Gitを内部構造で完全理解する

Gitを内部構造で  完全理解する1時間  git init からgit rebase まで

名前 : 梅原隆一仕事: 自動運転系のソフトウェア開発、副業ではWeb開発(フロント: TypeScript, React、バックエンド: Python,
NodeJS, Go、インフラ: Terraform, aws cdk) 趣味: バスケットボール、野球観戦(阪神🐅)、ゴルフ⛳

本日の目標 1. Commitは差分ではなく、スナップショットであることを理解する 2. 3-WAYマージを理解する 3. git init から
git rebaseの動作を理解する ⚠本発表では本質をわかりやすく伝えるために一部処理順序が異なったり、簡略化して伝えている部分が存在します🙏 

アジェンダ 1. git init で作成されるもの 2. 履歴を積み重ねる git add /
commit 3. 履歴を分岐させる git checkout 4. 履歴をマージさせる git merge 5. 履歴を操作する git rebase / cherry-pick

git init  • .gitという隠しディレクトリを作成  • gitに関する様々な情報が全て保存されている  ◦ ファイル  ◦ ディレクトリ構造 
◦ commit  ◦ branch etc … 

git init  • .gitという隠しディレクトリを作成  • gitに関する様々な情報が全て保存されている  ◦ ファイル  ◦ ディレクトリ構造 
◦ commit  ◦ branch etc …  }= git object 

git objectの情報はどこに保存されている？  • 例えば、 4368f3e....a0eというハッシュ値のコミットは  .git/objects/43/68f3e・・・a0e  に保存される。  • objectsには以下の3種類が存在  
◦ commit  ◦ tree (ディレクトリ構造を保存)   ◦ blob (ファイルの情報を保存)      

commit / tree / blob の関係性  gachit  C  D  src 
README.md  4368f3  ccfd88 e0kl4d gachit  23d9fb7 README.md  e70524 WorkTree  tree  blob  commit 

blob objectの中身を見てみよう  • blobオブジェクトはファイルそのものを表現  • blob = Binary Large OBject 
README.md  e70524

tree objectの中身を見てみよう  • tree objectはディレクトリ(1階層)を表現。  • ディレクトリ直下のBlobやTreeのハッシュ値が記録される  gachit  src  README.md
  23d9fb7  ccfd88 e70524 Tree  Blob 

commit objectの中身を見てみよう  • tree -> リポジトリルートのtreeオブジェクトのsha  • parent -> 一つ前のcommit 
• author / commiter -> 作成者とcommitした人物(と時刻)  • comment  C  D  gachit  23d9fb7 tree  parent 

ハッシュ値の決め方  objectの内容が変わればハッシュ値の内容も変わる。 

commit / tree / blob の関係性  gachit  C  D  src 
README.md  4368f3  ccfd88 e0kl4d gachit  23d9fb7 README.md  e70524 WorkTree  tree  blob  commit 

git add / commit  gachit  C  D  src  README.md  
23d9fb7  ccfd88 e70524 gachit  as3fc66  README.md   bm59o4 82f9275 .gitignore e70524 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  git add  git commit  Tree  Blob  git object 

Indexファイルについて  • Indexファイルはステージングエリアの保存場所  • 何を保存しているの？ -> blobの一覧とpath (とuid, git, 作成/更新日時,
etc..) 

git add <ファイルpath> の内部動作  1. README.mdを修正 2. $ git add
READMD.md 3. READMD.mdをblobとして.git/objects以下に保存  4. Indexファイルを更新 (変更がステージングエリアに移動)    82f9275 .gitignore e70524 README.md bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  git add  README.md  bm59o4

git commit の内部動作  1. IndexファイルからTreeオブジェクトファイルを作る  2. TreeオブジェクトファイルからCommitオブジェクトファイルを作る  3. <HEAD /
branch>の更新  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  git commit  gachit  HEAD  C  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 feat  Tree  Blob 

git commit の内部動作  1. IndexファイルからTreeオブジェクトファイルを作る   2. TreeオブジェクトファイルからCommitオブジェクトファイルを作る  3. <HEAD
/ branch>の更新  gachit  HEAD  C  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  feat  Tree  Blob  git commit  gachit  as3fc66  README.md  bm59o4

Indexファイルからtree objectを作成  treeのハッシュ値はその下のtreeやblobのハッシュ値によって変わる！  bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py ef7ba989
src/tests/add_test.py e331b1c src/tests/checkout_test.py Stagingエリア  src  gachit  README.md  e70524 gachit  tests  __init__.py  ca3839 __main__.py  5d5c0c add_test.py  ef7ba9 checkout_test.py   e331b1

Indexファイルからtree objectを作成  treeのハッシュ値はその下のtreeやblobのハッシュ値によって変わる！  Stagingエリア  src  gachit  README.md  e70524 gachit  tests 
ccfd88 __init__.py  ca3839 __main__.py  5d5c0c add_test.py  ef7ba9 checkout_test.py   e331b1 bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py ef7ba989 src/tests/add_test.py e331b1c src/tests/checkout_test.py

Indexファイルからtree objectを作成  treeのハッシュ値はその下のtreeやblobのハッシュ値によって変わる！  Stagingエリア  src  gachit  README.md  e70524 gachit  ccfd88
tests  ccfd88 __init__.py  ca3839 __main__.py  5d5c0c add_test.py  ef7ba9 checkout_test.py   e331b1 bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py ef7ba989 src/tests/add_test.py e331b1c src/tests/checkout_test.py

Indexファイルからtree objectを作成  treeのハッシュ値はその下のtreeやblobのハッシュ値によって変わる！  Stagingエリア  src  gachit  README.md  ccfd88 e70524 gachit 
ccfd88 tests  ccfd88 __init__.py  ca3839 __main__.py  5d5c0c add_test.py  ef7ba9 checkout_test.py   e331b1 bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py ef7ba989 src/tests/add_test.py e331b1c src/tests/checkout_test.py

Indexファイルからtree objectを作成  treeのハッシュ値はその下のtreeやblobのハッシュ値によって変わる！  Stagingエリア  src  gachit  README.md  ccfd88 23d9fb7  e70524
gachit  ccfd88 tests  ccfd88 __init__.py  ca3839 __main__.py  5d5c0c add_test.py  ef7ba9 checkout_test.py   e331b1 bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py ef7ba989 src/tests/add_test.py e331b1c src/tests/checkout_test.py

git commit の内部動作  1. IndexファイルからTreeオブジェクトファイルを作る   2. TreeオブジェクトファイルからCommitオブジェクトファイルを作る  3. <HEAD
/ branch>の更新  gachit  HEAD  C  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  feat  Tree  Blob  git commit  gachit  as3fc66  README.md  bm59o4 commit間で変更がなければtreeは   同じtreeが共有される  

git commit の内部動作  1. IndexファイルからTreeオブジェクトファイルを作る  2. TreeオブジェクトファイルからCommitオブジェクトファイルを作る   3. <HEAD
/ branch>の更新  gachit  HEAD  C  D  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 gachit  as3fc66  README.md  bm59o4 82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  feat  Tree  Blob  git commit 

git commit の内部動作  1. IndexファイルからTreeオブジェクトファイルを作る  2. TreeオブジェクトファイルからCommitオブジェクトファイルを作る  3. <HEAD /
branch>の更新   gachit  HEAD  C  D  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 gachit  as3fc66  README.md  bm59o4 82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  feat  Tree  Blob  git commit 

疑問: なんでtree？  • ディレクトリを表現するだけならINDEXファイルだけで十分  なのにtreeというややこしい構造を持ち出すのはなぜか  ◦ ファイル数も多くなる。   ◦ ディレクトリ全てのファイルを見るには複数ファイルを跨がないといけない
        この疑問を意識して  後半の発表を聞いてね！  gachit  C  D  src  README.md  23d9fb7  ccfd88 e70524 gachit  as3fc66  README.md  bm59o4 82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  Tree  Blob 

GitのRefについて  • commitのハッシュは直感的に理解不能   • gitにはcommitに参照=ref (つまりは名札📛みたいなもの)をつけられる。  • Refは3種類  a.
branch: branchの先頭のcommitを指す   b. HEAD: 今見てるbranch(or commit)を指す   c. tag: リリースバージョンなど特定のcommitを指す   • ファイルとしては  .git  └ refs  └ <branch名のtextファイル>  にCommitのshaを記載して保存されている。    A  main  HEAD  v1.1  B  C  D  feat  main  v1.1 

branch作成 ( branch / checkout )  1. refの作成  2. (HEADの切り替え) 
A  main  HEAD  feat  A  main  HEAD  A  main  HEAD  git branch  git checkout -b  feat  A  main  HEAD 

branchを切り替える git checkout  A  main  HEAD  B  C  D  82f9275
.gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  1. HEADをtarget branchに移動  2. target branchとHEADの差分を計算  a. Worktreeを修正  b. INDEXファイルの修正 

.gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  1. HEADをtarget branchに移動   2. target branchとHEADの差分を計算  a. Worktreeを修正  b. INDEXファイルの修正 

branchを切り替える git checkout  A  main  B  C  D  82f9275 .gitignore
bm59o4 README.md e70524 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  1. HEADをtarget branchに移動  2. target branchとHEADの差分を計算  a. Worktreeを修正   b. INDEXファイルの修正   HEAD 

branchを切り替える git checkout  A  main  B  C  D  82f9275 .gitignore
bm59o4 README.md e70524 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  1. HEADをtarget branchに移動  2. target branchとHEADの差分を計算   a. Worktreeを修正  b. INDEXファイルの修正  HEAD 

treeの差分を計算する  • 23d9fb7とas3fc66の差分を計算する。  • 共通のccfd88は探索対象外にできるので効率的に差分を計算することができる。  gachit  src  README.md  23d9fb7 
ccfd88 e70524 gachit  as3fc66  README.md  bm59o4 tree  blob  C  D 

.gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  1. HEADをtarget branchに移動  2. target branchとHEADの差分を計算  a. Worktreeを修正  b. INDEXファイルの修正 

余談: 1つ前のブランチ、N個前のブランチ  feat/hogeで開発中にmainブランチが更新された....  1. <on feat/hoge> $ git checkout main
# mainブランチに移動  2. <on main> $ git pull # 最新の変更を取ってきて、mainブランチを更新  3. (さぁfeatブランチに戻ってrebaseしよう...あれ、前居たブランチ忘れた...) 

余談: 1つ前のブランチ、N個前のブランチ  直前（1個前）のブランチに戻る  • git checkout -    2個前のブランチに戻る  •
git checkout @{-2} 

git reset  git reset = refの付け替え  C  D  feat  HEAD 

C  D  feat  HEAD  git reset <commitC>  commitDのハッシュ値を知らないと resetは取り消せない 

C  D  feat  HEAD  HEADがbranchから離れる  = detached HEAD状態  git checkout <commitC>  C  D  feat  HEAD  git reset <commitC>  commitDのハッシュ値を知らないと resetは取り消せない 

3種類のgit reset  • --soft  ◦ ref(branchとHEAD)のみを修正   • --mixed  ◦
ref + Indexファイルを修正   • --hard  ◦ ref + Indexファイル + WorkTreeを修正   A  main  HEAD  B  C  D  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat 

git reset --soft <commitC>  • --soft  ◦ ref(branchとHEAD)のみを修正   •
--mixed  ◦ ref + Indexファイルを修正   • --hard  ◦ ref + Indexファイル + WorkTreeを修正   A  main  HEAD  B  C  D  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  commitDのまま  差分 

git reset --mixed <commitC>  • --soft  ◦ ref(branchとHEAD)のみを修正   •
--mixed  ◦ ref + Indexファイルを修正   • --hard  ◦ ref + Indexファイル + WorkTreeを修正   A  main  HEAD  B  C  D  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  commitDのまま  差分  commitC 

余談: git resetの使い道  commitの分割、結合に便利  • 分割したい場合  ◦ git reset --mixed
→ git add <一部分> → git commit → git add <残り> → git commit   A  main  HEAD  B  C  D  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  commitDのまま  差分  commitC 

余談: git resetの使い道  commitの分割、結合に便利  • 結合したい場合  ◦ git reset --soft
<commit C> → git commit  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  A  main  HEAD  B  C  D  feat  E  F 

<commit C> → git commit  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  差分  commitFのまま  A  main  HEAD  B  C  feat 

<commit C> → git commit  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py Stagingエリア  A  main  B  C  HEAD  DE F  feat 

git reset --hard <commitC>  • --soft  ◦ ref(branchとHEAD)のみを修正   •
--mixed  ◦ ref + Indexファイルを修正   • --hard  ◦ ref + Indexファイル + WorkTreeを修正   A  main  HEAD  B  C  D  82f9275 .gitignore bm59o4 README.md ca383925 src/gachit/__init__.py 5d5c0cb src/gachit/__main__.py WorkTree  Stagingエリア  feat  commitC 

余談: git reflog  • reset --hardしても大丈夫！  • git reflogでgitの操作 +
その時のcommitが記録されてる  • 元々のcommitを見つけてもう一度reset --hardすればいい。  C  D  feat  HEAD  C  D  feat  HEAD  git reset --hard 

2-wayマージ  例: AちゃんとDくんは授業で同じ班となり共同でプログラムを作ります。  2人が作業した内容をマージしたいです。  def greet(): hi = "hello" name
= "jinan" return f”{hi} {name}”  def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” ❓ 

= "jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” ❓  どちらを採用すればいいかわからない。。。 

= "jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” def say_hello(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” ベースプログラム  関数名を変更  nameを変更  2つの変更をマージ！  

= "jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” def say_hello(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” ベースプログラム  def greet(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}”

= "jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” def say_hello(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” ベースプログラム  3点でマージ  →3wayマージ 

= "jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hello(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” def say_hello(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” ベースプログラム  def greet(): hi = "hello" name = "aanya" return f”{hi} {name}” merge base  = 

3wayマージの利点 = 安全なコンフリクト解消  def greet(): hi = "hello" name =
"jinan" return f”{hi} {name}”   def say_hi(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” def say_hello(): hi = "hello" name = "jinan" return f”{hi} {name}” ベースプログラム  関数名を変更  関数名を変更  ❓  • コンフリクト = 変更場所が重複すること  • ユーザーにどちらの変更を採用するか選んでもらえる(コンフリクト解消)  • ソースコードの意図しない変更を防ぐことができる。 

git merge  • featブランチをmainブランチにマージする時  ◦ mainで入った変更とfeatで入った変更をマージしたい  ◦ mainで入った変更 = commitAとcommitBの差分 
◦ featで入った変更 = commitAとcommitDの差分  ◦ commitA = best common ancestor (最良共通祖先)   ◦ commitM = commitA と commitB と commitD の3wayマージの結果   A  main  B  D  feat  HEAD  M  MERGE_HEAD  merge base  HEAD  C 

◦ featで入った変更 = commitAとcommitDの差分  ◦ commitA = best common ancestor (最良共通祖先)   ◦ commitM = commitA と commitB と commitD の3wayマージの結果   A  main  B  C  D  feat  HEAD  T M = T A + |T B - T A | + |T D - T A |    T M =commitMのtree object  M  MERGE_HEAD  merge base  HEAD 

◦ featで入った変更 = commitAとcommitDの差分  ◦ commitA = best common ancestor (最良共通祖先)   ◦ commitM = commitA と commitB と commitD の3wayマージの結果   A  main  B  D  feat  HEAD  T M = T A + |T B - T A | + |T D - T A |    T M =commitMのtree object    実はcommitCは全く使われない！  (commitは差分ではない...!)  M  MERGE_HEAD  merge base  HEAD  C 

commit 3. 履歴を分岐させる git checkout 4. 履歴をマージさせる git merge 5. 履歴を操作する rebase / cherry-pick

git cherry-pick  • 例: mainブランチにcommitDをcherry-pick  ◦ = commitCとcommitDの差分をcommitBに適用したい  • T
D’ = T B + |T D - T C |で良いのでは？    ◦ 本来コンフリクトとして扱うべきなのに、コンフリクトを無視してしまう危険性   ◦ = commitBの変更とcommitDの変更が重複していた場合、commit Dが常に優先される  A  B  C  D  feat  main  D ’  HEAD 

git cherry-pick  A  B  C  D  feat  • 例: mainブランチにcommitDをcherry-pick 
◦ = commitCとcommitDの差分をcommitBに適用したい  • T D’ = T B + |T D - T C |で良いのでは？    ◦ 本来コンフリクトとして扱うべきなのに、コンフリクトを無視してしまう危険性   ◦ = commitBの変更とcommitDの変更が重複していた場合、commit Dが常に優先される  • commitCとcommitBとcommitDで3wayマージ！  main  D ’  HEAD 

git rebase    例: git rebase mainを実行すると...  A  main  B 
C  D  feat  HEAD 

git rebase    例: git rebase mainを実行すると...commitCをcommitBに付け替えられる！  A  main  B 
C ’  D ’  feat  HEAD 

git rebase  git rebase = reset (--hard) + {cherry-pick} x
<コミットの数繰り返し>  例: git rebase mainを実行すると...  A  main  B  C  D  feat  HEAD  1. mainにreset —hard 

<コミットの数繰り返し>  例: git rebase mainを実行すると...  A  main  B  C ’  feat  HEAD  C  D  1. mainにreset —hard  2. cherry-pick C 

<コミットの数繰り返し>  例: git rebase mainを実行すると...  A  main  B  C ’  1. mainにreset —hard  2. cherry-pick C  3. cherry-pick D  C  D  D ’  feat  HEAD 

<コミットの数繰り返し>  例: git rebase mainを実行すると...  A  main  B  C ’  D ’  feat  HEAD  1. mainにreset —hard  2. cherry-pick C  3. cherry-pick D  cherry-pickをN回繰り返すので、コンフリクトの解消も最大N回必要 

今日のまとめ  • rebaseやcherry-pickなどのコマンドも実は3wayマージが基礎    • 3wayマージは3点の差分同士のマージ    • コミットは差分ではなく、スナップショット   
• コミットの差分 = treeの差分    • treeというデータ構造とハッシュ値を組み合わせることで、  gitは差分を効率よく扱っている 

• 独習 Git  ◦ 基礎的な内容からしっかり書かれている   ◦ 今回紹介できなかったoriginの話が書かれている   ◦
初~中級者向け    • 実用git 第3版  ◦ 今回説明したような内部構造の話がじっくり書かれている   ◦ サブコマンドの解説も豊富  ◦ 上級者向け  おすすめの本

(よかったらフォローしてください→) ご清聴ありがとうございました！ (アンケート？の回答お願いします！ ) 「こういうテーマ聞きたい」とかあったら教えてください！

fast forward マージ  • featureブランチをmainブランチにマージする時  ◦ featureで入った変更をいい感じにmainブランチに取り込みたい   A  main 
C  D  feat  HEAD 

git mergeでやりたいこと  • featureブランチをmainブランチにマージする時  ◦ featureで入った変更をいい感じにmainブランチに取り込みたい   A  main  C 
D  feat  HEAD  C  D 

git mergeでやりたいこと  • featureブランチをmainブランチにマージする時  ◦ featureで入った変更をいい感じにmainブランチに取り込みたい   A  main  C 
D  feat  HEAD  A  main  C  D  feat  C  D  mainとHEADを  前に動かしただけ  = 早送りマージ 

Gitを内部構造で完全理解する

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