两个参数：改任意一条分支的名字，不用切过去
git symbolic-ref --short HEAD
# master
git branch -m feature feat-new
git branch --format='%(refname:short)'
# feat-new
# master
代码 11：使用两个参数的形式时，即使当前在别的分支上，照样可以改名。
当只有一个参数时，-m 修改的是当前分支的名字，所以这种写法确实要求 HEAD 位于那条分支上。而使用两个参数的形式时，已经写明了要修改哪一条分支，所以无论当前在哪里都可以执行。
七、切换被拒绝的时候，Git 在护什么
这一节是整章里最容易记反的地方。
一种常见的说法是「修改过的文件如果没有提交，就不能切换分支，而新建的文件则可以」。这种说法是根据改动的种类来划分界线的，但 Git 划分的并不是这条线。实际运行一遍看看：
# f.txt 在 master 和 feature 上内容相同
echo "改动未提交" >> f.txt
git switch feature
# Switched to branch 'feature'
# M f.txt
tail -1 f.txt
# 改动未提交
代码 12：修改过的文件虽然没有提交，但切换照样成功了，而且改动也跟着带了过来。
输出里的 M f.txt 这一行，是 Git 在提示这个修改被带到了新的分支上。下面换一种情况：
# 这次 f.txt 在两个分支上内容不同
echo "master 上的未提交改动" >> f.txt
git switch feature
# error: Your local changes to the following files would be overwritten by checkout:
# f.txt
# Please commit your changes or stash them before you switch branches.
# Aborting
代码 13：同样是修改过但没有提交，这一次却被拦住了。
新建的文件也同样会有两种结果：
# draft.txt 在 feature 上不存在
echo "草稿" > draft.txt
git switch feature
# Switched to branch 'feature' ← 文件跟着过来了
# other.txt 在 feature 上是被追踪的文件
echo "本地新建的 other.txt" > other.txt
git switch feature
# error: The following untracked working tree files would be overwritten by checkout:
# other.txt
# Please move or remove them before you switch branches.
# Aborting
代码 14：新建的文件同样有可能阻止切换。
把这四种情况放在一起，规则就清楚了。Git 是否阻止切换，看的并不是改动的种类，而是切换过去之后，会不会覆盖掉还没有提交的内容。
| 情况 | 目标分支上那个文件 | 结果 |
|---|---|---|
| 改了已追踪文件 | 内容相同 | 放行，改动跟着走 |
| 改了已追踪文件 | 内容不同 | 拦下（会覆盖改动） |
| 新建未追踪文件 | 不存在 | 放行，文件跟着走 |
| 新建未追踪文件 | 已被追踪 | 拦下（会覆盖新文件） |
其实两条报错信息已经把意思说得很明白了，它们的关键词都是 would be overwritten，也就是「会被覆盖」。Git 并不介意带着没有提交的改动切换分支，它只是拒绝在切换的过程中弄丢这些改动。
被放行的那两种情况还有一个副作用值得了解，那就是没有提交的改动并不属于任何一个分支。它们留在工作区里，切换到哪个分支，就会跟到哪个分支。如果在 master 上改了一半，然后切换到 feature，并在那里提交了，这个改动就进入了 feature 的历史。当切换被阻止时，可以用 stash 暂存，也可以先提交一次，但更值得先想一想的是，这一半的改动原本打算放在哪一条分支上。
值得点明：未提交改动跟着你走，所以切分支前先想清楚它属于哪条线，别顺手在错的分支提交。
小结
把这一章的命令，按照「它改动了哪个文件」重新排列一遍：
| 命令 | 它做的事 |
|---|---|
git branch | 列出 .git/refs/heads/ 下的分支，* 标出 HEAD 在哪 |
git branch <名> | 在当前提交上写一个 41 字节的新文件，不切过去 |
git switch <名> | 改写 .git/HEAD 那一行，再把工作区刷成对应提交 |
git switch -c <名> | 上面两件事一步做完 |
git checkout <名> | 同样能切；但参数是文件名时会改成覆盖文件 |
git branch -d <名> | 删分支文件，先检查提交有没有被合并走 |
git branch -D <名> | 跳过检查直接删；不能删 HEAD 正站着的那条 |
git branch -m <新> | 改当前分支的名字（两个参数则改指定的那条） |
真正需要记住的，只有开头那两句话，分支是记录着提交号的文件，而 HEAD 是记录着分支名的文件。这一章里其余的规则都可以由此推导出来，包括创建分支为什么快、删除分支为什么不会丢失提交、为什么不能删除自己当前所在的分支，以及切换分支时 Git 到底在保护什么。
不过这里还留着一个明显的缺口，那就是分支分出去之后，要怎样再合并回来。如果两条分支各自修改了同一个文件的同一行，Git 应该以哪一边为准呢？下一章讲合并和冲突。
