Как правильно писать в Москве, в городе Москве или в г. Москве?

Писать слово "город" не обязательно, для тех, кто знает что это - и так понятно. Для тех, кто не знает - загуглят или спросят у людей. На окончание влияет задаваемый вопрос (где? в Москве, в каком городе? Москва).

Правильно следующее:

г.Москва, город Москва, в городе Москва, в Москве.

Это же относится и ко всем другим городам, пример:

Тьмутараканьск, в Тьмутараканьске, в городе Тьмутараканьск, город Тьмутараканьск.

Вероятно в русском языке есть определенные правила для этого случая, но по-моему здесь и без правил понятно, что и в каком случае нужно писать.