C/C++ 开发 boost 库参考手册整理（2）【学习笔记】

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作者：Aliven888

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导言

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第 7 章异步输入输出

7.1. 概述

本章介绍了 Boost C++ 库 Asio，它是异步输入输出的核心。名字本身就说明了一切：Asio 意即异步输入/输出。该库可以让 C++ 异步地处理数据，且平台独立。异步数据处理就是指，任务触发后不需要等待它们完成。相反，Boost.Asio 会在任务完成时触发一个应用。异步任务的主要优点在于，在等待任务完成时不需要阻塞应用程序，可以去执行其它任务。

异步任务的典型例子是网络应用。如果数据被发送出去了，比如发送至 Internet，通常需要知道数据是否发送成功。如果没有一个象 Boost.Asio 这样的库，就必须对函数的返回值进行求值。但是，这样就要求待至所有数据发送完毕，并得到一个确认或是错误代码。而使用 Boost.Asio，这个过程被分为两个单独的步骤：第一步是作为一个异步任务开始数据传输。一旦传输完成，不论成功或是错误，应用程序都会在第二步中得到关于相应的结果通知。主要的区别在于，应用程序无需阻塞至传输完成，而可以在这段时间里执行其它操作。

7.2. I/O 服务与 I/O 对象

使用 Boost.Asio 进行异步数据处理的应用程序基于两个概念：I/O 服务和 I/O 对象。 I/O 服务抽象了操作系统的接口，允许第一时间进行异步数据处理，而 I/O 对象则用于初始化特定的操作。鉴于 Boost.Asio 只提供了一个名为 boost::asio::io_service 的类作为 I/O 服务，它针对所支持的每一个操作系统都分别实现了优化的类，另外库中还包含了针对不同 I/O 对象的几个类。其中，类 boost::asio::ip::tcp::socket 用于通过网络发送和接收数据，而类 **boost::asio::deadline_timer 则提供了一个计时器，用于测量某个固定时间点到来或是一段指定的时长过去了。以下第一个例子中就使用了计时器，因为与 Asio 所提供的其它 I/O 对象相比较而言，它不需要任何有关于网络编程的知识。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 

void handler(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	  std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
    
	  boost::asio::io_service io_service; 
	  boost::asio::deadline_timer timer(io_service, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer.async_wait(handler); 
	  io_service.run(); 
}

函数 main() 首先定义了一个 I/O 服务 io_service，用于初始化 I/O 对象 timer。就象 boost::asio::deadline_timer 那样，所有 I/O 对象通常都需要一个 I/O 服务作为它们的构造函数的第一个参数。由于 timer 的作用类似于一个闹钟，所以 boost::asio::deadline_timer 的构造函数可以传入第二个参数，用于表示在某个时间点或是在某段时长之后闹钟停止。以上例子指定了五秒的时长，该闹钟在 timer 被定义之后立即开始计时。

虽然我们可以调用一个在五秒后返回的函数，但是通过调用方法 async_wait() 并传入 handler() 函数的名字作为唯一参数，可以让 Asio 启动一个异步操作。请留意，我们只是传入了 handler() 函数的名字，而该函数本身并没有被调用。

async_wait() 的好处是，该函数调用会立即返回，而不是等待五秒钟。一旦闹钟时间到，作为参数所提供的函数就会被相应调用。因此，应用程序可以在调用了 async_wait() 之后执行其它操作，而不是阻塞在这里。

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象 async_wait() 这样的方法被称为是非阻塞式的。 I/O 对象通常还提供了阻塞式的方法，可以让执行流在特定操作完成之前保持阻塞。例如，可以调用阻塞式的 wait() 方法，取代 boost::asio::deadline_timer 的调用。由于它会阻塞调用，所以它不需要传入一个函数名，而是在指定时间点或指定时长之后返回。

再看看上面的源代码，可以留意到在调用 async_wait() 之后，又在 I/O 服务之上调用了一个名为 run() 的方法。这是必须的，因为控制权必须被操作系统接管，才能在五秒之后调用 handler() 函数。

async_wait() 会启动一个异步操作并立即返回，而 run() 则是阻塞的。因此调用 run() 后程序执行会停止。具有讽刺意味的是，许多操作系统只是通过阻塞函数来支持异步操作。以下例子显示了为什么这个限制通常不会成为问题。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 

void handler1(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

void handler2(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "10 s." << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
	  boost::asio::io_service io_service; 
	  boost::asio::deadline_timer timer1(io_service, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer1.async_wait(handler1); 
	  boost::asio::deadline_timer timer2(io_service, boost::posix_time::seconds(10)); 
	  timer2.async_wait(handler2); 
	  io_service.run(); 
}

上面的程序用了两个 boost::asio::deadline_timer 类型的 I/O 对象。第一个 I/O 对象表示一个五秒后触发的闹钟，而第二个则表示一个十秒后触发的闹钟。每一段指定时长过去后，都会相应地调用函数 handler1() 和 handler2()。

在 main() 的最后，再次在唯一的 I/O 服务之上调用了 run() 方法。如前所述，这个函数将阻塞执行，把控制权交给操作系统以接管异步处理。在操作系统的帮助下，handler1() 函数会在五秒后被调用，而 handler2() 函数则在十秒后被调用。

乍一看，你可能会觉得有些奇怪，为什么异步处理还要调用阻塞式的 run() 方法。然而，由于应用程序必须防止被中止执行，所以这样做实际上不会有任何问题。如果 run() 不是阻塞的，main() 就会结束从而中止该应用程序。如果应用程序不应被阻塞，那么就应该在一个新的线程内部调用 run()，它自然就会仅仅阻塞那个线程。

一旦特定的 I/O 服务的所有异步操作都完成了，控制权就会返回给 run() 方法，然后它就会返回。以上两个例子中，应用程序都会在闹钟到时间后马上结束。

7.3. 可扩展性与多线程

用 Boost.Asio 这样的库来开发应用程序，与一般的 C++ 风格不同。那些可能需要较长时间才返回的函数不再是以顺序的方式来调用。不再是调用阻塞式的函数，Boost.Asio 是启动一个异步操作。而那些需要在操作结束后调用的函数则实现为相应的句柄。这种方法的缺点是，本来顺序执行的功能变得在物理上分割开来了，从而令相应的代码更难理解。

象 Boost.Asio 这样的库通常是为了令应用程序具有更高的效率。应用程序不需要等待特定的函数执行完成，而可以在期间执行其它任务，如开始另一个需要较长时间的操作。

可扩展性是指，一个应用程序从新增资源有效地获得好处的能力。如果那些执行时间较长的操作不应该阻塞其它操作的话，那么建议使用 Boost.Asio. 由于现今的PC机通常都具有多核处理器，所以线程的应用可以进一步提高一个基于 Boost.Asio 的应用程序的可扩展性。

如果在某个 boost::asio::io_service 类型的对象之上调用 run() 方法，则相关联的句柄也会在同一个线程内被执行。通过使用多线程，应用程序可以同时调用多个 run() 方法。一旦某个异步操作结束，相应的 I/O 服务就将在这些线程中的某一个之中执行句柄。如果第二个操作在第一个操作之后很快也结束了，则 I/O 服务可以在另一个线程中执行句柄，而无需等待第一个句柄终止。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <boost/thread.hpp> 
#include <iostream> 

void handler1(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

void handler2(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

boost::asio::io_service io_service; 

void run() 
{
    
     
  	io_service.run(); 
} 

int main() 
{
    
     
	  boost::asio::deadline_timer timer1(io_service, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer1.async_wait(handler1); 
	  boost::asio::deadline_timer timer2(io_service, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer2.async_wait(handler2); 
	  boost::thread thread1(run); 
	  boost::thread thread2(run); 
	  thread1.join(); 
	  thread2.join(); 
}

上一节中的例子现在变成了一个多线程的应用。通过使用在 boost/thread.hpp 中定义的 boost::thread 类，它来自于 Boost C++ 库 Thread，我们在 main() 中创建了两个线程。这两个线程均针对同一个 I/O 服务调用了 run() 方法。这样当异步操作完成时，这个 I/O 服务就可以使用两个线程去执行句柄函数。

这个例子中的两个计时数均被设为在五秒后触发。由于有两个线程，所以 handler1() 和 handler2() 可以同时执行。如果第二个计时器触发时第一个仍在执行，则第二个句柄就会在第二个线程中执行。如果第一个计时器的句柄已经终止，则 I/O 服务可以自由选择任一线程。

线程可以提高应用程序的性能。因为线程是在处理器内核上执行的，所以创建比内核数更多的线程是没有意义的。这样可以确保每个线程在其自己的内核上执行，而没有同一内核上的其它线程与之竞争。

要注意，使用线程并不总是值得的。以上例子的运行会导致不同信息在标准输出流上混合输出，因为这两个句柄可能会并行运行，访问同一个共享资源：标准输出流 std::cout。这种访问必须被同步，以保证每一条信息在另一个线程可以向标准输出流写出另一条信息之前被完全写出。在这种情形下使用线程并不能提供多少好处，如果各个独立句柄不能独立地并行运行。

多次调用同一个 I/O 服务的 run() 方法，是为基于 Boost.Asio 的应用程序增加可扩展性的推荐方法。另外还有一个不同的方法：不要绑定多个线程到单个 I/O 服务，而是创建多个 I/O 服务。然后每一个 I/O 服务使用一个线程。如果 I/O 服务的数量与系统的处理器内核数量相匹配，则异步操作都可以在各自的内核上执行。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <boost/thread.hpp> 
#include <iostream> 

void handler1(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

void handler2(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  	std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

boost::asio::io_service io_service1; 
boost::asio::io_service io_service2; 

void run1() 
{
    
     
 	 io_service1.run(); 
} 

void run2() 
{
    
     
 	 io_service2.run(); 
} 

int main() 
{
    
     
	  boost::asio::deadline_timer timer1(io_service1, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer1.async_wait(handler1); 
	  boost::asio::deadline_timer timer2(io_service2, boost::posix_time::seconds(5)); 
	  timer2.async_wait(handler2); 
	  boost::thread thread1(run1); 
	  boost::thread thread2(run2); 
	  thread1.join(); 
	  thread2.join(); 
}

前面的那个使用两个计时器的例子被重写为使用两个 I/O 服务。这个应用程序仍然基于两个线程；但是现在每个线程被绑定至不同的 I/O 服务。此外，两个 I/O 对象 timer1 和 timer2 现在也被绑定至不同的 I/O 服务。

这个应用程序的功能与前一个相同。在一定条件下使用多个 I/O 服务是有好处的，每个 I/O 服务有自己的线程，最好是运行在各自的处理器内核上，这样每一个异步操作连同它们的句柄就可以局部化执行。如果没有远端的数据或函数需要访问，那么每一个 I/O 服务就象一个小的自主应用。这里的局部和远端是指象高速缓存、内存页这样的资源。由于在确定优化策略之前需要对底层硬件、操作系统、编译器以及潜在的瓶颈有专门的了解，所以应该仅在清楚这些好处的情况下使用多个 I/O 服务。

7.4. 网络编程

虽然 Boost.Asio 是一个可以异步处理任何种类数据的库，但是它主要被用于网络编程。这是由于，事实上 Boost.Asio 在加入其它 I/O 对象之前很久就已经支持网络功能了。网络功能是异步处理的一个很好的例子，因为通过网络进行数据传输可能会需要较长时间，从而不能直接获得确认或错误条件。

Boost.Asio 提供了多个 I/O 对象以开发网络应用。以下例子使用了 boost::asio::ip::tcp::socket 类来建立与中另一台PC的连接，并下载 ‘Highscore’ 主页；就象一个浏览器在指向 www.highscore.de 时所要做的。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <boost/array.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

boost::asio::io_service io_service; 
boost::asio::ip::tcp::resolver resolver(io_service); 
boost::asio::ip::tcp::socket sock(io_service); 
boost::array<char, 4096> buffer; 

void read_handler(const boost::system::error_code &ec, std::size_t bytes_transferred) 
{
    
     
	  if (!ec) 
	  {
    
     
		    std::cout << std::string(buffer.data(), bytes_transferred) << std::endl; 
		    sock.async_read_some(boost::asio::buffer(buffer), read_handler); 
	  } 
} 

void connect_handler(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  if (!ec) 
  {
    
     
		    boost::asio::write(sock, boost::asio::buffer("GET / HTTP 1.1\r\nHost: highscore.de\r\n\r\n")); 
		    sock.async_read_some(boost::asio::buffer(buffer), read_handler); 
	  } 
} 

void resolve_handler(const boost::system::error_code &ec, boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator it) 
{
    
     
	  if (!ec) 
	  {
    
     
	    	sock.async_connect(*it, connect_handler); 
	  } 
} 

int main() 
{
    
     
	  boost::asio::ip::tcp::resolver::query query("www.highscore.de", "80"); 
	  resolver.async_resolve(query, resolve_handler); 
	  io_service.run(); 
}

这个程序最明显的部分是三个句柄的使用：connect_handler() 和 read_handler() 函数会分别在连接被建立后以及接收到数据后被调用。那么为什么需要 resolve_handler() 函数呢？

互联网使用了所谓的IP地址来标识每台PC。 IP地址实际上只是一长串数字，难以记住。而记住象 www.highscore.de 这样的名字就容易得多。为了在互联网上使用类似的名字，需要通过一个叫作域名解析的过程将它们翻译成相应的IP地址。这个过程由所谓的域名解析器来完成，对应的 I/O 对象是：boost::asio::ip::tcp::resolver。

域名解析也是一个需要连接到互联网的过程。有些专门的PC，被称为DNS服务器，其作用就象是电话本，它知晓哪个IP地址被赋给了哪台PC。由于这个过程本身的透明的，只要明白其背后的概念以及为何需要 boost::asio::ip::tcp::resolver I/O 对象就可以了。由于域名解析不是发生在本地的，所以它也被实现为一个异步操作。一旦域名解析成功或被某个错误中断，resolve_handler() 函数就会被调用。

因为接收数据需要一个成功的连接，进而需要一次成功的域名解析，所以这三个不同的异步操作要以三个不同的句柄来启动。 resolve_handler() 访问 I/O 对象 sock，用由迭代器 it 所提供的解析后地址创建一个连接。而 sock 也在 connect_handler() 的内部被使用，发送 HTTP 请求并启动数据的接收。因为所有这些操作都是异步的，各个句柄的名字被作为参数传递。取决于各个句柄，需要相应的其它参数，如指向解析后地址的迭代器 it 或用于保存接收到的数据的缓冲区 buffer。

开始执行后，该应用将创建一个类型为 boost::asio::ip::tcp::resolver::query 的对象 query，表示一个查询，其中含有名字 www.highscore.de 以及互联网常用的端口80。这个查询被传递给 async_resolve() 方法以解析该名字。最后，main() 只要调用 I/O 服务的 run() 方法，将控制交给操作系统进行异步操作即可。

当域名解析的过程完成后，resolve_handler() 被调用，检查域名是否能被解析。如果解析成功，则存有错误条件的对象 ec 被设为0。只有在这种情况下，才会相应地访问 socket 以创建连接。服务器的地址是通过类型为 boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator 的第二个参数来提供的。

调用了 async_connect() 方法之后，connect_handler() 会被自动调用。在该句柄的内部，会访问 ec 对象以检查连接是否已建立。如果连接是有效的，则对相应的 socket 调用 async_read_some() 方法，启动读数据操作。为了保存接收到的数据，要提供一个缓冲区作为第一个参数。在以上例子中，缓冲区的类型是 boost::array，它来自 Boost C++ 库 Array，定义于 boost/array.hpp。

每当有一个或多个字节被接收并保存至缓冲区时，read_handler() 函数就会被调用。准确的字节数通过 std::size_t 类型的参数 bytes_transferred 给出。同样的规则，该句柄应该首先看看参数 ec 以检查有没有接收错误。如果是成功接收，则将数据写出至标准输出流。

请留意，read_handler() 在将数据写出至 std::cout 之后，会再次调用 async_read_some() 方法。这是必需的，因为无法保证仅在一次异步操作中就可以接收到整个网页。 async_read_some() 和 read_handler() 的交替调用只有当连接被破坏时才中止，如当 web 服务器已经传送完整个网页时。这种情况下，在 read_handler() 内部将报告一个错误，以防止进一步将数据输出至标准输出流，以及进一步对该 socket 调用 async_read() 方法。这时该例程将停止，因为没有更多的异步操作了。

上个例子是用来取出 www.highscore.de 的网页的，而下一个例子则示范了一个简单的 web 服务器。其主要差别在于，这个应用不会连接至其它PC，而是等待连接。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <string> 

boost::asio::io_service io_service; 
boost::asio::ip::tcp::endpoint endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 80); 
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(io_service, endpoint); 
boost::asio::ip::tcp::socket sock(io_service); 
std::string data = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: 13\r\n\r\nHello, world!"; 

void write_handler(const boost::system::error_code &ec, std::size_t bytes_transferred) 
{
    
     
} 

void accept_handler(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
	  if (!ec) 
	  {
    
     
	    	boost::asio::async_write(sock, boost::asio::buffer(data), write_handler); 
	  } 
} 

int main() 
{
    
     
	  acceptor.listen(); 
	  acceptor.async_accept(sock, accept_handler); 
	  io_service.run(); 
}

类型为 boost::asio::ip::tcp::acceptor 的 I/O 对象 acceptor —— 被初始化为指定的协议和端口号，用于等待从其它PC传入的连接。初始化工作是通过 endpoint 对象完成的，该对象的类型为 boost::asio::ip::tcp::endpoint，将本例子中的接收器配置为使用端口80来等待 IP v4 的传入连接，这是 WWW 通常所使用的端口和协议。

接收器初始化完成后，main() 首先调用 listen() 方法将接收器置于接收状态，然后再用 async_accept() 方法等待初始连接。用于发送和接收数据的 socket 被作为第一个参数传递。

当一个PC试图建立一个连接时，accept_handler() 被自动调用。如果该连接请求成功，就执行自由函数 boost::asio::async_write() 来通过 socket 发送保存在 data 中的信息。 boost::asio::ip::tcp::socket 还有一个名为 async_write_some() 的方法也可以发送数据；不过它会在发送了至少一个字节之后调用相关联的句柄。该句柄需要计算还剩余多少字节，并反复调用 async_write_some() 直至所有字节发送完毕。而使用 boost::asio::async_write() 可以避免这些，因为这个异步操作仅在缓冲区的所有字节都被发送后才结束。

在这个例子中，当所有数据发送完毕，空函数 write_handler() 将被调用。由于所有异步操作都已完成，所以应用程序终止。与其它PC的连接也被相应关闭。

7.5. 开发 Boost.Asio 扩展

虽然 Boost.Asio 主要是支持网络功能的，但是加入其它 I/O 对象以执行其它的异步操作也非常容易。本节将介绍 Boost.Asio 扩展的一个总体布局。虽然这不是必须的，但它为其它扩展提供了一个可行的框架作为起点。

要向 Boost.Asio 中增加新的异步操作，需要实现以下三个类：

一个派生自 boost::asio::basic_io_object 的类，以表示新的 I/O 对象。使用这个新的 Boost.Asio 扩展的开发者将只会看到这个 I/O 对象。

&emps; 一个派生自 boost::asio::io_service::service 的类，表示一个服务，它被注册为 I/O 服务，可以从 I/O 对象访问它。服务与 I/O 对象之间的区别是很重要的，因为在任意给定的时间点，每个 I/O 服务只能有一个服务实例，而一个服务可以被多个 I/O 对象访问。

一个不派生自任何其它类的类，表示该服务的具体实现。由于在任意给定的时间点每个 I/O 服务只能有一个服务实例，所以服务会为每个 I/O 对象创建一个其具体实现的实例。该实例管理与相应 I/O 对象有关的内部数据。

本节中开发的 Boost.Asio 扩展并不仅仅提供一个框架，而是模拟一个可用的 boost::asio::deadline_timer 对象。它与原来的 boost::asio::deadline_timer 的区别在于，计时器的时长是作为参数传递给 wait() 或 async_wait() 方法的，而不是传给构造函数。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <cstddef> 

template <typename Service> 
class basic_timer 
  : public boost::asio::basic_io_object<Service> 
{
    
     
public: 
    explicit basic_timer(boost::asio::io_service &io_service) 
      : boost::asio::basic_io_object<Service>(io_service) 
    {
    
     
    } 

    void wait(std::size_t seconds) 
    {
    
     
      return this->service.wait(this->implementation, seconds); 
    } 

    template <typename Handler> 
    void async_wait(std::size_t seconds, Handler handler) 
    {
    
     
      this->service.async_wait(this->implementation, seconds, handler); 
    } 
};

每个 I/O 对象通常被实现为一个模板类，要求以一个服务来实例化 - 通常就是那个特定为此 I/O 对象开发的服务。当一个 I/O 对象被实例化时，该服务会通过父类 boost::asio::basic_io_object 自动注册为 I/O 服务，除非它之前已经注册。这样可确保任何 I/O 对象所使用的服务只会每个 I/O 服务只注册一次。

在 I/O 对象的内部，可以通过 service 引用来访问相应的服务，通常的访问就是将方法调用前转至该服务。由于服务需要为每一个 I/O 对象保存数据，所以要为每一个使用该服务的 I/O 对象自动创建一个实例。这还是在父类 boost::asio::basic_io_object 的帮助下实现的。实际的服务实现被作为一个参数传递给任一方法调用，使得服务可以知道是哪个 I/O 对象启动了这次调用。服务的具体实现是通过 implementation 属性来访问的。

一般一上谕，I/O 对象是相对简单的：服务的安装以及服务实现的创建都是由父类 boost::asio::basic_io_object 来完成的，方法调用则只是前转至相应的服务；以 I/O 对象的实际服务实现作为参数即可。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <boost/thread.hpp> 
#include <boost/bind.hpp> 
#include <boost/scoped_ptr.hpp> 
#include <boost/shared_ptr.hpp> 
#include <boost/weak_ptr.hpp> 
#include <boost/system/error_code.hpp> 

template <typename TimerImplementation = timer_impl> 
class basic_timer_service 
  : public boost::asio::io_service::service 
{
    
     
  public: 
    static boost::asio::io_service::id id; 

    explicit basic_timer_service(boost::asio::io_service &io_service) 
      : boost::asio::io_service::service(io_service), 
      async_work_(new boost::asio::io_service::work(async_io_service_)), 
      async_thread_(boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &async_io_service_)) 
    {
    
     
    } 

    ~basic_timer_service() 
    {
    
     
      async_work_.reset(); 
      async_io_service_.stop(); 
      async_thread_.join(); 
    } 

    typedef boost::shared_ptr<TimerImplementation> implementation_type; 

    void construct(implementation_type &impl) 
    {
    
     
      impl.reset(new TimerImplementation()); 
    } 

    void destroy(implementation_type &impl) 
    {
    
     
      impl->destroy(); 
      impl.reset(); 
    } 

    void wait(implementation_type &impl, std::size_t seconds) 
    {
    
     
      boost::system::error_code ec; 
      impl->wait(seconds, ec); 
      boost::asio::detail::throw_error(ec); 
    } 

    template <typename Handler> 
    class wait_operation 
    {
    
     
      public: 
        wait_operation(implementation_type &impl, boost::asio::io_service &io_service, std::size_t seconds, Handler handler) 
          : impl_(impl), 
          io_service_(io_service), 
          work_(io_service), 
          seconds_(seconds), 
          handler_(handler) 
        {
    
     
        } 

        void operator()() const 
        {
    
     
          implementation_type impl = impl_.lock(); 
          if (impl) 
          {
    
     
              boost::system::error_code ec; 
              impl->wait(seconds_, ec); 
              this->io_service_.post(boost::asio::detail::bind_handler(handler_, ec)); 
          } 
          else 
          {
    
     
              this->io_service_.post(boost::asio::detail::bind_handler(handler_, boost::asio::error::operation_aborted)); 
          } 
      } 

      private: 
        boost::weak_ptr<TimerImplementation> impl_; 
        boost::asio::io_service &io_service_; 
        boost::asio::io_service::work work_; 
        std::size_t seconds_; 
        Handler handler_; 
    }; 

    template <typename Handler> 
    void async_wait(implementation_type &impl, std::size_t seconds, Handler handler) 
    {
    
     
      this->async_io_service_.post(wait_operation<Handler>(impl, this->get_io_service(), seconds, handler)); 
    } 

  private: 
    void shutdown_service() 
    {
    
     
    } 

    boost::asio::io_service async_io_service_; 
    boost::scoped_ptr<boost::asio::io_service::work> async_work_; 
    boost::thread async_thread_; 
}; 

template <typename TimerImplementation> 
boost::asio::io_service::id basic_timer_service<TimerImplementation>::id;

为了与 Boost.Asio 集成，一个服务必须符合几个要求：

它必须派生自 boost::asio::io_service::service。构造函数必须接受一个指向 I/O 服务的引用，该 I/O 服务会被相应地传给 boost::asio::io_service::service 的构造函数。

任何服务都必须包含一个类型为 boost::asio::io_service::id 的静态公有属性 id。在 I/O 服务的内部是用该属性来识别服务的。

必须定义两个名为 construct() 和 destruct() 的公有方法，均要求一个类型为 implementation_type 的参数。 implementation_type 通常是该服务的具体实现的类型定义。正如上面例子所示，在 construct() 中可以很容易地使用一个 boost::shared_ptr 对象来初始化一个服务实现，以及在 destruct() 中相应地析构它。由于这两个方法都会在一个 I/O 对象被创建或销毁时自动被调用，所以一个服务可以分别使用 construct() 和 destruct() 为每个 I/O 对象创建和销毁服务实现。

必须定义一个名为 shutdown_service() 的方法；不过它可以是私有的。对于一般的 Boost.Asio 扩展来说，它通常是一个空方法。只有与 Boost.Asio 集成得非常紧密的服务才会使用它。但是这个方法必须要有，这样扩展才能编译成功。

为了将方法调用前转至相应的服务，必须为相应的 I/O 对象定义要前转的方法。这些方法通常具有与 I/O 对象中的方法相似的名字，如上例中的 wait() 和 async_wait()。同步方法，如 wait()，只是访问该服务的具体实现去调用一个阻塞式的方法，而异步方法，如 async_wait()，则是在一个线程中调用这个阻塞式方法。

在线程的协助下使用异步操作，通常是通过访问一个新的 I/O 服务来完成的。上述例子中包含了一个名为 async_io_service_ 的属性，其类型为 boost::asio::io_service。这个 I/O 服务的 run() 方法是在它自己的线程中启动的，而它的线程是在该服务的构造函数内部由类型为 boost::thread 的 async_thread_ 创建的。第三个属性 async_work_ 的类型为 boost::scoped_ptr<boost::asio::io_service::work>，用于避免 run() 方法立即返回。否则，这可能会发生，因为已没有其它的异步操作在创建。创建一个类型为 boost::asio::io_service::work 的对象并将它绑定至该 I/O 服务，这个动作也是发生在该服务的构造函数中，可以防止 run() 方法立即返回。

一个服务也可以无需访问它自身的 I/O 服务来实现 - 单线程就足够的。为新增的线程使用一个新的 I/O 服务的原因是，这样更简单：线程间可以用 I/O 服务来非常容易地相互通信。在这个例子中，async_wait() 创建了一个类型为 wait_operation 的函数对象，并通过 post() 方法将它传递给内部的 I/O 服务。然后，在用于执行这个内部 I/O 服务的 run() 方法的线程内，调用该函数对象的重载 operator()()。 post() 提供了一个简单的方法，在另一个线程中执行一个函数对象。

wait_operation 的重载 operator()() 操作符基本上就是执行了和 wait() 方法相同的工作：调用服务实现中的阻塞式 wait() 方法。但是，有可能这个 I/O 对象以及它的服务实现在这个线程执行 operator()() 操作符期间被销毁。如果服务实现是在 destruct() 中销毁的，则 operator()() 操作符将不能再访问它。这种情形是通过使用一个弱指针来防止的，从第一章中我们知道：如果在调用 lock() 时服务实现仍然存在，则弱指针 impl_ 返回它的一个共享指针，否则它将返回0。在这种情况下，operator()() 不会访问这个服务实现，而是以一个 boost::asio::error::operation_aborted 错误来调用句柄。

#include <boost/system/error_code.hpp> 
#include <cstddef> 
#include <windows.h> 

class timer_impl 
{
    
     
  public: 
    timer_impl() 
      : handle_(CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL)) 
    {
    
     
    } 

    ~timer_impl() 
    {
    
     
      CloseHandle(handle_); 
    } 

    void destroy() 
    {
    
     
      SetEvent(handle_); 
    } 

    void wait(std::size_t seconds, boost::system::error_code &ec) 
    {
    
     
      DWORD res = WaitForSingleObject(handle_, seconds * 1000); 
      if (res == WAIT_OBJECT_0) 
        ec = boost::asio::error::operation_aborted; 
      else 
        ec = boost::system::error_code(); 
    } 

private: 
    HANDLE handle_; 
};

服务实现 timer_impl 使用了 Windows API 函数，只能在 Windows 中编译和使用。这个例子的目的只是为了说明一种潜在的实现。

timer_impl 提供两个基本方法：wait() 用于等待数秒。 destroy() 则用于取消一个等待操作，这是必须要有的，因为对于异步操作来说，wait() 方法是在其自身的线程中调用的。如果 I/O 对象及其服务实现被销毁，那么阻塞式的 wait() 方法就要尽使用 destroy() 来取消。

这个 Boost.Asio 扩展可以如下使用。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 
#include "basic_timer.hpp" 
#include "timer_impl.hpp" 
#include "basic_timer_service.hpp" 

void wait_handler(const boost::system::error_code &ec) 
{
    
     
  std::cout << "5 s." << std::endl; 
} 

typedef basic_timer<basic_timer_service<> > timer; 

int main() 
{
    
     
  boost::asio::io_service io_service; 
  timer t(io_service); 
  t.async_wait(5, wait_handler); 
  io_service.run(); 
}

与本章开始的例子相比，这个 Boost.Asio 扩展的用法类似于 boost::asio::deadline_timer 。在实践上，应该优先使用 boost::asio::deadline_timer ，因为它已经集成在 Boost.Asio 中了。这个扩展的唯一目的就是示范一下 Boost.Asio 是如何扩展新的异步操作的。

目录监视器(Directory Monitor) 是现实中的一个 Boost.Asio 扩展，它提供了一个可以监视目录的 I/O 对象。如果被监视目录中的某个文件被创建、修改或是删除，就会相应地调用一个句柄。当前的版本支持 Windows 和 Linux (内核版本 2.6.13 或以上)。

第 8 章进程间通讯

8.1. 概述

进程间通讯描述的是同一台计算机的不同应用程序之间的数据交换机制。但不包括网络通讯方式。如果需要经由网络，在彼此运行在不同计算机上的应用程序之间交换数据，请看第 7 章异步输入输出，该章讲述了 Boost.Asio 库。

本章展示了 Boost.Interprocess 库，它包括众多的类，这些类提供了操作系统相关的进程间通讯接口的抽象层。虽然不同操作系统的进程间通讯概念非常相近，但接口的变化却很大。 Boost.Interprocess 库使通过C++使用这些功能成为可能。

&esmp; 虽然 Boost.Asio 也可以用来在同一台计算机的应用程序间交换数据，但是使用 Boost.Interprocess 库通常性能更好。 Boost.Interprocess 库实际上是使用操作系统的功能优化了同一台计算机的应用程序之间数据交换，所以它应该是任何不需要网络时应用程序间数据交换的首选。

8.2. 共享内存

共享内存通常是进程间通讯最快的形式。它提供一块在应用程序间共享的内存区域。一个应用能够在另一个应用读取数据时写数据。

这样一块内存区用 Boost.Interprocess 的 boost::interprocess::shared_memory_object 类表示。为使用这个类，需要包含 boost/interprocess/shared_memory_object.hpp 头文件。

#include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::shared_memory_object shdmem(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", boost::interprocess::read_write); 
	  shdmem.truncate(1024); 
	  std::cout << shdmem.get_name() << std::endl; 
	  boost::interprocess::offset_t size; 
	  if (shdmem.get_size(size)) {
    
    
	  	  std::cout << size << std::endl; 
	  }
}

boost::interprocess::shared_memory_object 的构造函数需要三个参数。第一个参数指定共享内存是要创建或打开。上面的例子实际上是指定了两种方式：用 boost::interprocess::open_or_create 作为参数，共享内存如果存在就将其打开，否则创建之。

假设之前已经创建了共享内存，现打开前面已经创建的共享内存。为了唯一标识一块共享内存，需要为其指定一个名称，传递给 boost::interprocess::shared_memory_object 构造函数的第二个参数指定了这个名称。

第三个，也就是最后一个参数指示应用程序如何访问共享内存。例子应用程序能够读写共享内存，这是因为最后的一个参数是 boost::interprocess::read_write 。

在创建一个 boost::interprocess::shared_memory_object 类型的对象后，相应的共享内存就在操作系统中建立了。可是此共享内存区域的大小被初始化为0.为了使用这块区域，需要调用 truncate() 函数，以字节为单位传递请求的共享内存的大小。对于上面的例子，共享内存提供了1,024字节的空间。

请注意，truncate() 函数只能在共享内存以 boost::interprocess::read_write 方式打开时调用。如果不是以此方式打开，将抛出 boost::interprocess::interprocess_exception 异常。

为了调整共享内存的大小，truncate() 函数可以被重复调用。

在创建共享内存后，get_name() 和 get_size() 函数可以分别用来查询共享内存的名称和大小。

由于共享内存被用于应用程序之间交换数据，所以每个应用程序需要映射共享内存到自己的地址空间上，这是通过 boost::interprocess::mapped_region 类实现的。

你也许有些奇怪，为了访问共享内存，要使用两个类。是的， boost::interprocess::mapped_region 还能映射不同的对象到具体应用的地址空间。如 Boost.Interprocess 提供 boost::interprocess::file_mapping 类实际上代表特定文件的共享内存。所以 boost::interprocess::file_mapping 类型的对象对应一个文件。向这个对象写入的数据将自动保存关联的物理文件上。由于 boost::interprocess::file_mapping 不必加载整个文件，但却可以使用 boost::interprocess::mapped_region 将任意部分映射到地址空间，所以就能处理几个GB的文件，而这个文件在32位系统上是不能全部加载到内存上的。

#include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> 
#include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::shared_memory_object shdmem(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", boost::interprocess::read_write); 
	  shdmem.truncate(1024); 
	  boost::interprocess::mapped_region region(shdmem, boost::interprocess::read_write); 
	  std::cout << std::hex << "0x" << region.get_address() << std::endl; 
	  std::cout << std::dec << region.get_size() << std::endl; 
	  boost::interprocess::mapped_region region2(shdmem, boost::interprocess::read_only); 
	  std::cout << std::hex << "0x" << region2.get_address() << std::endl; 
	  std::cout << std::dec << region2.get_size() << std::endl; 
}

为了使用 boost::interprocess::mapped_region 类，需要包含 boost/interprocess/mapped_region.hpp 头文件。 boost::interprocess::mapped_region 的构造函数的第一个参数必须是 boost::interprocess::shared_memory_object 类型的对象。第二个参数指示此内存区域对应用程序来说，是只读或是可写的。

上面的例子创建了两个 boost::interprocess::mapped_region 类型的对象。名为"Highscore"的共享内存，被映射到进程的地址空间两次。通过 get_address() 和 get_size() 这两个函数获得共享内存的地址和大小写到标准标准输出流中。在这两种情况下，get_size() 的返回值都是1024，而 get_address() 的返回值是不同的。

下面的例子使用共享内存写入并读取一个数字。

#include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> 
#include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::shared_memory_object shdmem(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", boost::interprocess::read_write); 
	  shdmem.truncate(1024); 
	  boost::interprocess::mapped_region region(shdmem, boost::interprocess::read_write); 
	  int *i1 = static_cast<int*>(region.get_address()); 
	  *i1 = 99; 
	  boost::interprocess::mapped_region region2(shdmem, boost::interprocess::read_only); 
	  int *i2 = static_cast<int*>(region2.get_address()); 
	  std::cout << *i2 << std::endl; 
}

通过变量 region, 数值 99 被写到共享内存的开始处。然后变量 region2 访问共享内存的同一个位置，并将数值写入到标准输出流中。正如前面例子的 get_address() 函数的返回值所见，虽然变量 region 和 region2 表示的是该进程内不同的内存区域，但由于两个内存区域底层实际访问的是同一块共享内存，所以程序打印出99。

通常，不会在同一个应用程序内使用多个 boost::interprocess::mapped_region 访问同一块共享内存。实际上在同一个应用程序内将同一个共享内存映射到不同的内存区域上没有多大的意义，上面的例子只用于说明的目的。

为了删除指定的共享内存，boost::interprocess::shared_memory_object 对象提供了静态的 remove() 函数，此函数带有一个要被删除的共享内存名称的参数。

Boost.Interprocess 类的RAII概念支持，明显来自关于智能指针的章节，并使用了另外的一个类名称 boost::interprocess::remove_shared_memory_on_destroy。它的构造函数需要一个已经存在的共享内存的名称。如果这个类的对象被销毁了，那么在析构函数中会自动删除共享内存的容器。

请注意构造函数并不创建或打开共享内存，所以，这个类并不是典型RAII概念的代表。

#include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  bool removed = boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
  std::cout << removed << std::endl; 
}

如果 remove() 没有被调用, 那么，即使进程终止，共享内存还会一直存在，而不论共享内存的删除是否依赖底层操作系统。多数Unix操作系统，包括Linux，一旦系统重新启动，都会自动删除共享内存，在 Windows 或 Mac OS X上，remove() 必须调用，这两种系统实际上将共享内存存储在持久化的文件上，此文件在系统重启后还是存在的。

Windows 提供了一种特别的共享内存，它可以在最后一个使用它的应用程序终止后自动删除。为了使用它，提供了 boost::interprocess::windows_shared_memory 类，定义在 boost/interprocess/windows_shared_memory.hpp 文件中。

#include <boost/interprocess/windows_shared_memory.hpp> 
#include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::windows_shared_memory shdmem(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", boost::interprocess::read_write, 1024); 
	  boost::interprocess::mapped_region region(shdmem, boost::interprocess::read_write); 
	  int *i1 = static_cast<int*>(region.get_address()); 
	  *i1 = 99; 
	  boost::interprocess::mapped_region region2(shdmem, boost::interprocess::read_only); 
	  int *i2 = static_cast<int*>(region2.get_address()); 
	  std::cout << *i2 << std::endl; 
}

请注意，boost::interprocess::windows_shared_memory 类没有提供 truncate() 函数，而是在构造函数的第四个参数传递共享内存的大小。

即使 boost::interprocess::windows_shared_memory 类是不可移植的，且只能用于Windows系统，但使用这种特别的共享内存在不同应用之间交换数据，它还是非常有用的。

8.3. 托管共享内存

上一节介绍了用来创建和管理共享的 boost::interprocess::shared_memory_object 类。实际上，由于这个类需要按单个字节的方式读写共享内存，所以这个类几乎不用。概念上来讲，C++改善了类对象的创建并隐藏了它们存储在内存中哪里，是怎们存储的这些细节。

Boost.Interprocess 提供了一个名为“托管共享内存”的概念，通过定义在 boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp 文件中的 boost::interprocess::managed_shared_memory 类提供。这个类的目的是，对于需要分配到共享内存上的对象，它能够以内存申请的方式初始化，并使其自动为使用同一个共享内存的其他应用程序可用。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
	  boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
	  int *i = managed_shm.construct<int>("Integer")(99); 
	  std::cout << *i << std::endl; 
	  std::pair<int*, std::size_t> p = managed_shm.find<int>("Integer"); 
	  if (p.first) {
    
    
	    std::cout << *p.first << std::endl; 
	  }
}

上面的例子打开名为 “Highscore” 大小为1,024 字节的共享内存，如果它不存在，它会被自动地创建。

在常规的共享内存中，为了读写数据，单个字节被直接访问，托管共享内存使用诸如 construct() 函数，此函数要求一个数据类型作为模板参数，此例中声明的是 int 类型，函数缺省要求一个名称来表示在共享内存中创建的对象。此例中使用的名称是 “Integer”。

由于 construct() 函数返回一个代理对象，为了初始化创建的对象，可以传递参数给此函数。语法看上去像调用一个构造函数。这就确保了对象不仅能在共享内存上创建，还能够按需要的方式初始化它。

为了访问托管共享内存上的一个特定对象，用 find() 函数。通过传递要查找对象的名称，返回或者是一个指向这个特定对象的指针，或者是0表示给定名称的对象没有找到。

正如前面例子中所见，find() 实际返回的是 std::pair 类型的对象，first 属性提供的是指向对象的指针，那么 second 属性提供的是什么呢？

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
  boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
  int *i = managed_shm.construct<int>("Integer")[10](99); 
  std::cout << *i << std::endl; 
  std::pair<int*, std::size_t> p = managed_shm.find<int>("Integer"); 
  if (p.first) 
  {
    
     
    std::cout << *p.first << std::endl; 
    std::cout << p.second << std::endl; 
  } 
}

这次，通过在 construct() 函数后面给以用方括号括住的数字10，创建了一个10个元素的 int 类型的数组。将 second 属性写到标准输出流，同样是这个数字10。使用这个属性，find() 函数返回的对象能够区分是单个对象还是数组对象。对于前者，second 的值是1，而对于后者，它的值是数组元素的个数。

请注意数组中的所有元素被初始化为数值99。不可能每个元素初始化为不同的值。

如果给定名称的对象已经在托管的共享内存中存在，那么 construct() 将会失败。在这种情况下，construct() 返回值是0。如果存在的对象即使存在也可以被重用，find_or_construct() 函数可以调用，此函数返回一个指向它找到的对象的指针。此时没有初始化动作发生。

其他可以导致 construct() 失败的情况如下例所示。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  try 
	  {
    
     
	     	boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
		    boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
		    int *i = managed_shm.construct<int>("Integer")[4096](99); 
	  } 
	  catch (boost::interprocess::bad_alloc &ex) 
	  {
    
     
	    	std::cerr << ex.what() << std::endl; 
	  } 
}

应用程序尝试创建一个 int 类型的，包含4,096个元素的数组。然而，共享内存只有1,024 字节，于是由于共享内存不能提供请求的内存，而抛出 boost::interprocess::bad_alloc 类型的异常。

一旦对象已经在共享内存中创建，它们可以用 destroy() 函数删除。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
	  boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
	  int *i = managed_shm.find_or_construct<int>("Integer")(99); 
	  std::cout << *i << std::endl; 
	  managed_shm.destroy<int>("Integer"); 
	  std::pair<int*, std::size_t> p = managed_shm.find<int>("Integer"); 
	  std::cout << p.first << std::endl; 
}

由于它是一个参数的，要被删除对象的名称传递给 destroy() 函数。如果需要，可以检查此函数的 bool 类型的返回值，以确定是否给定的对象被找到并成功删除。由于对象如果被找到总是被删除，所以返回值 false 表示给定名称的对象没有找到。

除了 destroy() 函数，还提供了另外一个函数 destroy_ptr()，它能够传递一个托管共享内存中的对象的指针，它也能用来删除数组。

由于托管内存很容易用来存储在不同应用程序之间共享的对象，那么很自然就会使用到来自C++标准模板库的容器了。这些容器需要用 new 这种方式来分配各自需要的内存。为了在托管共享内存上使用这些容器，这就需要更加仔细地在共享内存上分配内存。

可惜的是，许多C++标准模板库的实现并不太灵活，不能够提供 Boost.Interprocess 使用 std::string 或 std::list 的容器。移植到 Microsoft Visual Studio 2008 的标准模板库实现就是一个例子。

为了允许开发人员可以使用这些有名的来自C++标准的容器，Boost.Interprocess 在命名空间 boost::interprocess 下，提供了它们的更灵活的实现方式。如，boost::interprocess::string 的行为实际上对应的是 std::string，优点是它的对象能够安全地存储在托管共享内存上。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <boost/interprocess/allocators/allocator.hpp> 
#include <boost/interprocess/containers/string.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 
  boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
  typedef boost::interprocess::allocator<char, boost::interprocess::managed_shared_memory::segment_manager> CharAllocator; 
  typedef boost::interprocess::basic_string<char, std::char_traits<char>, CharAllocator> string; 
  string *s = managed_shm.find_or_construct<string>("String")("Hello!", managed_shm.get_segment_manager()); 
  s->insert(5, ", world"); 
  std::cout << *s << std::endl; 
}

&emps; 为了创建在托管共享内存上申请内存的字符串，必须为 Boost.Interprocess 提供的另外一个分配器定义对应的数据类型，而不是使用C++标准提供的缺省分配器。

为了这个目的，Boost.Interprocess 在 boost/interprocess/allocators/allocator.hpp 文件中提供了 boost::interprocess::allocator 类的定义。使用这个类，可以创建一个分配器，此分配器的内部使用的是“托管共享内存段管理器”。段管理器负责管理位于托管共享内存之内的内存。使用新建的分配器，与 string 相应的数据类型被定义了。如上面所示，它使用 boost::interprocess::basic_string 而不是 std::basic_string。上面例子中的新数据类型简单地命名为 string，它是基于 boost::interprocess::basic_string 并经过分配器访问段管理器。为了让通过 find_or_construct() 创建的 string 特定实例，知道哪个段管理器应该被访问，相应的段管理器的指针传递给构造函数的第二个参数。

与 boost::interprocess::string 一起, Boost.Interprocess 还提供了许多其他C++标准中已知的容器。如, boost::interprocess::vector 和 boost::interprocess::map，分别定义在 boost/interprocess/containers/vector.hpp 和 boost/interprocess/containers/map.hpp文件中

无论何时同一个托管共享内存被不同的应用程序访问，诸如创建，查找和销毁对象的操作是自动同步的。如果两个应用程序尝试在托管共享内存上创建不同名称的对象，访问相应地被串行化了。为了立刻执行多个操作而不被其他应用程序的操作打断，可以使用 atomic_func() 函数。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <boost/bind.hpp> 
#include <iostream> 

void construct_objects(boost::interprocess::managed_shared_memory &managed_shm) 
{
    
     
	managed_shm.construct<int>("Integer")(99); 
	managed_shm.construct<float>("Float")(3.14); 
} 

int main() 
{
    
     
	boost::interprocess::shared_memory_object::remove("Highscore"); 	  
	boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "Highscore", 1024); 
	managed_shm.atomic_func(boost::bind(construct_objects, boost::ref(managed_shm))); 
	std::cout << *managed_shm.find<int>("Integer").first << std::endl; 
	std::cout << *managed_shm.find<float>("Float").first << std::endl; 
}

atomic_func() 需要一个无参数，无返回值的函数作为它的参数。被传递的函数将以以一种确保排他访问托管共享内存的方式被调用，但仅限于对象的创建，查找和销毁操作。如果另一个应用程序有一个指向托管内存中对象的指针，它还是可以使用这个指针修改该对象的。

Boost.Interprocess 也可以用来同步对象的访问。由于 Boost.Interprocess 不知道在任意一个时间点谁可以访问某个对象，所以同步需要明确的状态标志，下一节介绍这些类提供的同步方式。

8.4. 同步

Boost.Interprocess 允许多个应用程序并发使用共享内存。由于共享内存被定义为在应用程序之间“共享”，所以 Boost.Interprocess 需要支持一些同步方式。

当考虑到同步的时候，Boost.Thread 当然浮现在脑海里。正如在第 6 章多线程所见，Boost.Thread 确实提供了各种概念，如互斥对象和条件变量来同步线程。可惜的是，这些类只能用来同步同一个应用程序内的线程，它们不支持同步不同的应用程序。由于二者面临的问题相同，所以在概念上没有什么差别。

当诸如互斥对象和条件变量等同步对象位于一个多线程的应用程序的同一地址空间内时，当然它们对于所有线程都是可以访问的，而在共享内存方面的问题是不同的应用程序需要在彼此之间正确地共享这些对象。例如，如果一个应用程序创建一个互斥对象，它有时候需要从另外一个应用程序访问此对象。

Boost.Interprocess 提供了两种同步对象，匿名对象被直接存储在共享内存上，这使得他们自动对所有应用程序可用。命名对象由操作系统管理，所以它们不存储在共享内存上，它们可以被应用程序通过名称访问。

接下来的例子通过 boost::interprocess::named_mutex 创建并使用一个命名互斥对象，此类定义在 boost/interprocess/sync/named_mutex.hpp 文件中。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <boost/interprocess/sync/named_mutex.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "shm", 1024); 
	int *i = managed_shm.find_or_construct<int>("Integer")(); 
	boost::interprocess::named_mutex named_mtx(boost::interprocess::open_or_create, "mtx"); 
	named_mtx.lock(); 
	++(*i); 
	std::cout << *i << std::endl; 
	named_mtx.unlock(); 
}

除了一个参数用来指定互斥对象是被创建或者打开之外，boost::interprocess::named_mutex 的构造函数还需要一个名称参数。每个知道此名称的应用程序能够访问这同一个对象。为了获得对位于共享内存中数据的访问，应用程序需要通过调用 lock() 函数获得互斥对象的拥有关系。由于互斥对象在任意时刻只能被一个应用程序拥有，其他应用程序需要等待，直到互斥对象被第一个应用程序使用 lock() 函数释放。一旦应用程序获得互斥对象的所有权，它可以获得互斥对象保护的资源的排他访问。在上面例子中，资源是int类的变量被递增并写到标准输出流中。

如果应用程序被启动多次，每个实例都会打印出和前一个值比较递增1的值。感谢互斥对象，访问共享内存和变量本身在多个应用程序之间是同步的。

接下来的应用程序使用了定义在 boost/interprocess/sync/interprocess_mutex.hpp 文件中的 boost::interprocess::interprocess_mutex 类的匿名对象。为了可以被所有应用程序访问，它存储在共享内存中。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <boost/interprocess/sync/interprocess_mutex.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "shm", 1024); 
	int *i = managed_shm.find_or_construct<int>("Integer")(); 
	boost::interprocess::interprocess_mutex *mtx = managed_shm.find_or_construct<boost::interprocess::interprocess_mutex>("mtx")(); 
	mtx->lock(); 
	++(*i); 
	std::cout << *i << std::endl; 
	mtx->unlock(); 
}

这个应用程序的行为确实和前一个有点像。唯一的不同是这次互斥对象通过用 boost::interprocess::managed_shared_memory 类的 construct() 或 find_or_construct() 函数被直接存储在共享内存中。

除了 lock() 函数，boost::interprocess::named_mutex 和 boost::interprocess::interprocess_mutex 还提供了 try_lock() 和 timed_lock() 函数。它们的行为和Boost.Thread提供的互斥对象相对应。

在需要递归互斥对象的时候，Boost.Interprocess 提供 boost::interprocess::named_recursive_mutex 和 boost::interprocess::interprocess_mutex 两个对象可供使用。

在互斥对象保证共享资源的排他访问的时候，条件变量控制了在什么时候，谁必须具有排他访问权。一般来讲，Boost.Interprocess 和 Boost.Thread 提供的条件变量工作方式相同。它们有非常相似的接口，使熟悉 Boost.Thread 的用户在使用 Boost.Interprocess 的这些条件变量时立刻有一种自在的感觉。

#include <boost/interprocess/managed_shared_memory.hpp> 
#include <boost/interprocess/sync/named_mutex.hpp> 
#include <boost/interprocess/sync/named_condition.hpp> 
#include <boost/interprocess/sync/scoped_lock.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "shm", 1024); 
  int *i = managed_shm.find_or_construct<int>("Integer")(0); 
  boost::interprocess::named_mutex named_mtx(boost::interprocess::open_or_create, "mtx"); 
  boost::interprocess::named_condition named_cnd(boost::interprocess::open_or_create, "cnd"); 
  boost::interprocess::scoped_lock<boost::interprocess::named_mutex> lock(named_mtx); 
  while (*i < 10) 
  {
    
     
    if (*i % 2 == 0) 
    {
    
     
      ++(*i); 
      named_cnd.notify_all(); 
      named_cnd.wait(lock); 
    } 
    else 
    {
    
     
      std::cout << *i << std::endl; 
      ++(*i); 
      named_cnd.notify_all(); 
      named_cnd.wait(lock); 
    } 
  } 
  named_cnd.notify_all(); 
  boost::interprocess::shared_memory_object::remove("shm"); 
  boost::interprocess::named_mutex::remove("mtx"); 
  boost::interprocess::named_condition::remove("cnd"); 
}

例子中使用的条件变量的类型 boost::interprocess::named_condition，定义在 boost/interprocess/sync/named_condition.hpp 文件中。由于它是命名变量，所以它不需要存储在共享内存。

应用程序使用 while 循环递增一个存储在共享内存中的 int 类型变量而变量是在每个循环内重复递增，而它只在每两个循环时写出到标准输出中：写出的只能是奇数。

每次，在变量递增1之后，条件变量 named_cnd 的 wait ()函数被调用。一个称作锁，在此例中是变量 lock 被传递给此函数。这个锁和 Boost.Thread 中的锁含义相同：基于RAII概念的在构造函数中获得互斥对象的所有权,并在析构函数中释放它。

在 while 之前创建的锁因而在整个应用程序执行期间拥有互斥对象的所有权。可是，如果作为一个参数传递给 wait() 函数，它会被自动释放。

条件变量常常用来等待一个信号，此信号会指示等待现在到了。同步是通过 wait() 和 notify_all() 函数控制的。如果一个应用程序调用 wait() 函数，一直到对应的条件变量的 notify_all() 函数被调用，相应的互斥对象的所有权才会被被释放。

如果启动此程序，它看上去什么也没做：而只是变量在 while 循环内从0递增到1，然后应用程序使用 wait() 等待信号。为了提供这个信号，应用程序需要再启动第二个实例。

应用程序的第二个实例将会在进入 while 循环之前，尝试获得同一个互斥对象的所有权。这肯定是成功的，由于应用程序的第一个实例通过调用 wait() 释放了互斥对象的所有权。因为变量已经递增了一次，第二个实例现在会执行 if 表达式的 else 分支，这使得在递增1之前将当前值写到标准输出流。

现在，第二个实例也调用了 wait() 函数，可是，在调用之前,它调用了 notify_all() 函数，这对于两个实例正确协作是非常重要的顺序。第一个实例被通知并再次尝试获得互斥对象的所有权，虽然现在它还被第二个实例所拥有。由于第二个实例在调用 notify_all() 之后调用了 wait()，这自动释放了所有权，第一个实例此时能够获得所有权。

两个实例交替地递增共享内存中的变量。仅有一个实例将变量值写到标准输出流。只要变量值到达10，while 循环结束。为了让其他实例不必永远等待信号， notify_all() 函数在循环之后又被调用了一次。在终止之前，共享内存，互斥对象和条件变量都被销毁。

就像有两种互斥对象，即必须存储在共享内存中匿名类型和命名类型，也存在两种类型的条件变量。现在用匿名条件变量重写上面的例子。

int main()
{
    
    
	try
	{
    
    
		boost::interprocess::managed_shared_memory managed_shm(boost::interprocess::open_or_create, "shm", 1024);
		int *i = managed_shm.find_or_construct<int>("Integer")(0);
		boost::interprocess::interprocess_mutex *mtx = managed_shm.find_or_construct<boost::interprocess::interprocess_mutex>("mtx")();
		boost::interprocess::interprocess_condition *cnd = managed_shm.find_or_construct<boost::interprocess::interprocess_condition>("cnd")();
		boost::interprocess::scoped_lock<boost::interprocess::interprocess_mutex> lock(*mtx);
		while (*i < 10)
		{
    
    
			if (*i % 2 == 0)
			{
    
    
				++(*i);
				cnd->notify_all();
				cnd->wait(lock);
			}
			else
			{
    
    
				std::cout << *i << std::endl;
				++(*i);
				cnd->notify_all();
				cnd->wait(lock);
			}
		}
		cnd->notify_all();
	}
	catch (...)
	{
    
    
	}
	boost::interprocess::shared_memory_object::remove("shm");
}

这个应用程序的工作完全和前一个例子一样，为了递增变量10次，因而也需要启动两个实例。两个例子之间的差别很小。与是否使用匿名或命名条件变量根本没有什么关系。

处理互斥对象和条件变量，Boost.Interprocess 还提供了叫做信号量和文件锁。信号量的行为和条件变量相似，除了它不能区别两种状态，但它确是基于计数器的。文件锁有些像互斥对象，虽然它们不是关于内存的对象，但它们确是文件系统上关于文件的对象。

就像 Boost.Thread 能够区分不同的互斥对象和锁，Boost.Interprocess 也提供了几个互斥对象和锁。例如，互斥对象不仅能被排他地拥有，也可以不排他地所有。这在多个应用程序需要同时读而排他写的时候非常有用。对于不同的互斥对象，可以使用不同的具有RAII概念的锁类。

请注意如果不使用匿名同步对象，那么名称应该是唯一的。虽然互斥对象和条件变量是基于不同类的对象，但也不必总是认为操作系统独立的接口是由 Boost.Interprocess 区别对待的。在Windows系统上，互斥对象和条件变量使用同样的系统函数。如果这两种对象使用相同的名称，那么应用程序在Windows上将不会正确地址执行。

第 9 章文件系统

9.1. 概述

库 Boost.Filesystem 简化了处理文件和目录的工作。它提供了一个名为 boost::filesystem::path 的类，可以对路径进行处理。另外，还有多个函数用于创建目录或验证某个给定文件的有效性。

9.2. 路径

boost::filesystem::path 是 Boost.Filesystem 中的核心类，它表示路径的信息，并提供了处理路径的方法。

实际上， boost::filesystem::path 是 boost::filesystem::basic_path<std::string> 的一个 typedef。此外还有一个 boost::filesystem::wpath 是 boost::filesystem::basic_path<std::wstring> 的 typedef。

所有定义均位于 boost::filesystem 名字空间，定义于 boost/filesystem.hpp 中。

可以通过传入一个字符串至 boost::filesystem::path 类来构建一个路径。

#include <boost/filesystem.hpp> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p1("C:\\"); 
	  boost::filesystem::path p2("C:\\Windows"); 
	  boost::filesystem::path p3("C:\\Program Files"); 
}

没有一个 boost::filesystem::path 的构造函数会实际验证所提供路径的有效性，或检查给定的文件或目录是否存在。因此，boost::filesystem::path 甚至可以用无意义的路径来初始化。

#include <boost/filesystem.hpp> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p1("..."); 
	  boost::filesystem::path p2("\\"); 
	  boost::filesystem::path p3("@:"); 
}

以上程序可以执行的原因是，路径其实只是字符串而已。 boost::filesystem::path 只是处理字符串罢了；文件系统没有被访问到。

boost::filesystem::path 特别提供了一些方法来以字符串方式获取一个路径。有趣的是，有三种不同的方法。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\Windows\\System"); 
	  std::cout << p.string() << std::endl; 
	  std::cout << p.file_string() << std::endl; 
	  std::cout << p.directory_string() << std::endl; 
}

string() 方法返回一个所谓的可移植路径。换句话说，就是 Boost.Filesystem 用它自己预定义的规则来正规化给定的字符串。在以上例子中，string() 返回 C:/Windows/System。如你所见，Boost.Filesystem 内部使用斜杠符 / 作为文件名与目录名的分隔符。

可移植路径的目的是在不同的平台，如 Windows 或 Linux 之间，唯一地标识文件和目录。因此就不再需要使用预处理器宏来根据底层的操作系统进行路径的编码。构建可移植路径的规则大多符合POSIX标准，在 Boost.Filesystem 参考手册给出。

请注意，boost::filesystem::path 的构造函数同时支持可移植路径和平台相关路径。在上面例子中所使用的路径 “C:\Windows\System” 就不是可移植路径，而是 Windows 专用的。它可以被 Boost.Filesystem 正确识别，但仅当该程序是在 Windows 操作系统下运行的时候！当程序运行于一个 POSIX 兼容的操作系统，如 Linux 时，string() 将返回 C:\Windows\System。因为在 Linux 中，反斜杠符 \ 并不被用作分隔符，无论是可移植格式或原生格式，Boost.Filesystem 都不会认为它是文件和目录的分隔符。

很多时候，都不能避免使用平台相关路径作为字符串。一个例子就是，使用操作系统函数时必须要用平台相关的编码。方法 file_string() 和 directory_string() 正是为此目的而提供的。

在上例中，这两个方法都会返回 C:\Windows\System - 与底层操作系统无关。在 Windows 上这个字符串是有效路径，而在一个 Linux 系统上则既不是可移植路径也不是平台相关路径，会象前面所说那样被解析。

以下例子使用一个可移植路径来初始化 boost::filesystem::path。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("/"); 
	  std::cout << p.string() << std::endl; 
	  std::cout << p.file_string() << std::endl; 
	  std::cout << p.directory_string() << std::endl; 
}

由于 string() 返回的是一个可移植路径，所以它与用于初始化 boost::filesystem::path 的字符串相同：/。但是 file_string() 和 directory_string() 方法则会因底层平台而返回不同的结果。在 Windows 中，它们都返回 \，而在 Linux 中则都返回 /。

你可能会奇怪为什么会有两个不同的方法用来返回平台相关路径。到目前为止，在所看到的例子中，file_string() 和 directory_string() 都是返回相同的值。但是，有些操作系统可能会返回不同的结果。因为 Boost.Filesystem 的目标是支持尽可能多的操作系统，所以它提供了两个方法来适应这种情况。即使你可能更为熟悉 Windows 或 POSIX 系统如 Linux，但还是建议使用 file_string() 来取出文件的路径信息，且使用 directory_string() 取出目录的路径信息。这无疑会增加代码的可移植性。

boost::filesystem::path 提供了几个方法来访问一个路径中的特定组件。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\Windows\\System"); 
	  std::cout << p.root_name() << std::endl; 
	  std::cout << p.root_directory() << std::endl; 
	  std::cout << p.root_path() << std::endl; 
	  std::cout << p.relative_path() << std::endl; 
	  std::cout << p.parent_path() << std::endl; 
	  std::cout << p.filename() << std::endl; 
}

如果在是一个 Windows 操作系统上执行，则字符串 “C:\Windows\System” 被解释为一个平台相关的路径信息。因此，root_name() 返回 C:, root_directory() 返回 /, root_path() 返回 C:/, relative_path() 返回 Windows/System, parent_path() 返回 C:/Windows, 而 filename() 返回 System。

如你所见，没有平台相关的路径信息被返回。没有一个返回值包含反斜杠 \，只有斜杠 /。如果需要平台相关信息，则要使用 file_string() 或 directory_string()。为了使用这些路径中的单独组件，必须创建一个类型为 boost::filesystem::path 的新对象并相应的进行初始化。

如果以上程序在 Linux 操作系统中执行，则返回值有所不同。多数方法会返回一个空字符串，除了 relative_path() 和 filename() 会返回 C:\Windows\System。字符串 “C:\Windows\System” 在 Linux 中被解释为一个文件名，这个字符串既不是某个路径的可移植编码，也不是一个被 Linux 支持的平台相关编码。因此，Boost.Filesystem 没有其它选择，只能将整个字符串解释为一个文件名。

Boost.Filesystem 还提供了其它方法来检查一个路径中是否包含某个特定子串。这些方法是：has_root_name(), has_root_directory(), has_root_path(), has_relative_path(), has_parent_path() 和 has_filename()。各个方法都是返回一个 bool 类型的值。

还有两个方法用于将一个文件名拆分为各个组件。它们应当仅在 has_filename() 返回 true 时使用。否则只会返回一个空字符串，因为如果没有文件名就没什么可拆分了。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("photo.jpg"); 
	  std::cout << p.stem() << std::endl; 
	  std::cout << p.extension() << std::endl; 
}

这个程序分别返回 photo 给 stem()，以及 .jpg 给 extension()。

除了使用各个方法调用来访问路径的各个组件以外，你还可以对组件本身进行迭代。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\Windows\\System"); 
	  for (boost::filesystem::path::iterator it = p.begin(); it != p.end(); ++it) {
    
    
	    	std::cout << *it << std::endl; 
	  }
}

如果是在 Windows 上执行，则该程序将相继输出 C:, /, Windows 和 System。在其它的操作系统如 Linux 上，输出结果则是 C:\Windows\System。

前面的例子示范了不同的方法来访问路径中的各个组件，以下例子则示范了修改路径信息的方法。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::filesystem::path p("C:\\"); 
  p /= "Windows\\System"; 
  std::cout << p.string() << std::endl; 
}

通过使用重载的 operator/=() 操作符，这个例子将一个路径添加到另一个之上。在 Windows 中，该程序将输出 C:\Windows\System。在 Linux 中，输出将会是 C:/Windows\System，因为斜杠符 / 是文件与目录的分隔符。这也是重载 operator/=() 操作符的原因：毕竟，斜杠是这个方法名的一个部分。

除了 operator/=()，Boost.Filesystem 只提供了 remove_filename() 和 replace_extension() 方法来修改路径信息。

9.3. 文件与目录

boost::filesystem::path 的各个方法内部其实只是对字符串进行处理。它们可以用来访问一个路径的各个组件、相互添加路径等等。

为了处理硬盘上的物理文件和目录，提供了几个独立的函数。这些函数需要一个或多个 boost::filesystem::path 类型的参数，并且在其内部会调用操作系统功能来处理这些文件或目录。

在介绍各个函数之前，很重要的一点是要弄明白出现错误时会发生什么。所有要在内部访问操作系统功能的函数都有可能失败。在失败的情况下，将抛出一个类型为 boost::filesystem::filesystem_error 的异常。这个类是派生自 boost::system::system_error 的，因此适用于 Boost.System 框架。

除了继承自父类 boost::system::system_error 的 what() 和 code() 方法以外，还有另外两个方法：path1() 和 path2()。它们均返回一个类型为 boost::filesystem::path 的对象，因此在发生错误时可以很容易地确定路径信息 - 即使是对那些需要两个 boost::filesystem::path 参数的函数。

多数函数存在两个变体：在失败时，一个会抛出类型为 boost::filesystem::filesystem_error 的异常，而另一个则返回类型为 boost::system::error_code 的对象。对于后者，需要对返回值进行明确的检查以确定是否出错。

以下例子介绍了一个函数，它可以查询一个文件或目录的状态。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\"); 
	  try 
	  {
    
     
	   	 	boost::filesystem::file_status s = boost::filesystem::status(p); 
	    	std::cout << boost::filesystem::is_directory(s) << std::endl; 
	  } 
	  catch (boost::filesystem::filesystem_error &e) 
	  {
    
     
	    	std::cerr << e.what() << std::endl; 
	  } 
}

boost::filesystem::status() 返回一个 boost::filesystem::file_status 类型的对象，该对象可以被传递给其它辅助函数来评估。例如，如果查询的是一个目录的状态，则 boost::filesystem::is_directory() 将返回 true。除了 boost::filesystem::is_directory() ，还有其它函数，如 boost::filesystem::is_regular_file() , boost::filesystem::is_symlink() 和 boost::filesystem::exists() ，它们都会返回一个 bool 类型的值。

除了 boost::filesystem::status()，另一个名为 boost::filesystem::symlink_status() 的函数可用于查询一个符号链接的状态。在此情况下，实际上查询的是符号链接所指向的文件的状态。在 Windows 中，符号链接以 lnk 文件扩展名识别。

另有一组函数可用于查询文件和目录的属性。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\Windows\\win.ini"); 
	  try 
	  {
    
     
	    	std::cout << boost::filesystem::file_size(p) << std::endl; 
	  } 
	  catch (boost::filesystem::filesystem_error &e) 
	  {
    
     
	    	std::cerr << e.what() << std::endl; 
	  } 
}

函数 boost::filesystem::file_size() 以字节数返回一个文件的大小。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 
#include <ctime> 

int main() 
{
    
     
	  boost::filesystem::path p("C:\\Windows\\win.ini"); 
	  try 
	  {
    
     
	    	std::time_t t = boost::filesystem::last_write_time(p); 
	    	std::cout << std::ctime(&t) << std::endl; 
	  } 
	  catch (boost::filesystem::filesystem_error &e) 
	  {
    
     
	    	std::cerr << e.what() << std::endl; 
	  } 
}

要获得一个文件最后被修改的时间，可使用 boost::filesystem::last_write_time()。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 
int main()
{
    
    
	boost::filesystem::path p("C:\\");
	try
	{
    
    
		boost::filesystem::space_info s = boost::filesystem::space(p);
		std::cout << s.capacity << std::endl;
		std::cout << s.free << std::endl;
		std::cout << s.available << std::endl;
	}
	catch (boost::filesystem::filesystem_error &e)
	{
    
    
		std::cerr << e.what() << std::endl;
	}
}

boost::filesystem::space() 用于取回磁盘的总空间和剩余空间。它返回一个 boost::filesystem::space_info 类型的对象，其中定义了三个公有属性：capacity, free 和 available。这三个属性的类型均为 boost::uintmax_t，该类型定义于 Boost.Integer 库，通常是 unsigned long long 的 typedef。磁盘空间是以字节数来计算的。

目前所看到的函数都不会触及文件和目录本身，不过有另外几个函数可以用于创建、改名或删除文件和目录。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 
int main()
{
    
    
	boost::filesystem::path p("C:\\Test");
	try
	{
    
    
		if (boost::filesystem::create_directory(p))
		{
    
    
			boost::filesystem::rename(p, "C:\\Test2");
			boost::filesystem::remove("C:\\Test2");
		}
	}
	catch (boost::filesystem::filesystem_error &e)
	{
    
    
		std::cerr << e.what() << std::endl;
	}
}

以上例子应该是自解释的。仔细察看，可以看到传递给各个函数的不一定是 boost::filesystem::path 类型的对象，也可以是一个简单的字符串。这是可以的，因为 boost::filesystem::path 提供了一个非显式的构造函数，可以从简单的字符串转换为 boost::filesystem::path 类型的对象。这实际上简化了 Boost.Filesystem 的使用，因为可以无须显式创建一个对象。

还有其它的函数，如 create_symlink() 用于创建符号链接，以及 copy_file() 用于复制文件或目录。

以下例子中介绍了一个函数，基于一个文件名或一小节路径来创建一个绝对路径。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	try
	{
    
    
		std::cout << boost::filesystem::complete("photo.jpg") << std::endl;
	}
	catch (boost::filesystem::filesystem_error &e)
	{
    
    
		std::cerr << e.what() << std::endl;
	}
}

输出哪个路径是由该程序运行时所处的路径决定的。例如，如果该例子从 C:\ 运行，输出将是 C:/photo.jpg。

请再次留意斜杠符 /! 如果想得到一个平台相关的路径，则需要初始化一个 boost::filesystem::path 类型的对象，且必须调用 file_string()。

要取出一个相对于其它目录的绝对路径，可将第二个参数传递给 boost::filesystem::complete()。

#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	try
	{
    
    
		std::cout << boost::filesystem::complete("photo.jpg", "D:\\") << std::endl;
	}
	catch (boost::filesystem::filesystem_error &e)
	{
    
    
		std::cerr << e.what() << std::endl;
	}
}

现在，该程序显示的是 D:/photo.jpg。

最后，还有一个辅助函数用于取出当前工作目录，如下例所示。

#include <windows.h> 
#include <boost/filesystem.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	try
	{
    
    
		std::cout << boost::filesystem::current_path() << std::endl;
		SetCurrentDirectory("C:\\");
		std::cout << boost::filesystem::current_path() << std::endl;
	}
	catch (boost::filesystem::filesystem_error &e)
	{
    
    
		std::cerr << e.what() << std::endl;
	}
}

以上程序只能在 Windows 中执行，这是 SetCurrentDirectory() 函数的原因。这个函数更换了当前工作目录，因此对 boost::filesystem::current_path() 的两次调用将返回不同的结果。

函数 boost::filesystem::initial_path() 用于返回应用程序开始执行时所处的目录。但是，这个函数取决于操作系统的支持，因此如果需要可移植性，建议不要使用。在这种情况下，Boost.Filesystem 文档中建议的方法是，可以在程序开始时保存 boost::filesystem::current_path() 的返回值，以备后用。

9.4. 文件流

C++ 标准在 fstream 头文件中定义了几个文件流。这些流不能接受 boost::filesystem::path 类型的参数。由于 Boost.Filesystem 库很有可能被包含在 C++ 标准的 Technical Report 2 中，所以这些文件流将通过相应的构造函数来进行扩展。为了当前可以让文件流与类型为 boost::filesystem::path 的路径信息一起工作，可以使用头文件 boost/filesystem/fstream.hpp。它提供了对文件流所需的扩展，这些都是基于 Technical Report 2 即将加入 C++ 标准中的。

#include <boost/filesystem/fstream.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::filesystem::path p("test.txt");
	boost::filesystem::ofstream ofs(p);
	ofs << "Hello, world!" << std::endl;
}

不仅是构造函数，还有 open() 方法也需要重载，以接受类型为 boost::filesystem::path 的参数。

第 10 章日期与时间

10.1. 概述

库 Boost.DateTime 可用于处理时间数据，如历法日期和时间。另外，Boost.DateTime 还提供了扩展来处理时区的问题，且支持历法日期和时间的格式化输入与输出。本章将覆盖 Boost.DateTime 的各个部分。

10.2. 历法日期

Boost.DateTime 只支持基于格里历的历法日期，这通常不成问题，因为这是最广泛使用的历法。如果你与其它国家的某人有个会议，时间在2010年1月5日，你可以期望无需与对方确认这个日期是否基于格里历。

格里历是教皇 Gregory XIII 在1582年颁发的。严格来说，Boost.DateTime 支持由1400年至9999年的历法日期，这意味着它支持1582年以前的日期。因此，Boost.DateTime 可用于任一历法日期，只要该日期在转换为格里历后是在1400年之后。如果需要更早的年份，就必须使用其它库来代替。

用于处理历法日期的类和函数位于名字空间 boost::gregorian 中，定义于 boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp 。要创建一个日期，请使用 boost::gregorian::date 类。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d(2010, 1, 30);
	std::cout << d.year() << std::endl;
	std::cout << d.month() << std::endl;
	std::cout << d.day() << std::endl;
	std::cout << d.day_of_week() << std::endl;
	std::cout << d.end_of_month() << std::endl;
}

boost::gregorian::date 提供了多个构造函数来进行日期的创建。最基本的构造函数接受一个年份、一个月份和一个日期作为参数。如果给定的是一个无效值，则将分别抛出 boost::gregorian::bad_year, boost::gregorian::bad_month 或 boost::gregorian::bad_day_of_month 类型的异常，这些异常均派生自 std::out_of_range。

正如在这个例子中所示的，有多个方法用于访问一个日期。象 year(), month() 和 day() 这些方法访问用于初始化的初始值，象 day_of_week() 和 end_of_month() 这些方法则访问计算得到的值。

而 boost::gregorian::date 的构造函数则接受年份、月份和日期的值来设定一个日期，调用 month() 方法实际上会显示 Jan，而调用 day_of_week() 则显示 Sat。它们不是普通的数字值，而分别是 boost::gregorian:: date::month_type 和 boost::gregorian:: date::day_of_week_type 类型的值。不过，Boost.DateTime 为格式化的输入输出提供了全面的支持，可以将以上输出从 Jan 调整为 1。

请留意，boost::gregorian::date 的缺省构造函数会创建一个无效的日期。这样的无效日期也可以通过将 boost::date_time::not_a_date_time 作为单一参数传递给构造函数来显式地创建。

除了直接调用构造函数，也可以通过自由函数或其它对象的方法来创建一个 boost::gregorian::date 类型的对象。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d = boost::gregorian::day_clock::universal_day();
	std::cout << d.year() << std::endl;
	std::cout << d.month() << std::endl;
	std::cout << d.day() << std::endl;

	d = boost::gregorian::date_from_iso_string("20100131");
	std::cout << d.year() << std::endl;
	std::cout << d.month() << std::endl;
	std::cout << d.day() << std::endl;
}

这个例子使用了 boost::gregorian::day_clock 类，它是一个返回当前日期的时钟类。方法 universal_day() 返回一个与时区及夏时制无关的 UTC 日期。 UTC 是世界时(universal time)的国际缩写。 boost::gregorian::day_clock 还提供了另一个方法 local_day()，它接受本地设置。要取出本地时区的当前日期，必须使用 local_day()。

名字空间 boost::gregorian 中包含了许多其它自由函数，将保存在字符串中的日期转换为 boost::gregorian::date 类型的对象。这个例子实际上是通过 boost::gregorian::date_from_iso_string() 函数对一个以 ISO 8601 格式给出的日期进行转换。还有其它相类似的函数，如 boost::gregorian::from_simple_string() 和 boost::gregorian::from_us_string()。

boost::gregorian::date 表示的是一个特定的时间点，而 boost::gregorian::date_duration 则表示了一段时间。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d1(2008, 1, 31);
	boost::gregorian::date d2(2008, 8, 31);
	boost::gregorian::date_duration dd = d2 - d1;
	std::cout << dd.days() << std::endl;
}

由于 boost::gregorian::date 重载了 operator-() 操作符，所以两个时间点可以如上所示那样相减。返回值的类型为 boost::gregorian::date_duration，表示了两个日期之间的时间长度。

boost::gregorian::date_duration 所提供的最重要的方法是 days()，它返回一段时间内所包含的天数。

我们也可以通过传递一个天数作为构造函数的唯一参数，来显式创建 boost::gregorian::date_duration 类型的对象。要创建涉及星期数、月份数或年数的时间段，可以相应使用 boost::gregorian::weeks, boost::gregorian::months 和 boost::gregorian::years。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date_duration dd(4);
	std::cout << dd.days() << std::endl;
	boost::gregorian::weeks ws(4);
	std::cout << ws.days() << std::endl;
	boost::gregorian::months ms(4);
	std::cout << ms.number_of_months() << std::endl;
	boost::gregorian::years ys(4);
	std::cout << ys.number_of_years() << std::endl;
}

boost::gregorian::months 和 boost::gregorian::years 都无法确定其天数，因为某月或某年所含天数是可长的。不过，这些类的用法还是可以从以下例子中看出。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d(2009, 1, 31);
	boost::gregorian::months ms(1);
	boost::gregorian::date d2 = d + ms;
	std::cout << d2 << std::endl;
	boost::gregorian::date d3 = d2 - ms;
	std::cout << d3 << std::endl;
}

该程序将一个月加到给定的日期 January 31, 2009 上，得到 d2，其为 February 28, 2009。接着，再减回一个月得到 d3，又重新变回 January 31, 2009。如上所示，时间点和时间长度可用于计算。不过，需要考虑具体的情况。例如，从某月的最后一天开始计算，boost::gregorian::months 总是会到达另一个月的最后一天，如果反复前后跳，就可能得到令人惊讶的结果。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d(2009, 1, 30);
	boost::gregorian::months ms(1);
	boost::gregorian::date d2 = d + ms;
	std::cout << d2 << std::endl;
	boost::gregorian::date d3 = d2 - ms;
	std::cout << d3 << std::endl;
}

这个例子与前一个例子的不同之处在于，初始的日期是 January 30, 2009。虽然这不是 January 的最后一天，但是向前跳一个月后得到的 d2 还是 February 28, 2009，因为没有 February 30 这一天。不过，当我们再往回跳一个月，这次得到的 d3 就变成 January 31, 2009! 因为 February 28, 2009 是当月的最后一天，往回跳实际上是返回到 January 的最后一天。

如果你觉得这种行为过于混乱，可以通过取消 BOOST_DATE_TIME_OPTIONAL_GREGORIAN_TYPES 宏的定义来改变这种行为。取消该宏后，boost::gregorian::weeks, boost::gregorian::months 和 boost::gregorian::years 类都不再可用。唯一剩下的类是 boost::gregorian::date_duration，只能指定前向或后向的跳过的天数，这样就不会再有意外的结果了。

boost::gregorian::date_duration 表示的是时间长度，而 boost::gregorian::date_period 则提供了对两个日期之间区间的支持。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d1(2009, 1, 30);
	boost::gregorian::date d2(2009, 10, 31);
	boost::gregorian::date_period dp(d1, d2);
	boost::gregorian::date_duration dd = dp.length();
	std::cout << dd.days() << std::endl;
}

两个类型为 boost::gregorian::date 的参数指定了开始和结束的日期，它们被传递给 boost::gregorian::date_period 的构造函数。此外，也可以指定一个开始日期和一个类型为 boost::gregorian::date_duration 的时间长度。请注意，结束日期的前一天才是这个时间区间的最后一天，这对于理解以下例子的输出非常重要。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d1(2009, 1, 30);
	boost::gregorian::date d2(2009, 10, 31);
	boost::gregorian::date_period dp(d1, d2);
	std::cout << dp.contains(d1) << std::endl;
	std::cout << dp.contains(d2) << std::endl;
}

这个程序用 contains() 方法来检查某个给定的日期是否包含在时间区间内。虽然 d1 和 d2 都是被传递给 boost::gregorian::date_period 的构造函数的，但是 contains() 仅对第一个返回 true。因为结束日期不是区间的一部分，所以以 d2 调用 contains() 会返回 false。

boost::gregorian::date_period 还提供了其它方法，如移动一个区间，或计算两个重叠区间的交集。

除了日期类、时间长度类和时间区间类，Boost.DateTime 还提供了迭代器和其它有用的自由函数，如下例所示。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main()
{
    
    
	boost::gregorian::date d(2009, 1, 5);
	boost::gregorian::day_iterator it(d);
	std::cout << *++it << std::endl;
	std::cout << boost::date_time::next_weekday(*it, boost::gregorian::greg_weekday(boost::date_time::Friday)) << std::endl;
}

为了从一个指定日期向前或向后一天一天地跳，可以使用迭代器 boost::gregorian::day_iterator。还有 boost::gregorian::week_iterator, boost::gregorian::month_iterator 和 boost::gregorian::year_iterator 分别提供了按周、按月或是按年跳的迭代器。

这个例子还使用了 boost::date_time::next_weekday()，它基于一个给定的日期返回下一个星期几的日期。以下程序将显示 2009-Jan-09，因为它是 January 6, 2009 之的第一个Friday。

10.3. 位置无关的时间

boost::gregorian::date 用于创建日期，boost::posix_time::ptime 则用于定义一个位置无关的时间。 boost::posix_time::ptime 会存取 boost::gregorian::date 且额外保存一个时间。

为了使用 boost::posix_time::ptime，必须包含头文件 boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::posix_time::ptime pt(boost::gregorian::date(2009, 1, 5), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
  boost::gregorian::date d = pt.date(); 
  std::cout << d << std::endl; 
  boost::posix_time::time_duration td = pt.time_of_day(); 
  std::cout << td << std::endl; 
}

要初始化一个 boost::posix_time::ptime 类型的对象，要把一个类型为 boost::gregorian::date 的日期和一个类型为 boost::posix_time::time_duration 的时间长度作为第一和第二参数传递给构造函数。传给 boost::posix_time::time_duration 构造函数的三个参数决定了时间点。以上程序指定的时间点是 January 5, 2009 的 12 PM。

要查询日期和时间，可以使用 date() 和 time_of_day() 方法。

象 boost::gregorian::date 的缺省构造函数会创建一个无效日期一样，如果使用缺省构造函数，boost::posix_time::ptime 类型的对象也是无效的。也可以通过传递一个 boost::date_time::not_a_date_time 给构造函数来显式创建一个无效时间。

和使用自由函数或其它对象的方法来创建 boost::gregorian::date 类型的历法日期一样，Boost.DateTime 也提供了相应的自由函数和对象来创建时间。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::posix_time::ptime pt = boost::posix_time::second_clock::universal_time(); 
  std::cout << pt.date() << std::endl; 
  std::cout << pt.time_of_day() << std::endl; 

  pt = boost::posix_time::from_iso_string("20090105T120000"); 
  std::cout << pt.date() << std::endl; 
  std::cout << pt.time_of_day() << std::endl; 
}

类 boost::posix_time::second_clock 表示一个返回当前时间的时钟。 universal_time() 方法返回 UTC 时间，如上例所示。如果需要本地时间，则必须使用 local_time()。

Boost.DateTime 还提供了一个名为 boost::posix_time::microsec_clock 的类，它返回包含微秒在内的当前时间，供需要更高精度时使用。

要将一个保存在字符串中的时间点转换为类型为 boost::posix_time::ptime 的对象，可以用 boost::posix_time::from_iso_string() 这样的自由函数，它要求传入的时间点以 ISO 8601 格式提供。

除了 boost::posix_time::ptime, Boost.DateTime 也提供了 boost::posix_time::time_duration 类，用于指定一个时间长度。这个类前面已经提到过，因为 boost::posix_time::ptime 的构造函数实际上需要一个 boost::posix_time::time_duration 类型的对象作为其第二个参数。当然，boost::posix_time::time_duration 也可以单独使用。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::posix_time::time_duration td(16, 30, 0); 
  std::cout << td.hours() << std::endl; 
  std::cout << td.minutes() << std::endl; 
  std::cout << td.seconds() << std::endl; 
  std::cout << td.total_seconds() << std::endl; 
}

hours(), minutes() 和 seconds() 均返回传给构造函数的各个值，而象 total_seconds() 这样的方法则返回总的秒数，以简单的方式为你提供额外的信息。

可以传递任意值给 boost::posix_time::time_duration，因为没有象24小时这样的上限存在。

和历法日期一样，时间点与时间长度也可以执行运算。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::posix_time::ptime pt1(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::posix_time::ptime pt2(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(18, 30, 0)); 
	  boost::posix_time::time_duration td = pt2 - pt1; 
	  std::cout << td.hours() << std::endl; 
	  std::cout << td.minutes() << std::endl; 
	  std::cout << td.seconds() << std::endl; 
}

如果两个 boost::posix_time::ptime 类型的时间点相减，结果将是一个 boost::posix_time::time_duration 类型的对象，给出两个时间点之间的时间长度。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::posix_time::ptime pt1(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::posix_time::time_duration td(6, 30, 0); 
	  boost::posix_time::ptime pt2 = pt1 + td; 
	  std::cout << pt2.time_of_day() << std::endl; 
}

正如这个例子所示，时间长度可以被增加至一个时间点上，以得到一个新的时间点。以上程序将打印 18:30:00 到标准输出流。

你可能已经留意到，Boost.DateTime 对于历法日期和时间使用了相同的概念。就象有时间类和时间长度类一样，也有一个时间区间的类。对于历法日期，这个类是 boost::gregorian::date_period; 对于时间则是 boost::posix_time::time_period。这两个类均要求传入两个参数给构造函数： boost::gregorian::date_period 要求两个历法日期，而 boost::posix_time::time_period 则要求两个时间。

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::posix_time::ptime pt1(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::posix_time::ptime pt2(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(18, 30, 0)); 
	  boost::posix_time::time_period tp(pt1, pt2); 
	  std::cout << tp.contains(pt1) << std::endl; 
	  std::cout << tp.contains(pt2) << std::endl; 
}

大致上说，boost::posix_time::time_period 非常象 boost::gregorian::date_period。它提供了一个名为 contains() 的方法，对于位于该时间区间内的每一个时间点，它返回 true。由于传给 boost::posix_time::time_period 的构造函数的结束时间不是时间区间的一部分，所以上例中第二个 contains() 调用将返回 false。

boost::posix_time::time_period 还提供了其它方法，如 intersection() 和 merge() 分别用于计算两个重叠时间区间的交集，以及合并两个相交区间。

最后，迭代器 boost::posix_time::time_iterator 用于对时间点进行迭代。

#include <boost/date_time/local_time/local_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::posix_time::ptime pt(boost::gregorian::date(2009, 1, 05), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::posix_time::time_iterator it(pt, boost::posix_time::time_duration(6, 30, 0)); 
	  std::cout << *++it << std::endl; 
	  std::cout << *++it << std::endl; 
}

以上程序使用了迭代器 it 从时间点 pt 开始向前跳6.5个小时。由于迭代器被递增两次，所以相应的输出分别为 2009-Jan-05 18:30:00 和 2009-Jan-06 01:00:00。

10.4. 位置相关的时间

和前一节所介绍的位置无关时间不一样，位置相关时间是要考虑时区的。为此，Boost.DateTime 提供了 boost::local_time::local_date_time 类，它定义于 boost/date_time/local_time/local_time.hpp, 并使用 boost::local_time::posix_time_zone 来保存时区信息。

#include <boost/date_time/local_time/local_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::local_time::time_zone_ptr tz(new boost::local_time::posix_time_zone("CET+1")); 
  boost::posix_time::ptime pt(boost::gregorian::date(2009, 1, 5), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
  boost::local_time::local_date_time dt(pt, tz); 
  std::cout << dt.utc_time() << std::endl; 
  std::cout << dt << std::endl; 
  std::cout << dt.local_time() << std::endl; 
  std::cout << dt.zone_name() << std::endl; 
}

boost::local_time::local_date_time 的构造函数要求一个 boost::posix_time::ptime 类型的对象作为其第一个参数，以及一个 boost::local_time::time_zone_ptr 类型的对象作为第二个参数。后者只不过是 boost::shared_ptrboost::local_time::posix_time_zone 的类型定义。换句话说，并不是传递一个 boost::local_time::posix_time_zone 对象，而是传递一个指向该对象的智能指针。这样，多个 boost::local_time::local_date_time 类型的对象就可以共享时区信息。只有当最后一个对象被销毁时，相应的表示时区的对象才会被自动释放。

要创建一个 boost::local_time::posix_time_zone 类型的对象，就要将一个描述该时区的字符串作为单一参数传递给构造函数。以上例子指定了欧洲中部时区：CET 是欧洲中部时间(Central European Time)的缩写。由于 CET 比 UTC 早一个小时，所以时差以 +1 表示。 Boost.DateTime 并不能解释时区的缩写，也就不知道 CET 的意思。所以，必须以小时数给出时差；传入 +0 表示没有时差。

在执行时，该程序将打印 2009-Jan-05 12:00:00, 2009-Jan-05 13:00:00 CET, 2009-Jan-05 13:00:00 和 CET 到标准输出流。用以初始化 boost::posix_time::ptime 和 boost::local_time::local_date_time 类型的值缺省总是与 UTC 时区相关的。只有当一个 boost::local_time::local_date_time 类型的对象被写出至标准输出流时，或者调用 local_time() 方法时，才使用时差来计算本地时间。

#include <boost/date_time/local_time/local_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::local_time::time_zone_ptr tz(new boost::local_time::posix_time_zone("CET+1")); 
	  boost::posix_time::ptime pt(boost::gregorian::date(2009, 1, 5), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::local_time::local_date_time dt(pt, tz); 
	  std::cout << dt.local_time() << std::endl; 
	  boost::local_time::time_zone_ptr tz2(new boost::local_time::posix_time_zone("EET+2")); 
	  std::cout << dt.local_time_in(tz2).local_time() << std::endl; 
}

通过使用 local_time() 方法，时区的偏差才被考虑进来。为了计算 CET 时间，需要往保存在 dt 中的 UTC 时间 12 PM 上加一个小时，因为 CET 比 UTC 早一个小时。 local_time() 会相应地输出 2009-Jan-05 13:00:00 到标准输出流。

相比之下，local_time_in() 方法是在所传入参数的时区内解释保存在 dt 中的时间。这意味着 12 PM UTC 相当于 2 PM EET，即东部欧洲时间，它比 UTC 早两个小时。

最后，Boost.DateTime 通过 boost::local_time::local_time_period 类提供了位置相关的时间区间。

#include <boost/date_time/local_time/local_time.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
	  boost::local_time::time_zone_ptr tz(new boost::local_time::posix_time_zone("CET+0")); 
	  boost::posix_time::ptime pt1(boost::gregorian::date(2009, 1, 5), boost::posix_time::time_duration(12, 0, 0)); 
	  boost::local_time::local_date_time dt1(pt1, tz); 
	  boost::posix_time::ptime pt2(boost::gregorian::date(2009, 1, 5), boost::posix_time::time_duration(18, 0, 0)); 
	  boost::local_time::local_date_time dt2(pt2, tz); 
	  boost::local_time::local_time_period tp(dt1, dt2); 
	  std::cout << tp.contains(dt1) << std::endl; 
	  std::cout << tp.contains(dt2) << std::endl; 
}

boost::local_time::local_time_period 的构造函数要求两个类型为 boost::local_time::local_date_time 的参数。和其它类型的时间区间一样，第二个参数所表示的结束时间并不包含在区间之内。通过如 contains(), intersection(), merge() 以及其它的方法，时间区间可以与其它 boost::local_time::local_time_period 相互操作。

10.5. 格式化输入输出

本章中的所有例子在执行后都提供形如 2009-Jan-07 这样的输出结果。有的人可能更喜欢用其它格式来显示结果。 Boost.DateTime 允许 boost::date_time::date_facet 和 boost::date_time::time_facet 类来格式化历法日期和时间。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 
#include <locale> 

int main() 
{
    
     
  boost::gregorian::date d(2009, 1, 7); 
  boost::gregorian::date_facet *df = new boost::gregorian::date_facet("%A, %d %B %Y"); 
  std::cout.imbue(std::locale(std::cout.getloc(), df)); 
  std::cout << d << std::endl; 
}

Boost.DateTime 使用了 locales 的概念，它来自于 C++ 标准，在第 5 章字符串处理中有概括的介绍。要格式化一个历法日期，必须创建一个 boost::date_time::date_facet 类型的对象并安装在一个 locale 内。一个描述新格式的字符串被传递给 boost::date_time::date_facet 的构造函数。上面的例子传递的是 %A, %d %B %Y，指定格式为：星期几后跟日月年全名： Wednesday, 07 January 2009。

Boost.DateTime 提供了多个格式化标志，标志由一个百分号后跟一个字符组成。 Boost.DateTime 的文档中对于所支持的所有标志有一个完整的介绍。例如，%A 表示星期几的全名。

如果应用程序的基本用户是位于德国或德语国家，最好可以用德语而不是英语来显示星期几和月份。

#include <boost/date_time/gregorian/gregorian.hpp> 
#include <iostream> 
#include <locale> 
#include <string> 
#include <vector> 

int main() 
{
    
     
  std::locale::global(std::locale("German")); 
  std::string months[12] = {
    
     "Januar", "Februar", "März", "April", "Mai", "Juni", "Juli", "August", "September", "Oktober", "November", "Dezember" }; 
  std::string weekdays[7] = {
    
     "Sonntag", "Montag", "Dienstag", "Mittwoch", "Donnerstag", "Freitag", "Samstag" }; 
  boost::gregorian::date d(2009, 1, 7); 
  boost::gregorian::date_facet *df = new boost::gregorian::date_facet("%A, %d. %B %Y"); 
  df->long_month_names(std::vector<std::string>(months, months + 12)); 
  df->long_weekday_names(std::vector<std::string>(weekdays, weekdays + 7)); 
  std::cout.imbue(std::locale(std::cout.getloc(), df)); 
  std::cout << d << std::endl; 
}

星期几和月份的名字可以通过分别传入两个数组给 boost::date_time::date_facet 类的 long_month_names() 和 long_weekday_names() 方法来修改，这两个数组分别包含了相应的名字。以上例子现在将打印 Mittwoch, 07. Januar 2009 到标准输出流。

Boost.DateTime 在格式化输入输出方面是非常灵活的。除了输出类 boost::date_time::date_facet 和 boost::date_time::time_facet 以外，类 boost::date_time::date_input_facet 和 boost::date_time::time_input_facet 可用于格式化输入。所有这四个类都提供了许多方法，来为 Boost.DateTime 所提供的各种不同对象配置输入和输出的方式。例如，可以指定 boost::gregorian::date_period 类型的时间长度如何输入和输出。要弄清楚各种格式化输入输出的可能性，请参考 Boost.DateTime 的文档。

第 11 章序列化

11.1. 概述

Boost C++ 的序列化库允许将 C++ 应用程序中的对象转换为一个字节序列，此序列可以被保存，并可在将来恢复对象的时候再次加载。各种不同的数据格式，包括 XML，只要具有一定规则的数据格式，在序列化后都产生一个字节序列。所有 Boost.Serialization 支持的格式，在某些方面来说都是专有的。比如 XML 格式不同用来和不是用 C++ Boost.Serialization 库开发的应用程序交换数据。所有以 XML 格式存储的数据适合于从之前存储的数据上恢复同一个 C++ 对象。 XML 格式的唯一优点是序列化的 C++ 对象容易理解，这是很有用的，比如说在调试的时候。

11.2. 归档

Boost.Serialization 的主要概念是归档。归档的文件是相当于序列化的 C++ 对象的一个字节流。对象可以通过序列化添加到归档文件，相应地也可从归档文件中加载。为了恢复和之前存储相同的 C++ 对象，需假定数据类型是相同的。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(std::cout); 
  int i = 1; 
  oa << i; 
}

Boost.Serialization 提供了多个归档类，如 boost::archive::text_oarchive 类，它定义在 boost/archive/text_oarchive.hpp 文件中。 boost::archive::text_oarchive，可将对象序列化为文本流。上面的应用程序将 22 serialization::archive 5 1 写出到标准输出流。

可见， boost::archive::text_oarchive 类型的对象 oa 可以用来像流 (stream) 一样通过 << 来序列化对象。尽管如此，归档也不能被认为是可以存储任何数据的常规的流。为了以后恢复数据，必须以相同的顺序使用和先前存储时用的一样的数据类型。下面的例子序列化和恢复了 int 类型的变量。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <fstream> 

void save() 
{
    
     
  std::ofstream file("archiv.txt"); 
  boost::archive::text_oarchive oa(file); 
  int i = 1; 
  oa << i; 
} 

void load() 
{
    
     
  std::ifstream file("archiv.txt"); 
  boost::archive::text_iarchive ia(file); 
  int i = 0; 
  ia >> i; 
  std::cout << i << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

当 boost::archive::text_oarchive 被用来把数据序列化为文本流， boost::archive::text_iarchive 就用来从文本流恢复数据。为了使用这些类，必须包含 boost/archive/text_iarchive.hpp 头文件。

归档的构造函数需要一个输入或者输出流作为参数。流分别用来序列化或恢复数据。虽然上面的应用程序使用了一个文件流，其他流，如 stringstream 流也是可以的。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  int i = 1; 
  oa << i; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  int i = 0; 
  ia >> i; 
  std::cout << i << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

这个应用程序也向标准输出流写了 1。然而，与前面的例子相比, 数据却是用 stringstream 流序列化的。

到目前为止，原始的数据类型已经被序列化了。接下来的例子演示如何序列化用户定义类型的对象。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person p(31); 
  oa << p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p.age() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

为了序列化用户定义类型的对话， serialize() 函数必须定义，它在对象序列化或从字节流中恢复是被调用。由于 serialize () 函数既用来序列化又用来恢复数据， Boost.Serialization 除了 << 和 >> 之外还提供了 & 操作符。如果使用这个操作符，就不再需要在 serialize() 函数中区分是序列化和恢复了。

serialize () 在对象序列化或恢复时自动调用。它应从来不被明确地调用，所以应生命为私有的。这样的话， boost::serialization::access 类必须被声明为友元，以允许 Boost.Serialization 能够访问到这个函数。

有些情况下需要添加 serialize() 函数却不能修改现有的类。比如，对于来自 C++ 标准库或其他库的类就是这样的。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  friend void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version); 

  int age_; 
}; 

template <typename Archive> 
void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version) 
{
    
     
  ar & p.age_; 
} 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person p(31); 
  oa << p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p.age() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

为了序列化那些不能被修改的数据类型，要定义一个单独的函数 serialize()，如上面的例子所示。这个函数需要相应的数据类型的引用作为它的第二个参数。

如果要被序列化的数据类型中含有不能经由公有函数访问的私有属性，事情就变得复杂了。在这种情况下，该数据列席就需要修改。在上面应用程序中的 serialize () 函数如果不声明为 friend ，就不能访问 age_ 属性。

不过还好，Boost.Serialization 为许多C++标准库的类提供了 serialize() 函数。为了序列化基于 C++ 标准库的类，需要包含额外的头文件。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/string.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 
#include <string> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age, const std::string &name) 
    : age_(age), name_(name) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

  std::string name() const 
  {
    
     
    return name_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  friend void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version); 

  int age_; 
  std::string name_; 
}; 

template <typename Archive> 
void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version) 
{
    
     
  ar & p.age_; 
  ar & p.name_; 
} 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person p(31, "Boris"); 
  oa << p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p.age() << std::endl; 
  std::cout << p.name() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

这个例子扩展了 person 类，增加了 std::string 类型的名称变量，为了序列化这个属性property, the header file boost/serialization/string.hpp 头文件必须包含，它提供了合适的单独的 serialize () 函数。

正如前面所提到的， Boost.Serialization 为许多 C++ 标准库类定义了 serialize () 函数。这些都定义在和 C++ 标准库头文件名称相对应的头文件中。为了序列化 std::string 类型的对象，必须包含 boost/serialization/string.hpp 头文件。为了序列化 std::vector 类型的对象，必须包含 boost/serialization/vector.hpp 头文件。于是在给定的场合中应该包含哪个头文件就显而易见了。

还有一个 serialize ()函数的参数，到目前为止我们一直忽略没谈到，那就是 version 。如果归档需要向前兼容，以支持给定应用程序的未来版本，那么这个参数就是有意义的。接下来的例子考虑到 person 类的归档需要向前兼容。由于 person 的原始版本没有包含任何名称，新版本的 person 应该能够处理不带名称的旧的归档。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/string.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 
#include <string> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age, const std::string &name) 
    : age_(age), name_(name) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

  std::string name() const 
  {
    
     
    return name_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  friend void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version); 

  int age_; 
  std::string name_; 
}; 

template <typename Archive> 
void serialize(Archive &ar, person &p, const unsigned int version) 
{
    
     
  ar & p.age_; 
  if (version > 0) 
    ar & p.name_; 
} 

BOOST_CLASS_VERSION(person, 1) 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person p(31, "Boris"); 
  oa << p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p.age() << std::endl; 
  std::cout << p.name() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

BOOST_CLASS_VERSION 宏用来指定类的版本号。上面例子中 person 类的版本号设置为1。如果没有使用 BOOST_CLASS_VERSION ，版本号缺省是0。

版本号存储在归档文件中，因此也就是归档的一部份。当一个特定类的版本号通过 BOOST_CLASS_VERSION 宏，在序列化时给定时， serialize () 函数的 version 参数被设为给定值存储在归档中。如果新版本的 person 访问一个包含旧版本序列化对象的归档时， name_ 由于旧版本不含有这个属性而不能恢复。通过这种机制，Boost.Serialization 提供了向前兼容归档的支持。

11.3. 指针和引用

Boost.Serialization 还能序列化指针和引用。由于指针存储对象的地址，序列化对象的地址没有什么意义，而是在序列化指针和引用时，对象的引用被自动地序列化。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person *p = new person(31); 
  oa << p; 
  std::cout << std::hex << p << std::endl; 
  delete p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person *p; 
  ia >> p; 
  std::cout << std::hex << p << std::endl; 
  std::cout << p->age() << std::endl; 
  delete p; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

上面的应用程序创建了一个新的 person 类型的对象，使用 new 创建并赋值给指针 p 。是指针 - 而不是 *p - 被序列化了。Boost.Serialization 自动地通过 p 的引用序列化对象本身而不是对象的地址。

如果归档被恢复， p 不必指向相同的地址。而是创建新对象并将它的地址赋值给 p 。 Boost.Serialization 只保证对象和之前序列化的对象相同，而不是地址相同。

由于新式的 C++ 在动态分配内存有关的地方使用智能指针 (smart pointers) ， Boost.Serialization 对此也提供了相应的支持。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/scoped_ptr.hpp> 
#include <boost/scoped_ptr.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  boost::scoped_ptr<person> p(new person(31)); 
  oa << p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  boost::scoped_ptr<person> p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p->age() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

例子中使用了智能指针 boost::scoped_ptr 来管理动态分配的 person 类型的对象。为了序列化这样的指针，必须包含 boost/serialization/scoped_ptr.hpp 头文件。

在使用 boost::shared_ptr 类型的智能指针的时候需要序列化，那么必须包含 boost/serialization/shared_ptr.hpp 头文件。

下面的应用程序使用引用替代了指针。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person p(31); 
  person &pp = p; 
  oa << pp; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person p; 
  person &pp = p; 
  ia >> pp; 
  std::cout << pp.age() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

可见，Boost.Serialization 还能没有任何问题地序列化引用。就像指针一样，引用对象被自动地序列化。

11.4. 对象类层次结构的序列化

为了序列化基于类层次结构的对象，子类必须在 serialize ()函数中访问 boost::serialization::base_object ()。此函数确保继承自基类的属性也能正确地序列化。下面的例子演示了一个名为 developer 类，它继承自类 person 。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/string.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 
#include <string> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

class developer 
  : public person 
{
    
     
public: 
  developer() 
  {
    
     
  } 

  developer(int age, const std::string &language) 
    : person(age), language_(language) 
  {
    
     
  } 

  std::string language() const 
  {
    
     
    return language_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & boost::serialization::base_object<person>(*this); 
    ar & language_; 
  } 

  std::string language_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  developer d(31, "C++"); 
  oa << d; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  developer d; 
  ia >> d; 
  std::cout << d.age() << std::endl; 
  std::cout << d.language() << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

person 和 developer 这两个类都包含有一个私有的 serialize () 函数，它使得基于其他类的对象能被序列化。由于 developer 类继承自 person 类，所以它的 serialize () 函数必须确保继承自 person 属性也能被序列化。

继承自基类的属性被序列化是通过在子类的 serialize () 函数中用 boost::serialization::base_object () 函数访问基类实现的。在例子中强制要求使用这个函数而不是 static_cast 是因为只有 boost::serialization::base_object () 才能保证正确地序列化。

动态创建对象的地址可以被赋值给对应的基类类型的指针。下面的例子演示了 Boost.Serialization 还能够正确地序列化它们。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/string.hpp> 
#include <boost/serialization/export.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 
#include <string> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  virtual int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

class developer 
  : public person 
{
    
     
public: 
  developer() 
  {
    
     
  } 

  developer(int age, const std::string &language) 
    : person(age), language_(language) 
  {
    
     
  } 

  std::string language() const 
  {
    
     
    return language_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & boost::serialization::base_object<person>(*this); 
    ar & language_; 
  } 

  std::string language_; 
}; 

BOOST_CLASS_EXPORT(developer) 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  person *p = new developer(31, "C++"); 
  oa << p; 
  delete p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  person *p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p->age() << std::endl; 
  delete p; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

应用程序在 save () 函数创建了 developer 类型的对象并赋值给 person* 类型的指针，接下来通过 << 序列化。

正如在前面章节中提到的，引用对象被自动地序列化。为了让 Boost.Serialization 识别将要序列化的 developer 类型的对象，即使指针是 person* 类型的对象。 developer 类需要相应的声明。这是通过这个 BOOST_CLASS_EXPORT 宏实现的，它定义在 boost/serialization/export.hpp 文件中。因为 developer 这个数据类型没有指针形式的定义，所以 Boost.Serialization 没有这个宏就不能正确地序列化 developer 。

如果子类对象需要通过基类的指针序列化，那么 BOOST_CLASS_EXPORT 宏必须要用。

由于静态注册的原因， BOOST_CLASS_EXPORT 的一个缺点是可能有些注册的类最后是不需要序列化的。 Boost.Serialization 为这种情况提供一种解决方案。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/string.hpp> 
#include <boost/serialization/export.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 
#include <string> 

std::stringstream ss; 

class person 
{
    
     
public: 
  person() 
  {
    
     
  } 

  person(int age) 
    : age_(age) 
  {
    
     
  } 

  virtual int age() const 
  {
    
     
    return age_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & age_; 
  } 

  int age_; 
}; 

class developer 
  : public person 
{
    
     
public: 
  developer() 
  {
    
     
  } 

  developer(int age, const std::string &language) 
    : person(age), language_(language) 
  {
    
     
  } 

  std::string language() const 
  {
    
     
    return language_; 
  } 

private: 
  friend class boost::serialization::access; 

  template <typename Archive> 
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) 
  {
    
     
    ar & boost::serialization::base_object<person>(*this); 
    ar & language_; 
  } 

  std::string language_; 
}; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  oa.register_type<developer>(); 
  person *p = new developer(31, "C++"); 
  oa << p; 
  delete p; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  ia.register_type<developer>(); 
  person *p; 
  ia >> p; 
  std::cout << p->age() << std::endl; 
  delete p; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

上面的应用程序没有使用 BOOST_CLASS_EXPORT 宏，而是调用了 register_type () 模板函数。需要注册的类型作为模板参数传入。

请注意 register_type () 必须在 save () 和 load () 都要调用。

register_type () 的优点是只有需要序列化的类才注册。比如在开发一个库时，你不知道开发人员将来要序列化哪些类。当然 BOOST_CLASS_EXPORT 宏用起来简单，可它却可能注册那些不需要序列化的类型。

11.5. 优化用封装函数

在理解了如何序列化对象之后，本节介绍用来优化序列化过程的封装函数。通过这个函数，对象被打上标记允许 Boost.Serialization 使用一些优化技术。

下面例子使用不带封装函数的 Boost.Serialization 。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/array.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  boost::array<int, 3> a = {
    
     0, 1, 2 }; 
  oa << a; 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  boost::array<int, 3> a; 
  ia >> a; 
  std::cout << a[0] << ", " << a[1] << ", " << a[2] << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

上面的应用程序创建一个文本流 22 serialization::archive 5 0 0 3 0 1 2 并将其写到标准输出流中。使用封装函数 boost::serialization::make_array () ，输出可以缩短到 22 serialization::archive 5 0 1 2 。

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> 
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> 
#include <boost/serialization/array.hpp> 
#include <boost/array.hpp> 
#include <iostream> 
#include <sstream> 

std::stringstream ss; 

void save() 
{
    
     
  boost::archive::text_oarchive oa(ss); 
  boost::array<int, 3> a = {
    
     0, 1, 2 }; 
  oa << boost::serialization::make_array(a.data(), a.size()); 
} 

void load() 
{
    
     
  boost::archive::text_iarchive ia(ss); 
  boost::array<int, 3> a; 
  ia >> boost::serialization::make_array(a.data(), a.size()); 
  std::cout << a[0] << ", " << a[1] << ", " << a[2] << std::endl; 
} 

int main() 
{
    
     
  save(); 
  load(); 
}

boost::serialization::make_array () 函数需要地址和数组的长度。由于长度是硬编码的，所以它不需要作为 boost::array 类型的一部分序列化。任何时候，如果 boost::array 或 std::vector 包含一个可以直接序列化的数组，都可以使用这个函数。其他一般需要序列化的属性不能被序列化。

另一个 Boost.Serialization 提供的封装函数是 boost::serialization::make_binary_object () 。与 boost::serialization::make_array () 类似，它也需要地址和长度。 boost::serialization::make_binary_object () 函数只是为了用来序列化没有底层结构的二进制数据，而 boost::serialization::make_array () 是用来序列化数组的。

第 12 章词法分析器

12.1. 概述

词法分析器用于读取各种格式的数据，这些数据可以具有灵活但可能非常复杂的结构。关于"格式"的一个最好的例子就是 C++ 代码。编译器的词法分析器必须理解 C++ 的各种可能的语言结构组合，以将它们翻译为某种二进制形式。

开发词法分析器的主要问题是所分析的数据的组成结构具有大量的规则。例如，C++ 支持很多的语言结构，开发一个相应的词法分析器可能需要无数个 if 表达式来识别任意所能想象到的 C++ 代码是否有效。

本章所介绍的 Boost.Spirit 库将词法分析器的开发放到了桌面上来。无需将明确的规则转换为代码并使用无数的 if 表达式来验证代码，Boost.Spirit 可以使用一种被称为扩展BNF范式的东西来表示规则。通过使用这些规则，Boost.Spirit 就可以对一个 C++ 源代码进行分析。

Boost.Spirit 的基本思想类似于正则表达式。即不用 if 表达式来查找指定模式的文本，而是将模式以正则表达式的方式指定出来。然后就可以使用象 Boost.Regex 这样的库来执行相应的查找国，因此开发者无需关心其中的细节。

本章将示范如何用 Boost.Spirit 来读入正则表达式不再适用的复杂格式。由于 Boost.Spirit 是一个功能非常全的库，引入了多个不同的概念，所以在本章我们将开发一个 JSON 格式的简单的词法分析器。 JSON 是被如 Ajax 一类的应用程序用于在程序之间交换数据的格式，类似于 XML，可以在不同平台上运行。

虽然 Boost.Spirit 简化了词法分析器的开发，但是还没有人能够成功地基于这个库写出一个 C++ 词法分析器。这类词法分析器的开发仍然是 Boost.Spirit 的一个长期目标，不过，由于 C++ 语言的复杂性，目前还未能实现。 Boost.Spirit 目前还不能很好地适用于这种复杂性或二进制格式。

12.2. 扩展BNF范式

Backus-Naur 范式，简称 BNF，是一种精确描述规则的语言，被应用于多种技术规范。例如，众多互联网协议的许多技术规范，称为 RFC，除了文字说明以外，都包含了以 BNF 编写的规则。

Boost.Spirit 支持扩展BNF范式(EBNF)，可以用比 BNF 更简短的方式来指定规则。 EBNF 的主要优点就是简短，从而写法更简单。

请注意，EBNF 有几种不同的变体，它们的语法可能有些差异。本章以及 Boost.Spirit 所使用的 EBNF 语法类似于正则表达式。

要使用 Boost.Spirit，你必须懂得 EBNF。多数情况下，开发者已经知道 EBNF，因此才会选择 Boost.Spirit 来重用以前用 EBNF 表示的规则。以下是对 EBNF 的一个简短介绍；如果需要对本章当中以及 Boost.Spirit 所使用的语法有一个快速的参考，请查看 W3C XML 规范，其中包含了一个短摘要。

digit = “0” | “1” | “2” | “3” | “4” | “5” | “6” | “7” | “8” | “9”

严格地讲，EBNF 以生成规则来表示规则。可以将任意数量的生成规则组合起来，描述一个特定的格式。以上格式只包含一个生成规则。它定义了一个 digit 是由0至9之间的任一数字组成。

象 digit 这样的定义被称为非终结符号。以上定义中的数字 0 到 9 则被称为终结符号。这些符号不具有任意特定意义，而且很容易识别出来，因为它们是用双引号引起来的。

所有数字值是用竖直符相连的，其意义与 C++ 中的 || 操作符一样：多选一。

一句话，这个生成规则指明了0至9之间的任一数字都是一个 digit。

integer = ("+" | “-”)? digit+

这个新的非终结符 integer 包含至少一个 digit，而且可选地以一个加号或减号开头。

integer 的定义用到了多个新的操作符。圆括号用于创建一个子表达式，就象它在数学中的作用。其它操作符可应用于这些子表达式。问号表示这个子表达式只能出现一次或不出现。

digit 之后的加号表示相应的表达式必须出现至少一次。

这个新的生成规则定义了一个任意的正或负的整数。一个 digit 正好是一个数字，而一个 integer 则可以由多个数字组成，且可以被标记为无符号的或有符号的。因此 5 即是一个 digit 也是一个 integer，而 +5 则只是一个 integer。同样地，169 或 -8 也只是 integer。

通过定义和组合各种非终结符，可以创建越来越复杂的生成规则。

real = integer “.” digit*

integer 的定义表示的是整数，而 real 的定义则表示了浮点数。这个规则基于前面已定义的非终结符 integer 和 digit，以一个句点号分隔。 digit 之后的星类表示点号之后的数字是可选的：可以有任意多个数字或没有数字。

浮点数如 1.2, -16.99 甚至 3. 都符合 real 的定义。但是，当前的定义不允许浮点数不带前导的零，如 .9。

正如本章开始的时候所提到的，接下来我们要用 Boost.Spirit 开发一个 JSON 格式的词法分析器。为此，需要用 EBNF 来给出 JSON 格式的规则。

object = “{” member ("," member)* “}”
member = string “:” value
string = ‘"’ character* ‘"’
value = string | number | object | array | “true” | “false” | “null”
number = integer | real
array = “[” value ("," value)* “]”
character = “a” | “b” | “c” | “d” | “e” | “f” | “g” | “h” | “i” | “j” | “k” | “l” | “m” | “n” | “o” | “p” | “q” | “r” | “s” | “t” | “u” | “v” | “w” | “x” | “y” | “z”

JSON 格式基于一些包含了键值和值的成对的对象，它们被花括号括起来。其中键值是普通的字符串，而值可以是字符串、数字值、数组、其它对象或是字面值 true, false 或 null。字符串是由双引号引起来的连续字符。数字值可以是整数或浮点数。数组包含以逗号分隔的值，并以方括号括起来。

请注意，以上定义并不完整。一方面，character 的定义缺少了大写字母以及其它字符；另一方面，JSON 还特别支持 Unicode 或控制字符。这些现在都可以先忽略掉，因为 Boost.Spirit 定义了常用的非终结符号，如字母数字字符，以减少你打字的次数。另外，稍后在代码中，字符串被定义为除双引号以外的任意字符的连续串。由于双引号用于结束一个字符串，所以其它所有字符都在字符串中使用。上述 EBNF 并不如此表示，因为 EBNF 要求定义一个包含除单个字符外的所有字符的非终结符号，应该定义一个例外来排除。

以下是使用了上述定义的 JSON 格式的一个例子。

{
    
    
  "Boris Schäling" :
  {
    
    
    "Male": true,
    "Programming Languages": [ "C++", "Java", "C#" ],
    "Age": 31
  }
}

整个对象由最外层的花括号给出，它包含了一个键-值对。键值是 “Boris Schäling”，值则是一个新的对象，包含多个键-值对。其中所有键值均为字符串，而值则分别为字面值 true，一个包含几个字符串的数组，以及一个数字值。

以上所定义的 EBNF 规则现在就可用于通过 Boost.Spirit 开发一个可以读取以上 JSON 格式的词法分析器。

12.3. 语法

继上一节中以 EBNF 为 JSON 格式定义了相关规则后，现在要将这些规则与 Boost.Spirit 一起使用。 Boost.Spirit 实际上允许以 C++ 代码来定义 EBNF 规则，方法是重载各个由 EBNF 使用的不同操作符。

请注意，EBNF 规则需要稍作修改，才能创建出合法的 C++ 代码。在 EBNF 中各个符号是以空格相连的，在 C++ 中需要用某个操作符来连接。此外，象星号、问号和加号这些操作符，在 EBNF 中是置于对应的符号后面的，在 C++ 中必须置于符号的前面，才能作为单参操作符来使用。

以下是在 Boost.Spirit 中为表示 JSON 格式，用 C++ 代码写的 EBNF 规则。

#include <boost/spirit.hpp> 

struct json_grammar 
  : public boost::spirit::grammar<json_grammar> 
{
    
     
  template <typename Scanner> 
  struct definition 
  {
    
     
    boost::spirit::rule<Scanner> object, member, string, value, number, array; 

    definition(const json_grammar &self) 
    {
    
     
      using namespace boost::spirit; 
      object = "{" >> member >> *("," >> member) >> "}"; 
      member = string >> ":" >> value; 
      string = "\"" >> *~ch_p("\"") >> "\""; 
      value = string | number | object | array | "true" | "false" | "null"; 
      number = real_p; 
      array = "[" >> value >> *("," >> value) >> "]"; 
    } 

    const boost::spirit::rule<Scanner> &start() 
    {
    
     
      return object; 
    } 
  }; 
}; 

int main() 
{
    
     
}

为了使用 Boost.Spirit 中的各个类，需要包含头文件 boost/spirit.hpp。所有类均位于名字空间 boost::spirit 内。

为了用 Boost.Spirit 创建一个词法分析器，除了那些定义了数据是如何构成的规则以外，还必须创建一个所谓的语法。在上例中，就创建一个 json_grammar 类，它派生自模板类 boost::spirit::grammar，并以该类的名字来实例化。 json_grammar 定义了理解 JSON 格式所需的完整语法。

语法的一个最重要的组成部分就是正确读入结构化数据的规则。这些规则在一个名为 definition 的内层类中定义 - 这个名字是强制性的。这个类是带有一个模板参数的模板类，由 Boost.Spirit 以一个所谓的扫描器来进行实例化。扫描器是 Boost.Spirit 内部使用的一个概念。虽然强制要求 definition 必须是以一个扫描器类型作为其模板参数的模板类，但是对于 Boost.Spirit 的日常使用来说，这些扫描器是什么以及为什么要定义它们，并不重要。

definition 必须定义一个名为 start() 的方法，它会被 Boost.Spirit 调用，以获得该语法的完整规则和标准。这个方法的返回值是 boost::spirit::rule 的一个常量引用，它也是一个以扫描器类型实例化的模板类。

boost::spirit::rule 类用于定义规则。非终结符号就以这个类来定义。前面所定义的非终结符号 object, member, string, value, number 和 array 的类型均为 boost::spirit::rule。

所有这些对象都被定义为 definition 类的属性，这并非强制性的，但简化了定义，尤其是当各个规则之间有递归引用时。正如在上一节中所看到的 EBNF 例子那样，递归引用并不是一个问题。

乍一看，在 definition 的构造函数内的规则定义非常类似于在上一节中看到的 EBNF 生成规则。这并不奇怪，因为这正是 Boost.Spirit 的目标：重用在 EBNF 中定义的生成规则。

由于是用 C++ 代码来组成 EBNF 中建立的规则，为了写出合法的 C++，其实是有一点点差异的。例如，所有符号间的连接是通过 >> 操作符完成的。 EBNF 中的一些操作符，如星号，被置于相应符号的前面而非后面。尽管有这样一些语法上的修改，Boost.Spirit 还是尽量在将 EBNF 规则转换至 C++ 代码时不进行太多的修改。

definition 的构造函数使用了由 Boost.Spirit 提供的两个类：boost::spirit::ch_p 和 boost::spirit::real_p。这些以分析器形式提供的常用规则可以很方便地重用。一个例子就是 boost::spirit::real_p，它可以用于保存正或负的整数或浮点数，无需定义象 digit 或 real 这样的非终结符号。

boost::spirit::ch_p 可用于创建一个针对单个字符的分析器，相当于将字符置于双引号中。在上例中，boost::spirit::ch_p 的使用是强制性的，因为波浪号和星号是要应用于双引号之上的。没有这个类，代码将变为 *~"""，这会被编译器拒绝为非法代码。

波浪号实际上是实现了前一节中提到的一个技巧：在双引号之前加上波浪号，可以接受除双引号以外的所有其它字符。

定义完了识别 JSON 格式的规则后，以下例子示范了如何使用这些规则。

#include <boost/spirit.hpp> 
#include <fstream> 
#include <sstream> 
#include <iostream> 

struct json_grammar 
  : public boost::spirit::grammar<json_grammar> 
{
    
     
  template <typename Scanner> 
  struct definition 
  {
    
     
    boost::spirit::rule<Scanner> object, member, string, value, number, array; 

    definition(const json_grammar &self) 
    {
    
     
      using namespace boost::spirit; 
      object = "{" >> member >> *("," >> member) >> "}"; 
      member = string >> ":" >> value; 
      string = "\"" >> *~ch_p("\"") >> "\""; 
      value = string | number | object | array | "true" | "false" | "null"; 
      number = real_p; 
      array = "[" >> value >> *("," >> value) >> "]"; 
    } 

    const boost::spirit::rule<Scanner> &start() 
    {
    
     
      return object; 
    } 
  }; 
}; 

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    
     
  std::ifstream fs(argv[1]); 
  std::ostringstream ss; 
  ss << fs.rdbuf(); 
  std::string data = ss.str(); 

  json_grammar g; 
  boost::spirit::parse_info<> pi = boost::spirit::parse(data.c_str(), g, boost::spirit::space_p); 
  if (pi.hit) 
  {
    
     
    if (pi.full) 
      std::cout << "parsing all data successfully" << std::endl; 
    else 
      std::cout << "parsing data partially" << std::endl; 
    std::cout << pi.length << " characters parsed" << std::endl; 
  } 
  else 
    std::cout << "parsing failed; stopped at '" << pi.stop << "'" << std::endl; 
}

Boost.Spirit 提供了一个名为 boost::spirit::parse() 的自由函数。通过创建一个语法的实例，就会相应地创建一个词法分析器，该分析器被作为第二个参数传递给 boost::spirit::parse()。第一个参数表示要进行分析的文本，而第三个参数则是一个表明在给定文本中哪些字符将被跳过的词法分析器。为了跳过空格，要将一个类型为 boost::spirit::space_p 的对象作为第三个参数传入。这只是表示在被捕获的数据之间 - 换句话说，就是规则中使用了 >> 操作符的地方 - 可以有任意数量的空格。这其中包含了制表符和换行符，令数据的格式可以更为灵活。

boost::spirit::parse() 返回一个类型为 boost::spirit::parse_info 的对象，该对象提供了四个属性来表示文本是否被成功分析。如果文本被成功分析，则属性 hit 被设置为 true。如果文本中的所有字符都被分析完了，最后没有剩余空格，则 full 也被设置为 true。仅当 hit 为 true 时，length 是有效的，其中保存了被成功分析的字符数量。

如果文本未能分析成功，则属性 length 不能被访问。此时，可以访问属性 stop 来获得停止分析的文本位置。如果文本被成功分析，stop 也是可访问的，只不过没什么意义，因为此时它肯定是指向被分析文本之后。

12.4. 动作

到目前为止，你已经知道了如何定义一个语法，以得到一个新的词法分析器，用于识别一个给定的文本是否具有该语法的规则所规定的结构。但是此刻，数据的格式仍未被解释，因为从结构化格式如 JSON 中所读取的数据并没有被进一步处理。

要对由分析器识别出来的符合某个特定规则的数据进行处理，可以使用动作(action)。动作是一些与规则相关联的函数。如果词法分析器识别出某些数据符合某个特定的规则，则相关联的动作会被执行，并把识别得到的数据传入进行处理，如下例所示。

#include <boost/spirit.hpp> 
#include <string> 
#include <fstream> 
#include <sstream> 
#include <iostream> 

struct json_grammar 
  : public boost::spirit::grammar<json_grammar> 
{
    
     
  struct print 
  {
    
     
    void operator()(const char *begin, const char *end) const 
    {
    
     
      std::cout << std::string(begin, end) << std::endl; 
    } 
  }; 

  template <typename Scanner> 
  struct definition 
  {
    
     
    boost::spirit::rule<Scanner> object, member, string, value, number, array; 

    definition(const json_grammar &self) 
    {
    
     
      using namespace boost::spirit; 
      object = "{" >> member >> *("," >> member) >> "}"; 
      member = string[print()] >> ":" >> value; 
      string = "\"" >> *~ch_p("\"") >> "\""; 
      value = string | number | object | array | "true" | "false" | "null"; 
      number = real_p; 
      array = "[" >> value >> *("," >> value) >> "]"; 
    } 

    const boost::spirit::rule<Scanner> &start() 
    {
    
     
      return object; 
    } 
  }; 
}; 

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    
     
  std::ifstream fs(argv[1]); 
  std::ostringstream ss; 
  ss << fs.rdbuf(); 
  std::string data = ss.str(); 

  json_grammar g; 
  boost::spirit::parse_info<> pi = boost::spirit::parse(data.c_str(), g, boost::spirit::space_p); 
  if (pi.hit) 
  {
    
     
    if (pi.full) 
      std::cout << "parsing all data successfully" << std::endl; 
    else 
      std::cout << "parsing data partially" << std::endl; 
    std::cout << pi.length << " characters parsed" << std::endl; 
  } 
  else 
    std::cout << "parsing failed; stopped at '" << pi.stop << "'" << std::endl; 
}

动作被实现为函数或函数对象。如果动作需要被初始化或是要在多次执行之间维护某些状态信息，则后者更好一些。以上例子中将动作实现为函数对象。

类 print 是一个函数对象，它将数据写出至标准输出流。当其被调用时，重载的 operator()() 操作符将接受一对指向数据起始点和结束点的指针，所指范围即为被执行该动作的规则所识别出来的数据。

这个例子将这个动作关联至在 member 之后作为第一个符号出现的非终结符号 string。一个类型为 print 的实例被放在方括号内传递给非终结符号 string。由于 string 表示的是 JSON 对象的键-值对中的键，所以每次找到一个键时，类 print 中的重载 operator()() 操作符将被调用，将该键写出到标准输出流。

我们可以定义任意数量的动作，或将它们关联至任意数量的符号。要把一个动作关联至一个字面值，必须明确给出一个词法分析器。这与在非终结符号 string 的定义中指定 boost::spirit::ch_p 类没什么不同。以下例子使用了 boost::spirit::str_p 类来将一个 print 类型的对象关联至字面值 true。

#include <boost/spirit.hpp> 
#include <string> 
#include <fstream> 
#include <sstream> 
#include <iostream> 

struct json_grammar 
  : public boost::spirit::grammar<json_grammar> 
{
    
     
  struct print 
  {
    
     
    void operator()(const char *begin, const char *end) const 
    {
    
     
      std::cout << std::string(begin, end) << std::endl; 
    } 

    void operator()(const double d) const 
    {
    
     
      std::cout << d << std::endl; 
    } 
  }; 

  template <typename Scanner> 
  struct definition 
  {
    
     
    boost::spirit::rule<Scanner> object, member, string, value, number, array; 

    definition(const json_grammar &self) 
    {
    
     
      using namespace boost::spirit; 
      object = "{" >> member >> *("," >> member) >> "}"; 
      member = string[print()] >> ":" >> value; 
      string = "\"" >> *~ch_p("\"") >> "\""; 
      value = string | number | object | array | str_p("true")[print()] | "false" | "null"; 
      number = real_p[print()]; 
      array = "[" >> value >> *("," >> value) >> "]"; 
    } 

    const boost::spirit::rule<Scanner> &start() 
    {
    
     
      return object; 
    } 
  }; 
}; 

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    
     
  std::ifstream fs(argv[1]); 
  std::ostringstream ss; 
  ss << fs.rdbuf(); 
  std::string data = ss.str(); 

  json_grammar g; 
  boost::spirit::parse_info<> pi = boost::spirit::parse(data.c_str(), g, boost::spirit::space_p); 
  if (pi.hit) 
  {
    
     
    if (pi.full) 
      std::cout << "parsing all data successfully" << std::endl; 
    else 
      std::cout << "parsing data partially" << std::endl; 
    std::cout << pi.length << " characters parsed" << std::endl; 
  } 
  else 
    std::cout << "parsing failed; stopped at '" << pi.stop << "'" << std::endl; 
}

另外，这个例子还将一个动作关联至 boost::spirit::real_p。大多数分析器会传递一对指向被识别数据起始点和结束点的指针，而 boost::spirit::real_p 则将所找到的数字作为 double 来传递。这样可以使对数字的处理更为方便，因为这些数字不再需要被显式转换。为了传递一个 double 类型的值给这个动作，我们相应地增加了一个重载的 operator()() 操作符给 print。

除了在本章中介绍过的分析器，如 boost::spirit::str_p 或 boost::spirit::real_p 以外，Boost.Spirit 还提供了很多其它的分析器。例如，如果要使用正则表达式，我们有 boost::spirit::regex_p 可用。此外，还有用于验证条件或执行循环的分析器。它们有助于创建动态的词法分析器，根据条件来对数据进行不同的处理。要对 Boost.Spirit 提供的这些工具有一个大概的了解，你应该看一下这个库的文档。

第 13 章容器

13.1. 概述

这一章将会介绍许多我们在 C++ 标准中已经很熟悉的容器的 Boost 版本。在这一章里，我们会对 Boost.Unordered 的用法有一定的了解（这个容器已经在 TR1 里被加入到了 C++ 标准）；我们将会学习如何定义一个 Boost.MultiIndex；我们还会了解何时应该使用 MuitiIndex 的一个特殊的扩展 —— Boost.Bimap。接下来，我们会向你介绍第一个容器 —— Boost.Array，通过使用它，你可以把 C++ 标准里普通的数组以容器的形式实现。

13.2. Boost.Array

库 Boost.Array 在 boost/array.hpp 中定义了一个模板类 boost::array 。通过使用这个类，你可以创建一个跟 C++ 里传统的数组有着相同属性的容器。而且， boost::array 还满足了 C++ 中容器的一切需求，因此，你可以像操作容器一样方便的操作这个 array。基本上，你可以把 boost::array 当成 std::vector 来使用，只不过 boost::array 是定长的。

#include <boost/array.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 
#include <algorithm> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::array<std::string, 3> array; 
  array a; 

  a[0] = "Boris"; 
  a.at(1) = "Anton"; 
  *a.rbegin() = "Caesar"; 

  std::sort(a.begin(), a.end()); 

  for (array::const_iterator it = a.begin(); it != a.end(); ++it) {
    
    
    std::cout << *it << std::endl; 
  }

  std::cout << a.size() << std::endl; 
  std::cout << a.max_size() << std::endl; 
}

就像我们在上面的例子看到的那样， boost::array 简直就是简单的不需要任何多余的解释，因为所有操作都跟 std::vector 是一样的。

在下面的例子里，我们会见识到 Boost.Array 的一个特性。

#include <boost/array.hpp> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::array<std::string, 3> array; 
  array a = {
    
     "Boris", "Anton", "Caesar" }; 
}

一个 boost::array 类型的数组可以使用传统 C++ 数组的初始化方式来初始化。

既然这个容器已经在 TR1 中加入到了 C++ 标准，它同样可以通过 std::array 来访问到。他被定义在头文件 array 中，使用它的前提是你正在使用一个支持 TR1 的 C++ 标准的库。

13.3. Boost.Unordered

Boost.Unordered 在 C++ 标准容器 std::set， std::multiset， std::map 和 std::multimap 的基础上多实现了四个容器： boost::unordered_set， boost::unordered_multiset， boost::unordered_map 和 boost::unordered_multimap。那些名字很相似的容器之间并没有什么不同，甚至还提供了相同的接口。在很多情况下，替换这两种容器 (std 和 boost) 对你的应用不会造成任何影响。

Boost.Unordered 和 C++ 标准里的容器的不同之处在于—— Boost.Unordered 不要求其中的元素是可排序的，因为它不会做出排序操作。在排序操作无足轻重时（或是根本不需要）， Boost.Unordered 就很合适了。

为了能够快速的查找元素，我们需要使用 Hash 值。 Hash 值是一些可以唯一标识容器中元素的数字，它在比较时比起类似 String 的数据类型会更加有效率。为了计算 Hash 值，容器中的所有元素都必须支持对他们自己唯一 ID 的计算。比如 std::set 要求其中的元素都要是可比较的，而 boost::unordered_set 要求其中的元素都要可计算 Hash 值。尽管如此，在对排序没有需求时，你还是应该倾向使用 Boost.Unordered 。

下面的例子展示了 boost::unordered_set 的用法。

#include <boost/unordered_set.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::unordered_set<std::string> unordered_set; 
  unordered_set set; 

  set.insert("Boris"); 
  set.insert("Anton"); 
  set.insert("Caesar"); 

  for (unordered_set::iterator it = set.begin(); it != set.end(); ++it) 
    std::cout << *it << std::endl; 

  std::cout << set.size() << std::endl; 
  std::cout << set.max_size() << std::endl; 

  std::cout << (set.find("David") != set.end()) << std::endl; 
  std::cout << set.count("Boris") << std::endl; 
}

boost::unordered_set 提供了与 std::set 相似的函数。当然，这个例子不需要多大改进就可以用 std::set 来实现。

下面的例子展示了如何用 boost::unordered_map 来存储每一个的 person 的 name 和 age。

#include <boost/unordered_map.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::unordered_map<std::string, int> unordered_map; 
  unordered_map map; 

  map.insert(unordered_map::value_type("Boris", 31)); 
  map.insert(unordered_map::value_type("Anton", 35)); 
  map.insert(unordered_map::value_type("Caesar", 25)); 

  for (unordered_map::iterator it = map.begin(); it != map.end(); ++it) {
    
    
    std::cout << it->first << ", " << it->second << std::endl; 
  }

  std::cout << map.size() << std::endl; 
  std::cout << map.max_size() << std::endl; 

  std::cout << (map.find("David") != map.end()) << std::endl; 
  std::cout << map.count("Boris") << std::endl; 
}

就像我们看到的， boost::unordered_map 和 std::map 之间并没多大区别。同样地，你可以很方便的用 std::map 来重新实现这个例子。

就像上面提到过的， Boost.Unordered 需要其中的元素可计算 Hash 值。一些类似于 std::string 的数据类型“天生”就支持 Hash 值的计算。对于那些自定义的类型，你需要手动的定义 Hash 函数。

#include <boost/unordered_set.hpp> 
#include <string> 

struct person 
{
    
     
  std::string name; 
  int age; 

  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 

  bool operator==(const person &p) const 
  {
    
     
    return name == p.name && age == p.age; 
  } 
}; 

std::size_t hash_value(person const &p) 
{
    
     
  std::size_t seed = 0; 
  boost::hash_combine(seed, p.name); 
  boost::hash_combine(seed, p.age); 
  return seed; 
} 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::unordered_set<person> unordered_set; 
  unordered_set set; 

  set.insert(person("Boris", 31)); 
  set.insert(person("Anton", 35)); 
  set.insert(person("Caesar", 25)); 
}

在代码中， person 类型的元素被存到了 boost::unordered_set 中。因为 boost::unordered_set 中的 Hash 函数不能识别 person 类型， Hash 值就变得无法计算了。若果没有定义另一个 Hash 函数，你的代码将不会通过编译。

Hash 函数的签名必须是： hash_value()。它接受唯一的一个参数来指明需要计算 Hash 值的对象的类型。因为 Hash 值是单纯的数字，所以函数的返回值为： std::size_t。

每当一个对象需要计算它的 Hash 值时， hash_value() 都会自动被调用。 Boost C++ 库已经为一些数据类型定义好了 Hash 函数，比如： std::string。但对于像 person 这样的自定义类型，你就需要自己手工定义了。

hash_value() 的实现往往都很简单：你只需要按顺序对其中的每个属性都调用 Boost 在 boost/functional/hash.hpp 中提供的 boost::hash_combine() 函数就行了。当你使用 Boost.Unordered 时，这个头文件已经自动被包含了。

除了自定义 hash_value() 函数，自定义的类型还需要支持通过 == 运算符的比较操作。因此， person 就重载了相应的 operator==() 操作符。

13.4. Boost.MultiIndex

Boost.MultiIndex 比我们之前介绍的任何库都要复杂。不像 Boost.Array 和 Boost.Unordered 为我们提供了可以直接使用的容器， Boost.MultiIndex 让我们可以自定义新的容器。跟 C++ 标准中的容器不同的是：一个用户自定义的容器可以对其中的数据提供多组访问接口。举例来说，你可以定义一个类似于 std::map 的容器，但它可以通过 value 值来查询。如果不用 Boost.MultiIndex，你就需要自己整合两个 std::map 类型的容器，还要自己处理一些同步操作来确保数据的完整性。

下面这个例子就用 Boost.MultiIndex 定义了一个新容器来存储每个人的 name 和 age，不像 std::map，这个容器可以分别通过 name 和 age 来查询（std::map 只能用一个值）。

#include <boost/multi_index_container.hpp> 
#include <boost/multi_index/hashed_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/member.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

struct person 
{
    
     
  std::string name; 
  int age; 

  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 
}; 

typedef boost::multi_index::multi_index_container< 
  person, 
  boost::multi_index::indexed_by< 
    boost::multi_index::hashed_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, std::string, &person::name 
      > 
    >, 
    boost::multi_index::hashed_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, int, &person::age 
      > 
    > 
  > 
> person_multi; 

int main() 
{
    
     
  person_multi persons; 

  persons.insert(person("Boris", 31)); 
  persons.insert(person("Anton", 35)); 
  persons.insert(person("Caesar", 25)); 

  std::cout << persons.count("Boris") << std::endl; 

  const person_multi::nth_index<1>::type &age_index = persons.get<1>(); 
  std::cout << age_index.count(25) << std::endl; 
}

就像上面提到的， Boost.MultiIndex 并没有提供任何特定的容器而是一些类来方便我们定义新的容器。典型的做法是：你需要用到 typedef 来为你的新容器提供对 Boost.MultiIndex 中类的方便的访问。

每个容器定义都需要的类 boost::multi_index::multi_index_container 被定义在了 boost/multi_index_container.hpp 里。因为他是一个模板类，你需要为它传递两个模板参数。第一个参数是容器中储存的元素类型，在例子中是 person；而第二个参数指明了容器所提供的所有索引类型。

基于 Boost.MultiIndex 的容器最大的优势在于：他对一组同样的数据提供了多组访问接口。访问接口的具体细节都可以在定义容器时被指定。因为例子中的 person 为 age 和 name 都提供了查询功能，我们必须要定义两组接口。

接口的定义必须借由模板类 boost::multi_index::indexed_by 来实现。每一个接口都作为参数传递给它。例子中定义了两个 boost::multi_index::hashed_non_unique 类型的接口，（定义在头文件 boost/multi_index/hashed_index.hpp 中）如果你希望容器像 Boost.Unordered 一样存储一些可以计算 Hash 值的元素，你就可以使用这个接口。

boost::multi_index::hashed_non_unique 是一个模板类，他需要一个可计算 Hash 值的类型作为它的参数。因为接口需要访问 person 中的 name 和 age，所以 name 和 age 都要是可计算 Hash 值的。

Boost.MultiIndex 提供了一个辅助模板类： boost::multi_index::member （定义在 boost/multi_index/member.hpp 中）来访问类中的属性。就像我们在例子中所看到的，我们指定了好几个参数来让 boost::multi_index::member 明白可以访问 person 中的哪些属性以及这些属性的类型。

不得不说 person_multi 的定义第一眼看起来相当复杂，但这个类本身跟 Boost.Unordered 中的 boost::unordered_map 并没有什么不同，他也可以分别通过其中的两个属性 name 和 age 来查询容器。

为了访问 MultiIndex 容器，你必须要定义至少一个接口。如果用 insert() 或者 count() 来直接访问 persons 对象，第一个接口会被隐式的调用 —— 在例子中是 name 属性的 Hash 容器。如果你想用其他接口，你必须要显示的指定它。

接口都是用从0开始的索引值来编号的。想要访问第二个接口，你需要调用 get() 函数并且传入想要访问的接口的索引值。

函数 get() 的返回值看起来也有点复杂：他是一个用来访问 MultiIndex 容器的类 nth_index ，同样的，你也需要指定需要访问的接口的索引值。当然，这个值肯定跟 get() 函数指定的模板参数是一样的。最后一步：用 :: 来得到 nth_index 的 type，也就是接口的真正的type。

虽然我们并不知道细节就用 nth_index 和 type 得到了接口，我们还是需要明白这到底是什么接口。通过传给 get() 和 nth_index 的索引值，我们就可以很容易得知所使用的哪一个接口了。例子中的 age_index 就是一个通过 age 来访问的 Hash 容器。

既然 MultiIndex 容器中的 name 和 key 作为了接口访问的键值，他们都不能再被更改了。比如一个 person 的 age 在通过 name 搜索以后被改变了，使用 age 作为键值的接口却意识不到这种更改，因此，你需要重新计算 Hash 值才行。

就像 std::map 一样， MultiIndex 容器中的值也不允许被修改。严格的说，所有存储在 MultiIndex 中的元素都该是常量。为了避免删除或修改其中元素真正的值， Boost.MultiIndex 提供了一些常用函数来操作其中的元素。使用这些函数来操作 MultiIndex 容器中的值并不会引起那些元素所指向的真正的对象改变，所以更新动作是安全的。而且所有接口都会被通知这种改变，然后去重新计算新的 Hash 值等。

#include <boost/multi_index_container.hpp> 
#include <boost/multi_index/hashed_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/member.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

struct person 
{
    
     
  std::string name; 
  int age; 

  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 
}; 

typedef boost::multi_index::multi_index_container< 
  person, 
  boost::multi_index::indexed_by< 
    boost::multi_index::hashed_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, std::string, &person::name 
      > 
    >, 
    boost::multi_index::hashed_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, int, &person::age 
      > 
    > 
  > 
> person_multi; 

void set_age(person &p) 
{
    
     
  p.age = 32; 
} 

int main() 
{
    
     
  person_multi persons; 

  persons.insert(person("Boris", 31)); 
  persons.insert(person("Anton", 35)); 
  persons.insert(person("Caesar", 25)); 

  person_multi::iterator it = persons.find("Boris"); 
  persons.modify(it, set_age); 

  const person_multi::nth_index<1>::type &age_index = persons.get<1>(); 
  std::cout << age_index.count(32) << std::endl; 
}

每个 Boost.MultiIndex 中的接口都支持 modify() 函数来提供直接对容器本身的操作。它的第一个参数是一个需要更改对象的迭代器；第二参数则是一个对该对象进行操作的函数。在例子中，对应的两个参数则是： person 和 set_age() 。

至此，我们都还只介绍了一个接口： boost::multi_index::hashed_non_unique ，他会计算其中元素的 Hash 值，但并不要求是唯一的。为了确保容器中存储的值是唯一的，你可以使用 boost::multi_index::hashed_unique 接口。请注意：所有要被存入容器中的值都必须满足它的接口的限定。只要一个接口限定了容器中的值必须是唯一的，那其他接口都不会对该限定造成影响。

#include <boost/multi_index_container.hpp> 
#include <boost/multi_index/hashed_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/member.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

struct person 
{
    
     
  std::string name; 
  int age; 

  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 
}; 

typedef boost::multi_index::multi_index_container< 
  person, 
  boost::multi_index::indexed_by< 
    boost::multi_index::hashed_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, std::string, &person::name 
      > 
    >, 
    boost::multi_index::hashed_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, int, &person::age 
      > 
    > 
  > 
> person_multi; 

int main() 
{
    
     
  person_multi persons; 

  persons.insert(person("Boris", 31)); 
  persons.insert(person("Anton", 31)); 
  persons.insert(person("Caesar", 25)); 

  const person_multi::nth_index<1>::type &age_index = persons.get<1>(); 
  std::cout << age_index.count(31) << std::endl; 
}

上例中的容器现在使用了 boost::multi_index::hashed_unique 来作为他的第二个接口，因此他不允许其中有两个同 age 的 person 存在。

上面的代码尝试存储一个与 Boris 同 age 的 Anton，因为这个动作违反了容器第二个接口的限定，它（Anton）将不会被存入到容器中。因此，程序将会输出： 1 而不是2。

接下来的例子向我们展示了 Boost.MultiIndex 中剩下的三个接口： boost::multi_index::sequenced， boost::multi_index::ordered_non_unique 和 boost::multi_index::random_access。

#include <boost/multi_index_container.hpp> 
#include <boost/multi_index/sequenced_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/ordered_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/random_access_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/member.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

struct person 
{
    
     
  std::string name; 
  int age; 

  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 
}; 

typedef boost::multi_index::multi_index_container< 
  person, 
  boost::multi_index::indexed_by< 
    boost::multi_index::sequenced<>, 
    boost::multi_index::ordered_non_unique< 
      boost::multi_index::member< 
        person, int, &person::age 
      > 
    >, 
    boost::multi_index::random_access<> 
  > 
> person_multi; 

int main() 
{
    
     
  person_multi persons; 

  persons.push_back(person("Boris", 31)); 
  persons.push_back(person("Anton", 31)); 
  persons.push_back(person("Caesar", 25)); 

  const person_multi::nth_index<1>::type &ordered_index = persons.get<1>(); 
  person_multi::nth_index<1>::type::iterator lower = ordered_index.lower_bound(30); 
  person_multi::nth_index<1>::type::iterator upper = ordered_index.upper_bound(40); 
  for (; lower != upper; ++lower) 
    std::cout << lower->name << std::endl; 

  const person_multi::nth_index<2>::type &random_access_index = persons.get<2>(); 
  std::cout << random_access_index[2].name << std::endl; 
}

boost::multi_index::sequenced 接口让我们可以像使用 std::list 一样的使用 MultiIndex。这个接口定义起来十分容易：你不用为它传递任何模板参数。 person 类型的对象在容器中就是像 list 一样按照加入的顺序来排列的。

而通过使用 boost::multi_index::ordered_non_unique 接口，容器中的对象会自动的排序。你在定义容器时就必须指定接口的排序规则。示例中的对象 person 就是以 age 来排序的，它借助了辅助类 boost::multi_index::member 来实现这一功能。

boost::multi_index::ordered_non_unique 为我们提供了一些特别的函数来查找特定范围的数据。通过使用 lower_bound() 和 upper_bound()，示例实现了对所有 30 岁至 40 岁的 person 的查询。要注意因为容器中的数据是有序的，所以才提供了这些函数，其他接口中并不提供这些函数。

最后一个接口是： boost::multi_index::random_access，他让我们可以像使用 std::vector 一样使用 MultiIndex 容器。你又可以使用你熟悉的 operator 和 at() 操作了。

请注意 boost::multi_index::random_access 已经被完整的包含在了 boost::multi_index::sequenced 接口中。所以当你使用 boost::multi_index::random_access 的时候，你也可以使用 boost::multi_index::sequenced 接口中的所有函数。

在介绍完 Boost.MultiIndex 剩下的4个接口后，本章剩下的部分将向你介绍所谓的“键值提取器”（key extractors）。目前为止，我们已经见过一个在 boost/multi_index/member.hpp 定义的键值提取器了—— boost::multi_index::member 。这个辅助函数的得名源自它可以显示的声明类中的哪些属性会作为接口中的键值使用。

接下来的例子介绍了另外两个键值提取器。

#include <boost/multi_index_container.hpp> 
#include <boost/multi_index/ordered_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/hashed_index.hpp> 
#include <boost/multi_index/identity.hpp> 
#include <boost/multi_index/mem_fun.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

class person 
{
    
     
public: 
  person(const std::string &n, int a) 
    : name(n), age(a) 
  {
    
     
  } 

  bool operator<(const person &p) const 
  {
    
     
    return age < p.age; 
  } 

  std::string get_name() const 
  {
    
     
    return name; 
  } 

private: 
  std::string name; 
  int age; 
}; 

typedef boost::multi_index::multi_index_container< 
  person, 
  boost::multi_index::indexed_by< 
    boost::multi_index::ordered_unique< 
      boost::multi_index::identity<person> 
    >, 
    boost::multi_index::hashed_unique< 
      boost::multi_index::const_mem_fun< 
        person, std::string, &person::get_name 
      > 
    > 
  > 
> person_multi; 

int main() 
{
    
     
  person_multi persons; 

  persons.insert(person("Boris", 31)); 
  persons.insert(person("Anton", 31)); 
  persons.insert(person("Caesar", 25)); 

  std::cout << persons.begin()->get_name() << std::endl; 

  const person_multi::nth_index<1>::type &hashed_index = persons.get<1>(); 
  std::cout << hashed_index.count("Boris") << std::endl; 
}

键值提取器boost::multi_index::identity（定义在 boost/multi_index/identity.hpp 中）可以使用容器中的数据类型作为键值。示例中，就需要 person 类是可排序的，因为它已经作为了接口 boost::multi_index::ordered_unique 的键值。在示例里，它是通过重载 operator<() 操作符来实现的。

头文件 boost/multi_index/mem_fun.hpp 定义了两个可以把函数返回值作为键值的键值提取器： boost::multi_index::const_mem_fun 和 boost::multi_index::mem_fun 。在示例程序中，就是用到了 get_name() 的返回值作为键值。显而易见的， boost::multi_index::const_mem_fun 适用于返回常量的函数，而 boost::multi_index::mem_fun 适用于返回非常量的函数。

Boost.MultiIndex 还提供了两个键值提取器： boost::multi_index::global_fun 和 boost::multi_index::composite_key。前一个适用于独立的函数或者静态函数，后一个允许你将几个键值提取器组合成一个新的的键值提取器。

13.5. Boost.Bimap

Boost.Bimap 库提供了一个建立在 Boost.MultiIndex 之上但不需要预先定义就可以使用的容器。这个容器十分类似于 std::map，但他不仅可以通过 key 搜索，还可以用 value 来搜索。

#include <boost/bimap.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::bimap<std::string, int> bimap; 
  bimap persons; 

  persons.insert(bimap::value_type("Boris", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Anton", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Caesar", 25)); 

  std::cout << persons.left.count("Boris") << std::endl; 
  std::cout << persons.right.count(31) << std::endl; 
}

在 boost/bimap.hpp 中定义的 boost::bimap 为我们提供了两个属性： left 和 right 来访问在 boost::bimap 统一的两个 std::map 类型的容器。在例子中， left 用 std::string 类型的 key 来访问容器，而 right 用到了 int 类型的 key。

除了支持用 left 和 right 对容器中的记录进行单独的访问， boost::bimap 还允许像下面的例子一样展示记录间的关联关系。

#include <boost/bimap.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::bimap<std::string, int> bimap; 
  bimap persons; 

  persons.insert(bimap::value_type("Boris", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Anton", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Caesar", 25)); 

  for (bimap::iterator it = persons.begin(); it != persons.end(); ++it) 
    std::cout << it->left << " is " << it->right << " years old." << std::endl; 
}

对一个记录访问时， left 和 right 并不是必须的。你也可以使用迭代器来访问每个记录中的 left 和 right 容器。

std::map 和 std::multimap 组合让你觉得似乎可以存储多个具有相同 key 值的记录，但 boost::bimap 并没有这样做。但这并不代表在 boost::bimap 存储两个具有相同 key 值的记录是不可能的。严格来说，那两个模板参数并不会对 left 和 right 的容器类型做出具体的规定。如果像例子中那样并没有指定容器类型时， boost::bimaps::set_of 类型会缺省的使用。跟 std::map 一样，它要求记录有唯一的 key 值。

第一个 boost::bimap 例子也可以像下面这样写。

#include <boost/bimap.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::bimap<boost::bimaps::set_of<std::string>, boost::bimaps::set_of<int>> bimap; 
  bimap persons; 

  persons.insert(bimap::value_type("Boris", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Anton", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Caesar", 25)); 

  std::cout << persons.left.count("Boris") << std::endl; 
  std::cout << persons.right.count(31) << std::endl; 
}

除了 boost::bimaps::set_of，你还可以用一些其他的容器类型来定制你的 boost::bimap。

#include <boost/bimap.hpp> 
#include <boost/bimap/multiset_of.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::bimap<boost::bimaps::set_of<std::string>, boost::bimaps::multiset_of<int>> bimap; 
  bimap persons; 

  persons.insert(bimap::value_type("Boris", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Anton", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Caesar", 25)); 

  std::cout << persons.left.count("Boris") << std::endl; 
  std::cout << persons.right.count(31) << std::endl; 
}

代码中的容器使用了定义在 boost/bimap/multiset_of.hpp 中的 boost::bimaps::multiset_of。这个容器的操作和 boost::bimaps::set_of 差不了多少，只是它不再要求 key 值是唯一的。因此，上面的例子将会在计算 age 为 31 的 person 数时输出： 2。

既然 boost::bimaps::set_of 会在定义 boost::bimap 被缺省的使用，你没必要再显示的包含头文件： boost/bimap/set_of.hpp。但在使用其它类型的容器时，你就必须要显示的包含一些相应的头文件了。

Boost.Bimap 还提供了类： boost::bimaps::unordered_set_of， boost::bimaps::unordered_multiset_of， boost::bimaps::list_of，boost::bimaps::vector_of 和 boost::bimaps::unconstrainted_set_of 以供使用。除了 boost::bimaps::unconstrainted_set_of，剩下的所有容器类型的使用方法都和他们在 C++ 标准里的版本一样。

#include <boost/bimap.hpp> 
#include <boost/bimap/unconstrained_set_of.hpp> 
#include <boost/bimap/support/lambda.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::bimap<std::string, boost::bimaps::unconstrained_set_of<int>> bimap; 
  bimap persons; 

  persons.insert(bimap::value_type("Boris", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Anton", 31)); 
  persons.insert(bimap::value_type("Caesar", 25)); 

  bimap::left_map::iterator it = persons.left.find("Boris"); 
  persons.left.modify_key(it, boost::bimaps::_key = "Doris"); 

  std::cout << it->first << std::endl; 
}

boost::bimaps::unconstrainted_set_of 可以使 boost::bimap 的 right （也就是 age）值无法用来查找 person。在这种特定的情况下， boost::bimap 可以被视为是一个 std::map 类型的容器。

虽然如此，例子还是向我们展示了 boost::bimap 对于 std::map 的优越性。因为 Boost.Bimap 是基于 Boost.MultiIndex 的，你当然可以使用 Boost.MultiIndex 提供的所有函数。例子中就用 modify_key() 修改了 key 值，这在 std::map 中是不可能的。

请注意修改 key 值的以下细节： key 通过 boost::bimaps::_key 函数赋予了新值，而 boost::bimaps::_key 是一个定义在 boost/bimap/support/lambda.hpp 中的 lambda 函数。有关 lambda 函数，详见：第 3 章函数对象。

boost/bimap/support/lambda.hpp 还定义了 boost::bimaps::_data。函数 modify_data() 可以用来修改 boost::bimap 中的 value 值。

第 14 章数据结构

14.1. 概述

在 Boost C++ 库中，把一些类型定义为container显得不太合适，所以就并没有放在第 13 章容器里。而把他们放在本章就比较合适了。举例来说， boost::tuple 就扩展了 C++ 的数据类型 std::pair 用以储存多个而不只是两个值。

除了 boost::tuple，这一章还涵盖了类 boost::any 和 boost::variant 以储存那些不确定类型的值。其中 boost::any 类型的变量使用起来就像弱类型语言中的变量一样灵活。另一方面， boost::variant 类型的变量可以储存一些预定义的数据类型，就像我们用 union 时候一样。

14.2. 元组

Boost.Tuple 库提供了一个更一般的版本的 std::pair —— boost::tuple 。不过 std::pair 只能储存两个值而已, boost::tuple 则给了我们更多的选择。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string, std::string> person; 
  person p("Boris", "Schaeling"); 
  std::cout << p << std::endl; 
}

为了使用 boost::tuple，你必须要包含头文件： boost/tuple/tuple.hpp 。若想要让元组和流一起使用，你还需要包含头文件： boost/tuple/tuple_io.hpp 才行。

其实， boost::tuple 的用法基本上和 std::pair 一样。就像我们在上面的例子里看到的那样，两个值类型的 std::string 通过两个相应的模板参数存储在了元组里。

当然 person 类型也可以用 std::pair 来实现。所有 boost::tuple 类型的对象都可以被写入流里。再次强调，为了使用流操作和各种流操作运算符，你必须要包含头文件： boost/tuple/tuple_io.hpp 。显然，我们的例子会输出： (Boris Schaeling) 。

boost::tuple 和 std::pair 之间最重要的一点不同点：元组可以存储无限多个值！

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p("Boris", "Schaeling", 43); 
  std::cout << p << std::endl; 
}

我们修改了实例，现在的元组里不仅储存了一个人的firstname和lastname，还加上了他的鞋子的尺码。现在，我们的例子将会输出： (Boris Schaeling 43) 。

就像 std::pair 有辅助函数 std::make_pair() 一样，一个元组也可以用它的辅助函数 boost::make_tuple() 来创建。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  std::cout << boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43) << std::endl; 
}

就像下面的例子所演示的那样，一个元组也可以存储引用类型的值。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  std::string s = "Boris"; 
  std::cout << boost::make_tuple(boost::ref(s), "Schaeling", 43) << std::endl; 
}

因为 “Schaeling” 和 43 是按值传递的，所以就直接存储在了元组中。与他们不同的是： person 的第一个元素是一个指向 s 的引用。 Boost.Ref 中的 boost::ref() 就是用来创建这样的引用的。相对的，要创建一个常量的引用的时候，你需要使用 boost::cref() 。

在学习了创建元组的方法之后，让我们来了解一下访问元组中元素的方式。 std::pair 只包含两个元素，故可以使用属性 first 和 second 来访问其中的元素。但元组可以包含无限多个元素，显然，我们需要用另一种方式来解决访问的问题。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  std::cout << p.get<0>() << std::endl; 
  std::cout << boost::get<0>(p) << std::endl; 
}

我们可以用两种方式来访问元组中的元素：使用成员函数 get() ，或者将元组传给一个独立的函数 boost::get() 。使用这两种方式时，元素的索引值都是通过模板参数来指定的。例子中就分别使用了这两种方式来访问 p 中的第一个元素。因此， Boris 会被输出两次。

另外，对于索引值合法性的检查会在编译期执行，故访问非法的索引值会引起编译期错误而不是运行时的错误。

对于元组中元素的修改，你同样可以使用 get() 和 boost::get() 函数。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  p.get<1>() = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

get() 和 boost::get() 都会返回一个引用值。例子中修改了 lastname 之后将会输出： (Boris Becker 43) 。

Boost.Tuple 除了重载了流操作运算符以外，还为我们提供了比较运算符。为了使用它们，你必须要包含相应的头文件： boost/tuple/tuple_comparison.hpp 。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_comparison.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p1 = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  person p2 = boost::make_tuple("Boris", "Becker", 43); 
  std::cout << (p1 != p2) << std::endl; 
}

上面的例子将会输出 1 因为两个元组 p1 和 p2 是不同的。

同时，头文件 boost/tuple/tuple_comparison.hpp 还定义了一些其他的比较操作，比如用来做字典序比较的大于操作等。

Boost.Tuple 还提供了一种叫做 Tier 的特殊元组。 Tier 的特殊之处在于它包含的所有元素都是引用类型的。它可以通过构造函数 boost::tie() 来创建。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string&, std::string&, int&> person; 

  std::string firstname = "Boris"; 
  std::string surname = "Schaeling"; 
  int shoesize = 43; 
  person p = boost::tie(firstname, surname, shoesize); 
  surname = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

上面的例子创建了一个 tier p，他包含了三个分别指向 firstname， surname 和 shoesize 的引用值。在修改变量 surname 的同时， tier 也会跟着改变。

就像下面的例子展示的那样，你当然可以用 boost::make_tuple() 和 boost::ref() 来代替构造函数 boost::tie() 。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  typedef boost::tuple<std::string&, std::string&, int&> person; 

  std::string firstname = "Boris"; 
  std::string surname = "Schaeling"; 
  int shoesize = 43; 
  person p = boost::make_tuple(boost::ref(firstname), boost::ref(surname), boost::ref(shoesize)); 
  surname = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

boost::tie() 在一定程度上简化了语法，同时，也可以用作“拆箱”元组。在接下来的这个例子里，元组中的各个元素就被很方便的“拆箱”并直接赋给了其他变量。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

boost::tuple<std::string, int> func() 
{
    
     
  return boost::make_tuple("Error message", 2009); 
}

int main() 
{
    
     
  std::string errmsg; 
  int errcode; 

  boost::tie(errmsg, errcode) = func(); 
  std::cout << errmsg << ": " << errcode << std::endl; 
}

通过使用 boost::tie() ，元组中的元素：字符串“Error massage”和错误代码“2009”就很方便地经 func() 的返回值直接赋给了 errmsg 和 errcode 。

14.3. Boost.Any

像 C++ 这样的强类型语言要求给每个变量一个确定的类型。而以 JavaScript 为代表的弱类型语言却不这样做，弱类型的每个变量都可以存储数组、布尔值、或者是字符串。

库 Boost.Any 给我们提供了 boost::any 类，让我们可以在 C++ 中像 JavaScript 一样的使用弱类型的变量。

#include <boost/any.hpp> 

int main() 
{
    
     
  boost::any a = 1; 
  a = 3.14; 
  a = true; 
}

为了使用 boost::any，你必须要包含头文件： boost/any.hpp。接下来，你就可以定义和使用 boost::any 的对象了。

需要注明的是： boost::any 并不能真的存储任意类型的值； Boost.Any 需要一些特定的前提条件才能工作。任何想要存储在 boost::any 中的值，都必须是可拷贝构造的。因此，想要在 boost::any 存储一个字符串类型的值，就必须要用到 std::string ，就像在下面那个例子中做的一样。

#include <boost/any.hpp> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  boost::any a = 1; 
  a = 3.14; 
  a = true; 
  a = std::string("Hello, world!"); 
}

如果你企图把字符串 “Hello, world!” 直接赋给 a ，你的编译器就会报错，因为由基类型 char 构成的字符串在 C++ 中并不是可拷贝构造的。

想要访问 boost::any 中具体的内容，你必须要使用转型操作： boost::any_cast 。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::any a = 1; 
  std::cout << boost::any_cast<int>(a) << std::endl; 
  a = 3.14; 
  std::cout << boost::any_cast<double>(a) << std::endl; 
  a = true; 
  std::cout << boost::any_cast<bool>(a) << std::endl; 
}

通过由模板参数传入 boost::any_cast 的值，变量会被转化成相应的类型。一旦你指定了一种非法的类型，该操作会抛出 boost::bad_any_cast 类型的异常。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    boost::any a = 1; 
    std::cout << boost::any_cast<float>(a) << std::endl; 
  } 
  catch (boost::bad_any_cast &e) 
  {
    
     
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
}

上面的例子就抛出了一个异常，因为 float 并不能匹配原本存储在 a 中的 int 类型。记住，在任何情况下都保证 boost::any 中的类型匹配是很重要的。在没有通过模板参数指定 short 或 long 类型时，同样会有异常抛出。

既然 boost::bad_any_cast 继承自 std::bad_cast， catch 当然也可以捕获相应类型的异常。

想要检查 boost::any 是否为空，你可以使用 empty() 函数。想要确定其中具体的类型信息，你可以使用 type() 函数。

#include <boost/any.hpp> 
#include <typeinfo> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::any a = 1; 
  if (!a.empty()) 
  {
    
     
    const std::type_info &ti = a.type(); 
    std::cout << ti.name() << std::endl; 
  } 
}

上面的例子同时用到了 empty() 和 type() 函数。 empty() 将会返回一个布尔值，而 type() 则会返回一个在 typeinfo 中定义的 std::type_info 值。

作为对这一节的总结，最后一个例子会向你展示怎样用 boost::any_cast 来定义一个指向 boost::any 中内容的指针。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::any a = 1; 
  int *i = boost::any_cast<int>(&a); 
  std::cout << *i << std::endl; 
}

你需要做的就是传递一个 boost::any 类型的指针，作为 boost::any_cast 的参数；模板参数却没有任何改动。

14.4. Boost.Variant

Boost.Variant 和 Boost.Any 之间的不同点在于 Boost.Any 可以被视为任意的类型，而 Boost.Variant 只能被视为固定数量的类型。让我们来看下面这个例子。

#include <boost/variant.hpp> 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char> v; 
  v = 3.14; 
  v = 'A'; 
}

Boost.Variant 为我们提供了一个定义在 boost/variant.hpp 中的类： boost::variant 。既然 boost::variant 是一个模板，你必须要指定至少一个参数。 Variant 所存储的数据类型就由这些参数来指定。上面的例子就给 v 指定了 double 类型和 char 类型。注意，一旦你将一个 int 值赋给了 v，你的代码将不会编译通过。

当然，上面的例子也可以用一个 union 类型来实现，但是与 union 不同的是： boost::variant 可以储存像 std::string 这样的 class 类型的数据。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  v = 'A'; 
  v = "Hello, world!"; 
}

要访问 v 中的数据，你可以使用独立的 boost::get() 函数。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  std::cout << boost::get<double>(v) << std::endl; 
  v = 'A'; 
  std::cout << boost::get<char>(v) << std::endl; 
  v = "Hello, world!"; 
  std::cout << boost::get<std::string>(v) << std::endl; 
}

boost::get() 需要传入一个模板参数来指明你需要返回的数据类型。若是指定了一个非法的类型，你会遇到一个运行时而不是编译期的错误。

所有 boost::variant 类型的值都可以被直接写入标准输入流这样的流中，这可以在一定程度上让你避开运行时错误的风险。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  std::cout << v << std::endl; 
  v = 'A'; 
  std::cout << v << std::endl; 
  v = "Hello, world!"; 
  std::cout << v << std::endl; 
}

想要分别处理各种不同类型的数据， Boost.Variant 为我们提供了一个名为 boost::apply_visitor() 的函数。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <boost/any.hpp> 
#include <vector> 
#include <string> 
#include <iostream> 

std::vector<boost::any> vector; 

struct output : 
  public boost::static_visitor<> 
{
    
     
  void operator()(double &d) const 
  {
    
     
    vector.push_back(d); 
  } 

  void operator()(char &c) const 
  {
    
     
    vector.push_back(c); 
  } 

  void operator()(std::string &s) const 
  {
    
     
    vector.push_back(s); 
  } 
}; 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = 'A'; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = "Hello, world!"; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
}

boost::apply_visitor() 第一个参数需要传入一个继承自 boost::static_visitor 类型的对象。这个类必须要重载 operator()() 运算符来处理 boost::variant 每个可能的类型。相应的，例子中的 v 就重载了三次 operator() 来处理三种可能的类型： double， char 和 std::string。

再仔细看代码，不难发现 boost::static_visitor 是一个模板。那么，当 operator()() 有返回值的时候，就必须返回一个模板才行。如果 operator() 像例子那样没有返回值时，你就不需要模板了。

boost::apply_visitor() 的第二个参数是一个 boost::variant 类型的值。

在使用时， boost::apply_visitor() 会自动调用跟第二个参数匹配的 operator()() 。示例程序中的 boost::apply_visitor() 就自动调用了三个不同的 operator 第一个是 double 类型的，第二个是 char 最后一个是 std::string。

boost::apply_visitor() 的优点不只是“自动调用匹配的函数”这一点。更有用的是， boost::apply_visitor() 会确认是否 boost::variant 中的每个可能值都定义了相应的函数。如果你忘记重载了任何一个函数，代码都不会编译通过。

当然，如果对每种类型的操作都是一样的，你也可以像下面的示例一样使用一个模板来简化你的代码。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <boost/any.hpp> 
#include <vector> 
#include <string> 
#include <iostream> 

std::vector<boost::any> vector; 

struct output : 
  public boost::static_visitor<> 
{
    
     
  template <typename T> 
  void operator()(T &t) const 
  {
    
     
    vector.push_back(t); 
  } 
}; 

int main() 
{
    
     
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = 'A'; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = "Hello, world!"; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
}

既然 boost::apply_visitor() 可以在编译期确定代码的正确性，你就该更多的使用它而不是 boost::get()。

第 15 章错误处理

15.1. 概述

在执行时会有潜在失败可能的每个函数都需要一种合适的方式和它的调用者进行交互。在C++中，这一步是通过返回值或抛出一个异常来完成的。作为常识，返回值经常用在处理非错误的异常中。调用者通过返回值作出相应的反馈。

异常被通常用来标示出未预期的异常情况。一个很好的例子是在错误的使用 new 时将抛出的一个动态内存分配异常类型 std::bad_alloc 。由于内存的分配通常不会出现任何问题，如果总是检查返回值将会变得异常累赘。

本章介绍了两种可以帮助开发者利用错误处理的Boost C++库：其中 Boost.System 可以由特定操作系统平台的错误代码转换出跨平台的错误代码。借助于 Boost.System，函数基于某个特定操作系统的返回值类型可以被转换成为跨平台的类型。另外，Boost.Exception 允许给任何异常添加额外的信息，以便利用 catch 相应的处理程序更好的对异常作出反应。

15.2. Boost.System

Boost.System 是一个定义了四个类的小型库，用以识别错误。 boost::system::error_code 是一个最基本的类，用于代表某个特定操作系统的异常。由于操作系统通常枚举异常，boost::system::error_code 中以变量的形式保存错误代码 int。下面的例子说明了如何通过访问 Boost.Asio 类来使用这个类。

#include <boost/system/error_code.hpp> 
#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  boost::system::error_code ec; 
  std::string hostname = boost::asio::ip::host_name(ec); 
  std::cout << ec.value() << std::endl; 
}

Boost.Asio 提供了独立的函数 boost::asio::ip::host_name() 可以返回正在执行的应用程序名。

boost::system::error_code 类型的一个对象可以作为单独的参数传递给 boost::asio::ip::host_name()。如果当前的操作系统函数失败，这个参数包含相关的错误代码。也可以通过调用 boost::asio::ip::host_name() 而不使用任何参数，以防止错误代码是非相关的。

事实上在Boost 1.36.0中 boost::asio::ip::host_name() 是有问题的，然而它可以当作一个很好的例子。即使当前操作系统函数成功返回了计算机名，这个函数它也可能返回一个错误代码。由于在Boost 1.37.0中解决了这个问题，现在可以放心使用 boost::asio::ip::host_name() 了。

由于错误代码仅仅是一个数值，因此可以借助于 value() 方法得到它。由于错误代码0通常意味着没有错误，其他的值的意义则依赖于操作系统并且需要查看相关手册。

如果使用Boost 1.36.0，并且用Visual Studio 2008在Windows XP环境下编译以上应用程序将不断产生错误代码14（没有足够的存储空间以完成操作）。即使函数 boost::asio::ip::host_name() 成功决定了计算机名，也会报出错误代码14。事实上这是因为函数 boost::asio::ip::host_name() 的实现有问题。

除了 value() 方法之外, 类 boost::system::error_code 提供了方法 category()。这个方法可返回一个在 Boost.System 中定义的二级对象: boost::system::category。

错误代码是简单的数值。操作系统开发商，例如微软，可以保证系统错误代码的特异性。对于任何开发商来说，在所有现有应用程序中保持错误代码的独一无二是几乎不可能的。他需要一个包含有所有软件开发者的错误代码中心数据库，以防止在不同的方案下重复使用相同的代码。当然这是不实际的。这是错误分类表存在的缘由。

类型 boost::system::error_code 的错误代码总是属于可以使用 category() 方法获取的分类。通过预定义的对象 boost::system::system_category 来表示操作系统的错误。

通过调用 category() 方法，可以返回预定义变量 boost::system::system_category 的一个引用。它允许获取关于分类的特定信息。例如在使用的是 system 分类的情况下，通过使用 name() 方法将得到它的名字 system。

#include <boost/system/error_code.hpp> 
#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  boost::system::error_code ec; 
  std::string hostname = boost::asio::ip::host_name(ec); 
  std::cout << ec.value() << std::endl; 
  std::cout << ec.category().name() << std::endl; 
}

通过错误代码和错误分类识别出的错误是独一无二的。由于仅仅在错误分类中的错误代码是必须唯一的，程序员应当在希望定义某个特定应用程序的错误代码时创建一个新的分类。这使得任何错误代码都不会影响到其他开发者的错误代码。

#include <boost/system/error_code.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

class application_category : 
  public boost::system::error_category 
{
    
     
public: 
  const char *name() const {
    
     return "application"; } 
  std::string message(int ev) const {
    
     return "error message"; } 
}; 

application_category cat; 

int main() 
{
    
     
  boost::system::error_code ec(14, cat); 
  std::cout << ec.value() << std::endl; 
  std::cout << ec.category().name() << std::endl; 
}

通过创建一个派生于 boost::system::error_category 的类以及实现作为新分类的所必须的接口的不同方法可以定义一个新的错误分类。由于方法 name() 和 message() 在类 boost::system::error_category 中被定义为纯虚拟函数，所以它们是必须提供的。至于额外的方法，在必要的条件下，可以重载相对应的默认行为。

当方法 name() 返回错误分类名时，可以使用方法 message() 来获取针对某个错误代码的描述。不像之前的那个例子，参数 ev 往往被用于返回基于错误代码的描述。

新创建的错误分类的对象可以被用来初始化相应的错误代码。本例中定义了一个用于新分类 application_category 的错误代码 ec 。然而错误代码14不再是系统错误；他的意义被开发者指定为新的错误分类。

boost::system::error_code 包含了一个叫作 default_error_condition() 的方法，它可以返回 boost::system::error_condition类型的对象。 boost::system::error_condition 的接口几乎与 boost::system::error_code 相同。唯一的差别是只有类 boost::system::error_code 提供了方法 default_error_condition() 。

#include <boost/system/error_code.hpp> 
#include <boost/asio.hpp> 
#include <iostream> 
#include <string> 

int main() 
{
    
     
  boost::system::error_code ec; 
  std::string hostname = boost::asio::ip::host_name(ec); 
  boost::system::error_condition ecnd = ec.default_error_condition(); 
  std::cout << ecnd.value() << std::endl; 
  std::cout << ecnd.category().name() << std::endl; 
}

boost::system::error_condition 的使用方法与 boost::system::error_code 类似。对象boost::system::error_condition 的 value() 和 category() 方法都可以像上面的例子中那样调用。

有或多或少两个相同的类的原因很简单：当类 boost::system::error_code 被当作当前平台的错误代码时，类 boost::system::error_condition 可以被用作获取跨平台的错误代码。通过调用 default_error_condition() 方法，可以把依赖于某个平台的的错误代码转换成 boost::system::error_condition 类型的跨平台的错误代码。

如果执行以上应用程序，它将显示数字12以及错误分类 GENERIC。依赖于平台的错误代码14被转换成了跨平台的错误代码12。借助于 boost::system::error_condition ，可以总是使用相同的数字表示错误，无视当前操作系统。当Windows报出错误14时，其他操作系统可能会对相同的错误报出错误代码25。使用 boost::system::error_condition ，总是对这个错误报出错误代码12。

最后 Boost.System 提供了类 boost::system::system_error ，它派生于 std::runtime_error。它可被用来传送发生在异常里类型为 boost::system::error_code 的错误代码。

#include <boost/asio.hpp> 
#include <boost/system/system_error.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    std::cout << boost::asio::ip::host_name() << std::endl; 
  } 
  catch (boost::system::system_error &e) 
  {
    
     
    boost::system::error_code ec = e.code(); 
    std::cerr << ec.value() << std::endl; 
    std::cerr << ec.category().name() << std::endl; 
  } 
}

独立的函数 boost::asio::ip::host_name() 是以两种方式提供的：一种是需要类型为 boost::system::error_code 的参数，另一种不需要参数。第二个版本将在错误发生时抛出 boost::system::system_error 类型的异常。异常传出类型为 boost::system::error_code 的相应错误代码

15.3. Boost.Exception

Boost.Exception 库提供了一个新的异常类 boost::exception 允许给一个抛出的异常添加信息。它被定义在文件 boost/exception/exception.hpp 中。由于 Boost.Exception 中的类和函数分布在不同的头文件中，下面的例子中将使用 boost/exception/all.hpp 以避免一个一个添加头文件。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 

typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 

class allocation_failed : 
  public boost::exception, 
  public std::exception 
{
    
     
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  {
    
     
  } 

  virtual const char *what() const throw() 
  {
    
     
    return what_.c_str(); 
  } 

private: 
  std::string what_; 
}; 

boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{
    
     
  if (size > 1000) 
    throw allocation_failed(size); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 

void save_configuration_data() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    std::cerr << boost::diagnostic_information(e); 
  } 
}

这个例子在 main() 中调用了一个函数 save_configuration_data() ，它调回了 allocate() 。 allocate() 函数动态分配内存，而它检查是否超过某个限度。这个限度在本例中被设定为1,000个字节。

如果 allocate() 被调用的值大于1,000，将会抛出 save_configuration_data() 函数里的相应异常。正如注释中所标识的那样，这个函数把配置数据被存储在动态分配的内存中。

事实上，这个例子的目的是通过抛出异常以示范 Boost.Exception。这个通过 allocate() 抛出的异常是 allocation_failed 类型的，而且它同时继承了 boost::exception 和 std::exception。

当然，也不是一定要派生于 std::exception 异常的。为了把它嵌入到现有的框架中，异常 allocation_failed 可以派生于其他类的层次结构。当通过C++标准来定义以上例子的类层次结构的时候，单独从 boost::exception 中派生出 allocation_failed 就足够了。

当抛出 allocation_failed 类型的异常的时候，分配内存的大小是存储在异常中的，以缓解相应应用程序的调试。如果想通过 allocate() 分配获取更多的内存空间，那么可以很容易发现导致异常的根本原因。

如果仅仅通过一个函数(例子中的函数 save_configuration_data())来调用 allocate() ，这个信息足以找到问题的所在。然而，在有许多函数调用 allocate() 以动态分配内存的更加复杂的应用程序中，这个信息不足以高效的调试应用程序。在这些情况下，它最好能有助于找到哪个函数试图分配 allocate() 所能提供空间之外的内存。向异常中添加更多的信息，在这些情况下，将非常有助于进程的调试。

有挑战性的是，函数 allocate() 中并没有调用者名等信息，以把它加入到相关的异常中。

Boost.Exception 提供了如下的解决方案：对于任何一个可以添加到异常中的信息，可以通过定义一个派生于 boost::error_info 的数据类型，来随时向这个异常添加信息。

boost::error_info 是一个需要两个参数的模板，第一个参数叫做标签(tag)，特定用来识别新建的数据类型。通常是一个有特定名字的结构体。第二个参数是与存储于异常中的数据类型信息相关的。

这个应用程序定义了一个新的数据类型 errmsg_info，可以通过 tag_errmsg 结构来特异性的识别，它存储着一个 std::string 类型的字符串。

在 save_configuration_data() 的 catch 句柄中，通过获取 tag_errmsg 以创建一个对象，它通过字符串 “saving configuration data failed” 进行初始化，以便通过 operator<<() 操作符向异常 boost::exception 中加入更多信息。然后这个异常被相应的重新抛出。

现在，这个异常不仅包含有需要动态分配的内存大小，而且对于错误的描述被填入到 save_configuration_data() 函数中。在调试时，这个描述显然很有帮助，因为可以很容易明白哪个函数试图分配更多的内存。

为了从一个异常中获取所有可用信息，可以像例子中那样在 main() 的 catch 句柄中使用函数 boost::diagnostic_information() 。对于每个异常，函数 boost::diagnostic_information() 不仅调用 what() 而且获取所有附加信息存储到异常中。返回一个可以在标准输出中写入的 std::string 字符串。

以上程序通过Visual C++ 2008编译会显示如下的信息：

Throw in function (unknown)
Dynamic exception type: class allocation_failed
std::exception::what: allocation of 2000 bytes failed
[struct tag_errmsg *] = saving configuration data failed

正如我们所看见的，数据包含了异常的数据类型，通过 what() 方法获取到错误信息，以及包括相应结构体名的描述。

boost::diagnostic_information() 函数在运行时检查一个给定的异常是否派生于 std::exception。只会在派生于 std::exception 的条件下调用 what() 方法。

抛出异常类型 allocation_failed 的函数名会被指定为"unknown"(未知)信息。

Boost.Exception 提供了一个用以抛出异常的宏，它包含了函数名，以及如文件名、行数的附加信息。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 

typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 

class allocation_failed : 
  public std::exception 
{
    
     
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  {
    
     
  } 

  virtual const char *what() const throw() 
  {
    
     
    return what_.c_str(); 
  } 

private: 
  std::string what_; 
}; 

boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{
    
     
  if (size > 1000) 
    BOOST_THROW_EXCEPTION(allocation_failed(size)); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 

void save_configuration_data() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    std::cerr << boost::diagnostic_information(e); 
  } 
}

通过使用宏 BOOST_THROW_EXCEPTION 替代 throw，如函数名、文件名、行数之类的附加信息将自动被添加到异常中。但这仅仅在编译器支持宏的情况下有效。当通过C++标准定义 FILE 和 LINE 之类的宏时，没有用于返回当前函数名的标准化的宏。由于许多编译器制造商提供这样的宏， BOOST_THROW_EXCEPTION 试图识别当前编译器，从而利用相对应的宏。使用 Visual C++ 2008 编译时，以上应用程序显示以下信息：

.\main.cpp(31): Throw in function class boost::shared_array __cdecl allocate(unsigned int)
Dynamic exception type: class boost::exception_detail::clone_impl<struct boost::exception_detail::error_info_injector >
std::exception::what: allocation of 2000 bytes failed
[struct tag_errmsg *] = saving configuration data failed

即使 allocation_failed 类不再派生于 boost::exception 代码的编译也不会产生错误。 BOOST_THROW_EXCEPTION 获取到一个能够动态识别是否派生于 boost::exception 的函数 boost::enable_error_info()。如果不是，他将自动建立一个派生于特定类和 boost::exception 的新异常类型。这个机制使得以上信息中不仅仅显示内存分配异常 allocation_failed 。

最后，这个部分包含了一个例子，它选择性的获取了添加到异常中的信息。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 

typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 

class allocation_failed : 
  public std::exception 
{
    
     
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  {
    
     
  } 

  virtual const char *what() const throw() 
  {
    
     
    return what_.c_str(); 
  } 

private: 
  std::string what_; 
}; 

boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{
    
     
  if (size > 1000) 
    BOOST_THROW_EXCEPTION(allocation_failed(size)); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 

void save_configuration_data() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  {
    
     
    std::cerr << *boost::get_error_info<errmsg_info>(e); 
  } 
}

这个例子并没有使用函数 boost::diagnostic_information() 而是使用 boost::get_error_info() 函数来直接获取错误信息的类型 errmsg_info。函数 boost::get_error_info() 用于返回 boost::shared_ptr 类型的智能指针。如果传递的参数不是 boost::exception 类型的，返回的值将是相应的空指针。如果 BOOST_THROW_EXCEPTION 宏总是被用来抛出异常，派生于 boost::exception 的异常是可以得到保障的——在这些情况下没有必要去检查返回的智能指针是否为空。

第 16 章类型转换操作符

16.1. 概述

C++标准定义了四种类型转换操作符: static_cast, dynamic_cast, const_cast 和 reinterpret_cast。 Boost.Conversion 和 Boost.NumericConversion 这两个库特别为某些类型转换定义了额外的类型转换操作符。

16.2. Boost.Conversion

Boost.Conversion 库由两个文件组成。分别在 boost/cast.hpp 文件中定义了 boost::polymorphic_cast 和 boost::polymorphic_downcast 这两个类型转换操作符, 在 boost/lexical_cast.hpp 文件中定义了 boost::lexical_cast。

boost::polymorphic_cast 和 boost::polymorphic_downcast 是为了使原来用 dynamic_cast 实现的类型转换更加具体。具体细节，如下例所示。

struct father 
{
    
     
  virtual ~father() {
    
     }; 
}; 

struct mother 
{
    
     
  virtual ~mother() {
    
     }; 
}; 

struct child : 
  public father, 
  public mother 
{
    
     
}; 

void func(father *f) 
{
    
     
  child *c = dynamic_cast<child*>(f); 
} 

int main() 
{
    
     
  child *c = new child; 
  func(c); 

  father *f = new child; 
  mother *m = dynamic_cast<mother*>(f); 
}

本例使用 dynamic_cast 类型转换操作符两次: 在 func() 函数中，它将指向父类的指针转换为指向子类的指针。在 main() 中, 它将一个指向父类的指针转为指向另一个父类的指针。第一个转换称为向下转换(downcast)，第二个转换称为交叉转换(cross cast)。

通过使用 Boost.Conversion 的类型转换操作符，可以将向下转换和交叉转换区分开来。

#include <boost/cast.hpp> 

struct father 
{
    
     
  virtual ~father() {
    
     }; 
}; 

struct mother 
{
    
     
  virtual ~mother() {
    
     }; 
}; 

struct child : 
  public father, 
  public mother 
{
    
     
}; 

void func(father *f) 
{
    
     
  child *c = boost::polymorphic_downcast<child*>(f); 
} 

int main() 
{
    
     
  child *c = new child; 
  func(c); 

  father *f = new child; 
  mother *m = boost::polymorphic_cast<mother*>(f); 
}

boost::polymorphic_downcast 类型转换操作符只能用于向下转换。它内部使用 static_cast 实现类型转换。由于 static_cast 并不动态检查类型转换是否合法，所以 boost::polymorphic_downcast 应该只在类型转换是安全的情况下使用。在调试(debug builds)模式下, boost::polymorphic_downcast 实际上在 assert ()函数中使用 dynamic_cast 验证类型转换是否合法。请注意这种合法性检测只在定义了NDEBUG宏的情况下执行，这通常是在调试模式下。

向下转换最好使用 boost::polymorphic_downcast, 那么 boost::polymorphic_cast 就是交叉转换所需要的了。由于 dynamic_cast 是唯一能实现交叉转换的类型转换操作符，boost::polymorphic_cast 内部使用了它。由于 boost::polymorphic_cast 能够在错误的时候抛出 std::bad_cast 类型的异常，所以优先使用这个类型转换操作符还是很有必要的。相反，dynamic_cast 在类型转换失败使将返回0。避免手工验证返回值，boost::polymorphic_cast 提供了自动化的替代方式。

boost::polymorphic_downcast 和 boost::polymorphic_cast 只在指针必须转换的时候使用；否则，必须使用 dynamic_cast 执行转换。由于 boost::polymorphic_downcast 是基于 static_cast，所以它不能够，比如说，将父类对象转换为子类对象。如果转换的类型不是指针，则使用 boost::polymorphic_cast 执行类型转换也没有什么意义，而在这种情况下使用 dynamic_cast 还会抛出一个 std::bad_cast 异常。

虽然所有的类型转换都可用 dynamic_cast 实现，可 boost::polymorphic_downcast 和 boost::polymorphic_cast 也不是真正随意使用的。 Boost.Conversion 还提供了另外一种在实践中很有用的类型转换操作符。体会一下下面的例子。

#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  std::string s = boost::lexical_cast<std::string>(169); 
  std::cout << s << std::endl; 
  double d = boost::lexical_cast<double>(s); 
  std::cout << d << std::endl; 
}

类型转换操作符 boost::lexical_cast 可将数字转换为其他类型。例子首先将整数169转换为字符串，然后将字符串转换为浮点数。

boost::lexical_cast 内部使用流(streams)执行转换操作。因此，只有那些重载了 operator<<() 和 operator>>() 这两个操作符的类型可以转换。使用 boost::lexical_cast 的优点是类型转换出现在一行代码之内，无需手工操作流(streams)。由于流的用法对于类型转换不能立刻理解代码含义, 而 boost::lexical_cast 类型转换操作符还可以使代码更有意义，更加容易理解。

请注意 boost::lexical_cast 并不总是访问流(streams)；它自己也优化了一些数据类型的转换。

如果转换失败，则抛出 boost::bad_lexical_cast 类型的异常，它继承自 std::bad_cast。

#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    int i = boost::lexical_cast<int>("abc"); 
    std::cout << i << std::endl; 
  } 
  catch (boost::bad_lexical_cast &e) 
  {
    
     
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
}

本例由于字符串 “abc” 不能转换为 int 类型的数字而抛出异常。

16.3. Boost.NumericConversion

Boost.NumericConversion 可将一种数值类型转换为不同的数值类型。在C++里, 这种转换可以隐式地发生，如下面例所示。

#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  int i = 0x10000; 
  short s = i; 
  std::cout << s << std::endl; 
}

由于从 int 到 short 的类型转换自动产生，所以本例编译没有错误。虽然本例可以运行，但结果由于依赖具体的编译器实现而结果无法预期。数字0x10000对于变量 i 来说太大而不能存储在 short 类型的变量中。依据C++标准，这个操作的结果是实现定义的(“implementation defined”)。用Visual C++ 2008编译，应用程序显示的是0。 s 的值当然不同于 i 的值。

为避免这种数值转换错误，可以使用 boost::numeric_cast 类型转换操作符。

#include <boost/numeric/conversion/cast.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    int i = 0x10000; 
    short s = boost::numeric_cast<short>(i); 
    std::cout << s << std::endl; 
  } 
  catch (boost::numeric::bad_numeric_cast &e) 
  {
    
     
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
}

boost::numeric_cast 的用法与C++类型转换操作符非常相似。当然需要包含正确的头文件；就是 boost/numeric/conversion/cast.hpp。

boost::numeric_cast 执行与C++相同的隐式转换操作。但是，boost::numeric_cast 验证了在不改变数值的情况下转换是否能够发生。前面给的应用例子，转换不能发生，因而由于0x10000太大而不能存储在 short 类型的变量上，而抛出 boost::numeric::bad_numeric_cast 异常。

严格来讲，抛出的是 boost::numeric::positive_overflow 类型的异常，这个类型特指所谓的溢出(overflow) - 在此例中是正数。相应地，还存在着 boost::numeric::negative_overflow 类型的异常，它特指负数的溢出。

#include <boost/numeric/conversion/cast.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{
    
     
  try 
  {
    
     
    int i = -0x10000; 
    short s = boost::numeric_cast<short>(i); 
    std::cout << s << std::endl; 
  } 
  catch (boost::numeric::negative_overflow &e) 
  {
    
     
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
}

Boost.NumericConversion 还定义了其他的异常类型，都继承自 boost::numeric::bad_numeric_cast。因为 boost::numeric::bad_numeric_cast 继承自 std::bad_cast，所以 catch 处理也可以捕获这个类型的异常。

笔记跟新记录

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2020-12-16	创建笔记