BOOST 实用手册(摘录自校友博客)

1. 序言

现在学的东西很容易忘记,写这篇文章的目的是能让我在需要时快速找回当时的感觉.  Let's BOOST THE WORLD .

2. 编译:VC2005注意

在 属性->C/C++->预处理器->预处理定义 中加入

 _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE;

来屏蔽不必要的警告

3. Asio 网络库

Boost.Asio是利用当代C++的先进方法,跨平台,异步I/O模型的C++网络库.

3.1. 网络库:VC2005注意

在 属性->C/C++->命令行 中加入

 -DBOOST_REGEX_NO_LIB

来防止自动连接.

3.2. 同步Timer

本章介绍asio如何在定时器上进行阻塞等待(blocking wait).

实现,我们包含必要的头文件.

所有的asio类可以简单的通过include "asio.hpp"来调用.

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

此外,这个示例用到了timer,我们还要包含Boost.Date_Time的头文件来控制时间.

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

使用asio至少需要一个boost::asio::io_service对象.该类提供了访问I/O的功能.我们首先在main函数中声明它.

 int main()
 {
 boost::asio::io_service io;

下一步我们声明boost::asio::deadline_timer对象.这个asio的核心类提供I/O的功能(这里更确切的说是定时功能),总是把一个io_service对象作为他的第一个构造函数,而第二个构造函数的参数设定timer会在5秒后到时(expired).

 boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

这个简单的示例中我们演示了定时器上的一个阻塞等待.就是说,调用boost::asio::deadline_timer::wait()的在创建后5秒内(注意:不是等待开始后),timer到时之前不会返回任何值.

一个deadline_timer只有两种状态:到时,未到时.

如果boost::asio::deadline_timer::wait()在到时的timer对象上调用,会立即return.

 t.wait();

最后,我们输出理所当然的"Hello, world!"来演示timer到时了.

 std::cout << "Hello, world!\n";
 
 return 0;
 }

完整的代码:

 #include <iostream>
 #include <boost/asio.hpp>
 #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
 
 int main()
 {
 boost::asio::io_service io;
 
 boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));
 t.wait();
 
 std::cout << "Hello, world!\n";
 
 return 0;
 }

3.3. 异步Timer

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

asio的异步函数会在一个异步操作完成后被回调.这里我们定义了一个将被回调的函数.

void print(const asio::error& /*e*/)
{
  std::cout << "Hello, world!\n";
}

int main()
{
  asio::io_service io;

  asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

这里我们调用asio::deadline_timer::async_wait()来异步等待

  t.async_wait(print);

最后,我们必须调用asio::io_service::run().

asio库只会调用那个正在运行的asio::io_service::run()的回调函数.

如果asio::io_service::run()不被调用,那么回调永远不会发生.

asio::io_service::run()会持续工作到点,这里就是timer到时,回调完成.

别忘了在调用 asio::io_service::run()之前设置好io_service的任务.比如,这里,如果我们忘记先调用asio::deadline_timer::async_wait()则asio::io_service::run()会在瞬间return.

  io.run();

  return 0;
}

完整的代码:

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

void print(const asio::error& /*e*/)
{
  std::cout << "Hello, world!\n";
}

int main()
{
  asio::io_service io;

  asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));
  t.async_wait(print);

  io.run();

  return 0;
}

3.4. 回调函数的参数

这里我们将每秒回调一次,来演示如何回调函数参数的含义

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

首先,调整一下timer的持续时间,开始一个异步等待.显示,回调函数需要访问timer来实现周期运行,所以我们再介绍两个新参数

• 指向timer的指针
• 一个int*来指向计数器

void print(const asio::error& /*e*/,
    asio::deadline_timer* t, int* count)
{

我们打算让这个函数运行6个周期,然而你会发现这里没有显式的方法来终止io_service.不过,回顾上一节,你会发现当asio::io_service::run()会在所有任务完成时终止.这样我们当计算器的值达到5时(0为第一次运行的值),不再开启一个新的异步等待就可以了.

  if (*count < 5)
  {
    std::cout << *count << "\n";
    ++(*count);

然后,我们推迟的timer的终止时间.通过在原先的终止时间上增加延时,我们可以确保timer不会在处理回调函数所需时间内的到期.

(原文:By calculating the new expiry time relative to the old, we can ensure that the timer does not drift away from the whole-second mark due to any delays in processing the handler.)

    t->expires_at(t->expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));

然后我们开始一个新的同步等待.如您所见,我们用把print和他的多个参数用boost::bind函数合成一个的形为void(const asio::error&)回调函数(准确的说是function object).

在这个例子中, boost::bind的asio::placeholders::error参数是为了给回调函数传入一个error对象.当进行一个异步操作,开始boost::bind时,你需要使用它来匹配回调函数的参数表.下一节中你会学到回调函数不需要error参数时可以省略它.

    t->async_wait(boost::bind(print,
          asio::placeholders::error, t, count));
  }
}

int main()
{
  asio::io_service io;

  int count = 0;
  asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(1));

和上面一样,我们再一次使用了绑定asio::deadline_timer::async_wait()

  t.async_wait(boost::bind(print,
        asio::placeholders::error, &t, &count));

  io.run();

在结尾,我们打印出的最后一次没有设置timer的调用的count的值

  std::cout << "Final count is " << count << "\n";

  return 0;
}

完整的代码:

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

void print(const asio::error& /*e*/,
    asio::deadline_timer* t, int* count)
{
  if (*count < 5)
  {
    std::cout << *count << "\n";
    ++(*count);

    t->expires_at(t->expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
    t->async_wait(boost::bind(print,
          asio::placeholders::error, t, count));
  }
}

int main()
{
  asio::io_service io;

  int count = 0;
  asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(1));
  t.async_wait(boost::bind(print,
        asio::placeholders::error, &t, &count));

  io.run();

  std::cout << "Final count is " << count << "\n";

  return 0;
}

3.5. 成员函数作为回调函数

本例的运行结果和上一节类似

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

我们先定义一个printer类

class printer
{
public:

构造函数有一个io_service参数,并且在初始化timer_时用到了它.用来计数的count_这里同样作为了成员变量

  printer(boost::asio::io_service& io)
    : timer_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      count_(0)
  {

boost::bind同样可以出色的工作在成员函数上.众所周知,所有的非静态成员函数都有一个隐式的this参数,我们需要把this作为参数bind到成员函数上.和上一节类似,我们再次用bind构造出void(const boost::asio::error&)形式的函数.

注意,这里没有指定boost::asio::placeholders::error占位符,因为这个print成员函数没有接受一个error对象作为参数.

    timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
  }

在类的折构函数中我们输出最后一次回调的conut的值

  ~printer()
  {
    std::cout << "Final count is " << count_ << "\n";
  }

print函数于上一节的十分类似,但是用成员变量取代了参数.

  void print()
  {
    if (count_ < 5)
    {
      std::cout << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer_.expires_at(timer_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
    }
  }

private:
  boost::asio::deadline_timer timer_;
  int count_;
};

现在main函数清爽多了,在运行io_service之前只需要简单的定义一个printer对象.

int main()
{
  boost::asio::io_service io;
  printer p(io);
  io.run();

  return 0;
}

完整的代码:

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

class printer
{
public:
  printer(boost::asio::io_service& io)
    : timer_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      count_(0)
  {
    timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
  }

  ~printer()
  {
    std::cout << "Final count is " << count_ << "\n";
  }

  void print()
  {
    if (count_ < 5)
    {
      std::cout << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer_.expires_at(timer_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
    }
  }

private:
  boost::asio::deadline_timer timer_;
  int count_;
};

int main()
{
  boost::asio::io_service io;
  printer p(io);
  io.run();

  return 0;
}

3.6. 多线程回调同步

本节演示了使用boost::asio::strand在多线程程序中进行回调同步(synchronise).

先前的几节阐明了如何在单线程程序中用boost::asio::io_service::run()进行同步.如您所见,asio库确保 仅当 当前线程调用boost::asio::io_service::run()时产生回调.显然,仅在一个线程中调用boost::asio::io_service::run() 来确保回调是适用于并发编程的.

一个基于asio的程序最好是从单线程入手,但是单线程有如下的限制,这一点在服务器上尤其明显:

• 当回调耗时较长时,反应迟钝.
• 在多核的系统上无能为力

如果你发觉你陷入了这种困扰,可以替代的方法是建立一个boost::asio::io_service::run()的线程池.然而这样就允许回调函数并发执行.所以,当回调函数需要访问一个共享,线程不安全的资源时,我们需要一种方式来同步操作.

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

在上一节的基础上我们定义一个printer类,此次,它将并行运行两个timer

class printer
{
public:

除了声明了一对boost::asio::deadline_timer,构造函数也初始化了类型为boost::asio::strand的strand_成员.

boost::asio::strand可以分配的回调函数.它保证无论有多少线程调用了boost::asio::io_service::run(),下一个回调函数仅在前一个回调函数完成后开始,当然回调函数仍然可以和那些不使用boost::asio::strand分配,或是使用另一个boost::asio::strand分配的回调函数一起并发执行.

  printer(boost::asio::io_service& io)
    : strand_(io),
      timer1_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      timer2_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      count_(0)
  {

当一个异步操作开始时,用boost::asio::strand来 "wrapped(包装)"回调函数.boost::asio::strand::wrap()会返回一个由boost::asio::strand分配的新的handler(句柄),这样,我们可以确保它们不会同时运行.

    timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
  }

  ~printer()
  {
    std::cout << "Final count is " << count_ << "\n";
  }

多线程程序中,回调函数在访问共享资源前需要同步.这里共享资源是std::cout 和count_变量.

  void print1()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 1: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer1_.expires_at(timer1_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    }
  }

  void print2()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 2: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer2_.expires_at(timer2_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
    }
  }

private:
  boost::asio::strand strand_;
  boost::asio::deadline_timer timer1_;
  boost::asio::deadline_timer timer2_;
  int count_;
};

main函数中boost::asio::io_service::run()在两个线程中被调用:主线程,一个boost::thread线程.

正如单线程中那样,并发的boost::asio::io_service::run()会一直运行直到完成任务.后台的线程将在所有异步线程完成后终结.

int main()
{
  boost::asio::io_service io;
  printer p(io);
  boost::thread t(boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &io));
  io.run();
  t.join();

  return 0;
}

完整的代码:

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

class printer
{
public:
  printer(boost::asio::io_service& io)
    : strand_(io),
      timer1_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      timer2_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      count_(0)
  {
    timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
  }

  ~printer()
  {
    std::cout << "Final count is " << count_ << "\n";
  }

  void print1()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 1: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer1_.expires_at(timer1_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    }
  }

  void print2()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 2: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer2_.expires_at(timer2_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
    }
  }

private:
  boost::asio::strand strand_;
  boost::asio::deadline_timer timer1_;
  boost::asio::deadline_timer timer2_;
  int count_;
};

int main()
{
  boost::asio::io_service io;
  printer p(io);
  boost::thread t(boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &io));
  io.run();
  t.join();

  return 0;
}

3.7. TCP客户端:对准时间

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

本程序的目的是访问一个时间同步服务器,我们需要用户指定一个服务器(如time-nw.nist.gov),用IP亦可.

(译者注:日期查询协议,这种时间传输协议不指定固定的传输格式，只要求按照ASCII标准发送数据。)

using boost::asio::ip::tcp;

int main(int argc, char* argv[])
{
  try
  {
    if (argc != 2)
    {
      std::cerr << "Usage: client <host>" << std::endl;
      return 1;
    }

用asio进行网络连接至少需要一个boost::asio::io_service对象

    boost::asio::io_service io_service;

我们需要把在命令行参数中指定的服务器转换为TCP上的节点.完成这项工作需要boost::asio::ip::tcp::resolver对象

    tcp::resolver resolver(io_service);

一个resolver对象查询一个参数,并将其转换为TCP上节点的列表.这里我们把argv[1]中的sever的名字和要查询字串daytime关联.

    tcp::resolver::query query(argv[1], "daytime");

节点列表可以用 boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator 来进行迭代.iterator默认的构造函数生成一个end iterator.

    tcp::resolver::iterator endpoint_iterator = resolver.resolve(query);
    tcp::resolver::iterator end;

现在我们建立一个连接的sockert,由于获得节点既有IPv4也有IPv6的.所以,我们需要依次尝试他们直到找到一个可以正常工作的.这步使得我们的程序独立于IP版本

    tcp::socket socket(io_service);
    boost::asio::error error = boost::asio::error::host_not_found;
    while (error && endpoint_iterator != end)
    {
      socket.close();
      socket.connect(*endpoint_iterator++, boost::asio::assign_error(error));
    }
    if (error)
      throw error;

连接完成,我们需要做的是读取daytime服务器的响应.

我们用boost::array来保存得到的数据,boost::asio::buffer()会自动根据array的大小暂停工作,来防止缓冲溢出.除了使用boost::array,也可以使用char [] 或std::vector.

    for (;;)
    {
      boost::array<char, 128> buf;
      boost::asio::error error;

      size_t len = socket.read_some(
          boost::asio::buffer(buf), boost::asio::assign_error(error));

当服务器关闭连接时,boost::asio::ip::tcp::socket::read_some()会用boost::asio::error::eof标志完成, 这时我们应该退出读取循环了.

      if (error == boost::asio::error::eof)
        break; // Connection closed cleanly by peer.
      else if (error)
        throw error; // Some other error.

      std::cout.write(buf.data(), len);
    }

如果发生了什么异常我们同样会抛出它

  }
  catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

运行示例:在windowsXP的cmd窗口下

输入:upload.exe time-a.nist.gov

输出:54031 06-10-23 01:50:45 07 0 0 454.2 UTC(NIST) *

完整的代码:

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

using asio::ip::tcp;

int main(int argc, char* argv[])
{
  try
  {
    if (argc != 2)
    {
      std::cerr << "Usage: client <host>" << std::endl;
      return 1;
    }

    asio::io_service io_service;

    tcp::resolver resolver(io_service);
    tcp::resolver::query query(argv[1], "daytime");
    tcp::resolver::iterator endpoint_iterator = resolver.resolve(query);
    tcp::resolver::iterator end;

    tcp::socket socket(io_service);
    asio::error error = asio::error::host_not_found;
    while (error && endpoint_iterator != end)
    {
      socket.close();
      socket.connect(*endpoint_iterator++, asio::assign_error(error));
    }
    if (error)
      throw error;

    for (;;)
    {
      boost::array<char, 128> buf;
      asio::error error;

      size_t len = socket.read_some(
          asio::buffer(buf), asio::assign_error(error));

      if (error == asio::error::eof)
        break; // Connection closed cleanly by peer.
      else if (error)
        throw error; // Some other error.

      std::cout.write(buf.data(), len);
    }
  }
  catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

  return 0;
}

3.8. TCP同步时间服务器

#include <ctime>
#include <iostream>
#include <string>
#include <asio.hpp>

using asio::ip::tcp;

我们先定义一个函数返回当前的时间的string形式.这个函数会在我们所有的时间服务器示例上被使用.

std::string make_daytime_string()
{
  using namespace std; // For time_t, time and ctime;
  time_t now = time(0);
  return ctime(&now);
}

int main()
{
  try
  {
    asio::io_service io_service;

新建一个asio::ip::tcp::acceptor对象来监听新的连接.我们监听TCP端口13,IP版本为V4

    tcp::acceptor acceptor(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), 13));

这是一个iterative server,也就是说同一时间只能处理一个连接.建立一个socket来表示一个和客户端的连接, 然后等待客户端的连接.

    for (;;)
    {
      tcp::socket socket(io_service);
      acceptor.accept(socket);

当客户端访问服务器时,我们获取当前时间,然后返回它.

      std::string message = make_daytime_string();

      asio::write(socket, asio::buffer(message),
          asio::transfer_all(), asio::ignore_error());
    }
  }

最后处理异常

  catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

  return 0;
}

运行示例:运行服务器,然后运行上一节的客户端,在windowsXP的cmd窗口下

输入:client.exe 127.0.0.1

输出:Mon Oct 23 09:44:48 2006

完整的代码:

#include <ctime>
#include <iostream>
#include <string>
#include <asio.hpp>

using asio::ip::tcp;

std::string make_daytime_string()
{
  using namespace std; // For time_t, time and ctime;
  time_t now = time(0);
  return ctime(&now);
}

int main()
{
  try
  {
    asio::io_service io_service;

    tcp::acceptor acceptor(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), 13));

    for (;;)
    {
      tcp::socket socket(io_service);
      acceptor.accept(socket);

      std::string message = make_daytime_string();

      asio::write(socket, asio::buffer(message),
          asio::transfer_all(), asio::ignore_error());
    }
  }
  catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

  return 0;
}