Boost程序库完全开发指南

章节摘录

插图：

前言

Boost是一个功能强大、构造精巧、跨平台、开源并且完全免费的C++程序库，有着“C++‘准’标准库”的美誉。1996年我上大学最开始学的是Pascal，不得不说，Pascal的严谨程序风格确实很适合作为一门教学语言，然而用于实际开发就不那么合适了（直到出现Delphi）。由于当时学校并未开设C语言课程，因此在Pascal课程结束后我就买书自学C/C++语言，并在次年报名国家计算机水平考试，靠着一点点编程和考试的“天分”获得了高级程序员资质（当年很热衷考级考证，后来就“淡定”多了）。虽然有了资格证，但我仍然算是个C++的初学者，对于C++的认识还处于C的面向过程和简单的基于对象层次上。新千年伊始我考入了北京理工大学就读研究生，因为跟导师做项目开始接触STL与C++标准库，大概是2005年从1.33版结识了Boost，这才真正领略了C++的精髓。那段时期Java和C#正在国内大行其道，C++则势单力薄，有关STL和C++标准的技术书籍寥寥无几，而讲解Boost的书更是为零，故对Boost的学习基本只能靠自己的摸索与实践。好在Boost自带的文档相当丰富（虽然看全英文的资料十分辛苦），而且源码也写得比较清晰规范，在熟悉了STL的基础上学习Boost倒也并不算太难。但Boost的一个最大的特点就是“庞大”，功能组件众多，要想把它全部装进脑子里融会贯通基本上是不可能的，使用时需要经常查阅英文文档，相当的麻烦。因此，在学习的过程中，我逐渐产生了编写学习笔记的想法。一开始只是一个简单的纯文本文件，记录了一些使用经验的片断，随着积累的不断增加，纯文本形式已经不能够满足知识整理的需求了，于是我又把这些文字迁移到了Word文档里，把使用经验分类编目，加以较系统地归纳梳理。慢慢地，这份学习笔记居然有了上万字的规模，成为了一份很好的Boost备忘参考，在日常的开发工作中给了我很大的帮助——就像《设计模式》一书中所说的那样，捕获了很多使用Boost解决问题的实践经验，避免了重复发现。不过，这份资料一直是仅限于我个人使用，属于“自娱自乐”的作品，从未示人。时间一晃到了2010年1月份的某天夜里，不知道是什么原因我忽然失眠了，躺在床上翻来覆去怎么也睡不着。突然，一个念头闯入了脑海：把Boost开发经验整理出版吧，让更多人能够分享这些知识，正所谓“独乐乐，与众乐乐，孰乐？”。这个大胆的想法的出现让我那天的失眠又延长了几个小时——关于书的各种构想在头脑中“肆虐横行”。随后的几天里我就把这个想法付诸行动了，虽然以前也写过并发表很多文章，也在网上印刷了几本个人文集，但出版正式的书还是第一次。在把学习笔记进一步整理完善，编写出较完整的结构和一个样章后，我就开始联系出版社了。当初并没有多大的信心，毕竟我这个作者名不见经传，也没有什么资历、背景和名气（而且还是个“网盲”，从未跟随潮流开个人博客）。很幸运，发出的第一个E-mail就是电子工业出版社，而且编辑也在第一时间回复了我，这才给了我以持续写作完成全书的动力。

内容概要

罗剑锋（网名Chrono），1996年就读东北某大学，1997年开始接触C/C++。1998年参加全国计算机等级考试，获高级程序员资质。2003年毕业于北京理工大学，获计算机专业硕士学位。目前供职于某部委下属软件公司，任项目经理，主要研究方向为C/C++、设计模式、密码学、数据库、嵌入式系统开发。业余爱好是阅读、欣赏音乐和旅游。

书籍目录

目录

第0章  导读
1

0.1  关于本书
1

0.2  读者对象
1

0.3  本书的术语与风格
2

0.4  本书的结构
3

0.5  如何阅读本书
5

第1章  Boost程序库总论
7

1.1  关于Boost
7

1.1.1  什么是Boost
7

1.1.2  安装Boost
8

1.1.3  使用Boost
8

1.2  关于STLport
9

1.2.1  什么是STLport
9

1.2.2  安装STLport
10

1.2.3  使用STLport
10

1.3  开发环境
10

1.3.1  STLport的编译方法
11

1.3.2  Boost的编译方法
11

1.3.3  VisualStudio 2005环境设置
15

第2章  时间与日期
17

2.1  timer库概述
17

2.2  timer
17

2.2.1  用法
18

2.2.2  类摘要
18

2.2.3  使用建议
19

2.3  progress_timer
20

2.3.1  用法
20

2.3.2  类摘要
21

2.3.3  扩展计时精度
21

2.4  progress_display
23

2.4.1  类摘要
24

2.4.2  用法
25

2.4.3  注意事项
26

2.5  date_time库概述
27

2.5.1  编译date_time库
27

2.5.2  date_time库的基本概念
28

2.6  处理日期
29

2.6.1  日期
29

2.6.2  创建日期对象
30

2.6.3  访问日期
31

2.6.4  日期的输出
32

2.6.5  与tm结构的转换
33

2.6.6  日期长度
34

2.6.7  日期运算
35

2.6.8  日期区间
36

2.6.9  日期区间运算
38

2.6.10  日期迭代器
39

2.6.11  其他功能
40

2.6.12  综合运用
40

2.7  处理时间
43

2.7.1  时间长度
43

2.7.2  操作时间长度
45

2.7.3  时间长度的精确度
46

2.7.4  时间点
48

2.7.5  创建时间点对象
48

2.7.6  操作时间点对象
49

2.7.7  与tm、time_t等结构的转换
50

2.7.8  时间区间
51

2.7.9  时间迭代器
51

2.7.10  综合运用
52

2.8  date_time库的高级议题
54

2.8.1  编译配置宏
55

2.8.2  格式化时间
55

2.8.3  本地时间
56

2.8.4  序列化
58

2.9  总结
58

第3章  内存管理
61

3.1  smart_ptr库概述
61

3.1.1  RAII机制
61

3.1.2  智能指针
62

3.2  scoped_ptr
63

3.2.1  类摘要
63

3.2.2  操作函数
64

3.2.3  用法
65

3.2.4  与auto_ptr的区别
66

3.3  scoped_array
67

3.3.1  类摘要
67

3.3.2  用法
68

3.3.3  使用建议
69

3.4  shared_ptr
69

3.4.1  类摘要
70

3.4.2  操作函数
70

3.4.3  用法
72

3.4.4  工厂函数
74

3.4.5  应用于标准容器
75

3.4.6  应用于桥接模式
76

3.4.7  应用于工厂模式
77

3.4.8  定制删除器
78

3.4.9  高级议题
80

3.5  shared_array
81

3.5.1  类摘要
81

3.5.2  用法
82

3.6  weak_ptr
82

3.6.1  类摘要
82

3.6.2  用法
83

3.6.3  获得this的shared_ptr
84

3.7  intrusive_ptr
85

3.8  pool库概述
85

3.9  pool
85

3.9.1  类摘要
86

3.9.2  操作函数
86

3.9.3  用法
87

3.10  object_pool
88

3.10.1  类摘要
88

3.10.2  操作函数
88

3.10.3  用法
89

3.10.4  使用更多的构造参数
90

3.11  singleton_pool
91

3.11.1  类摘要
91

3.11.2  用法
92

3.12  pool_alloc
93

3.13  总结
93

第4章  实用工具
95

4.1  noncopyable
95

4.1.1  原理
96

4.1.2  用法
96

4.2  typeof
97

4.2.1  动机
97

4.2.2  用法
99

4.2.3  向typeof库注册自定义类
100

4.2.4  高级议题
101

4.3  optional
101

4.3.1 “无意义”的值
101

4.3.2  类摘要
102

4.3.3  操作函数
102

4.3.4  用法
103

4.3.5  工厂函数
104

4.3.6  高级议题
105

4.4  assign
106

4.4.1  使用操作符+=向容器

增加元素
106

4.4.2  使用操作符()向容器

增加元素
107

4.4.3  初始化容器元素
108

4.4.4  减少重复输入
110

4.4.5  与非标准容器工作
111

4.4.6  高级用法
112

4.5  swap
113

4.5.1  原理
113

4.5.2  交换数组
114

4.5.3  特化std::swap
114

4.5.4  特化ADL可找到的swap
115

4.5.5  使用建议
116

4.6  singleton
116

4.6.1  boost.pool的单件实现
117

4.6.2  boost.serialzation的

单件实现
119

4.7  tribool
120

4.7.1  类摘要
121

4.7.2  用法
122

4.7.3  为第三态更名
122

4.7.4  输入输出
123

4.7.5  与optional的区别
124

4.8  operators
125

4.8.1  基本运算概念
126

4.8.2  算术操作符的用法
127

4.8.3  基类链
129

4.8.4  复合运算概念
130

4.8.5  相等与等价
131

4.8.6  解引用操作符
133

4.8.7  下标操作符
134

4.8.8  高级议题
135

4.9  exception
136

4.9.1  标准库中的异常
137

4.9.2  类摘要
137

4.9.3  向异常传递信息
139

4.9.4  更进一步的用法
140

4.9.5  包装标准异常
142

4.9.6  使用函数抛出异常
143

4.9.7  获得更多的调试信息
144

4.9.8  高级议题
145

4.10  uuid
146

4.10.1  类摘要
147

4.10.2  用法
148

4.10.3  生成器
150

4.10.4  增强的uuid类
152

4.10.5  与字符串的转换
153

4.10.6  SHA1摘要算法
154

4.11  config
155

4.11.1  BOOST_STRINGIZE
155

4.11.2  BOOST_STATIC_

CONSTANT
155

4.11.3  禁止编译器警告
156

4.11.4  其他工具
157

4.12  utility
157

4.12.1  BOOST_BINARY
157

4.12.2  BOOST_CURRENT_

FUNCTION
158

4.13  总结
160

第5章  字符串与文本处理
163

5.1  lexical_cast
163

5.1.1  用法
164

5.1.2  异常bad_lexical_cast
165

5.1.3  对转换对象的要求
166

5.1.4  应用于自己的类
166

5.2  format
167

5.2.1  简单的例子
168

5.2.2  输入操作符％
169

5.2.3  类摘要
171

5.2.4  格式化语法
172

5.2.5  format的性能
173

5.2.6  高级用法
173

5.3  string_algo
175

5.3.1  简单的例子
175

5.3.2  string_algo概述
176

5.3.3  大小写转换
177

5.3.4  判断式（算法）
178

5.3.5  判断式（函数对象）
179

5.3.6  分类
180

5.3.7  修剪
181

5.3.8  查找
182

5.3.9  替换与删除
184

5.3.10  分割
186

5.3.11  合并
187

5.3.12  查找（分割）迭代器
188

5.4  tokenizer
189

5.4.1  类摘要
190

5.4.2  用法
190

5.4.3  分词函数对象
191

5.4.4  char_separator
192

5.4.5  escaped_list_separator
193

5.4.6  offset_separator
193

5.4.7  tokenizer库的缺陷
195

5.5  xpressive
196

5.5.1  两种使用方式
197

5.5.2  正则表达式语法简介
197

5.5.3  类摘要
199

5.5.4  匹配
201

5.5.5  查找
203

5.5.6  替换
204

5.5.7  迭代
206

5.5.8  分词
207

5.5.9  与regex的区别
208

5.5.10  高级议题
209

5.6  总结
211

第6章  正确性与测试
213

6.1  assert
213

6.1.1  基本用法
213

6.1.2  禁用断言
214

6.1.3  扩展用法
215

6.1.4  BOOST_VERIFY
216

6.2  static_assert
217

6.2.1  用法
217

6.2.2  使用建议
218

6.3  test
219

6.3.1  编译test库
219

6.3.2  最小化的测试套件
220

6.3.3  单元测试框架简介
221

6.3.4  测试断言
222

6.3.5  测试用例与套件
223

6.3.6  测试实例
224

6.3.7  测试夹具
226

6.3.8  测试日志
228

6.3.9  运行参数
229

6.3.10  函数执行监视器
230

6.3.11  程序执行监视器
233

6.3.12  高级议题
234

6.4  总结
236

第7章  容器与数据结构
239

7.1  array
239

7.1.1  类摘要
240

7.1.2  操作函数
240

7.1.3  用法
241

7.1.4  能力限制
242

7.1.5  array的初始化
242

7.1.6  实现ref_array
243

7.1.7  ref_array的用法
244

7.2  dynamic_bitset
245

7.2.1  类摘要
245

7.2.2  创建与赋值
247

7.2.3  容器操作
248

7.2.4  位运算与比较运算
249

7.2.5  访问元素
249

7.2.6  类型转换
251

7.2.7  集合操作
251

7.2.8  综合运用
252

7.3  unordered
253

7.3.1  散列集合简介
254

7.3.2  散列集合的用法
255

7.3.3  散列映射简介
256

7.3.4  散列映射的用法
256

7.3.5  性能比较
257

7.3.6  高级议题
259

7.4  bimap
261

7.4.1  类摘要
261

7.4.2  基本用法
262

7.4.3  值的集合类型
263

7.4.4  集合类型的用法
264

7.4.5  使用标签类型
266

7.4.6  使用assign库
267

7.4.7  查找与替换
268

7.4.8  投射
269

7.4.9  高级议题
270

7.5  circular_buffer
271

7.5.1  类摘要
271

7.5.2  用法
272

7.5.3  环型缓冲区
273

7.5.4  空间优化型缓冲区
275

7.6  tuple
275

7.6.1  最简单的tuple：pair
276

7.6.2  类摘要
276

7.6.3  创建与赋值
277

7.6.4  访问元素
278

7.6.5  比较操作
279

7.6.6  输入输出
280

7.6.7  连结变量
281

7.6.8  应用于assign库
282

7.6.9  应用于exception库
282

7.6.10  内部结构
282

7.6.11  使用访问者模式
284

7.6.12  高级议题
285

7.7  any
287

7.7.1  类摘要
287

7.7.2  访问元素
288

7.7.3  用法
289

7.7.4  简化的操作函数
290

7.7.5  保存指针
291

7.7.6  输出
292

7.7.7  应用于容器
294

7.8  variant
294

7.8.1  类摘要
294

7.8.2  访问元素
295

7.8.3  用法
296

7.8.4  访问器
297

7.8.5  与any的区别
300

7.8.6  高级议题
300

7.9  multi_array
302

7.9.1  类摘要
302

7.9.2  用法
304

7.9.3  多维数组生成器
306

7.9.4  改变形状和大小
307

7.9.5  创建子视图
308

7.9.6  适配普通数组
310

7.9.7  高级议题
311

7.10  property_tree
314

7.10.1  类摘要
315

7.10.2  读取配置信息
316

7.10.3  写入配置信息
318

7.10.4  更多用法
319

7.10.5  XML数据格式
320

7.10.6  其他数据格式
321

7.10.7  高级议题
323

7.11  总结
324

第8章  算法
327

8.1  foreach
327

8.1.1  用法
328

8.1.2  详细解说
329

8.1.3  使用typeof
329

8.1.4  更优雅的名字
330

8.1.5  支持的序列类型
331

8.1.6  一个小问题
332

8.2  minmax
332

8.2.1  用法
333

8.2.2  使用tuples::tie
334

8.3  minmax_element
334

8.3.1  用法
334

8.3.2  其他函数的用法
335

8.4  总结
336

第9章  数学与数字
337

9.1  integer
337

9.1.1  integer_traits
337

9.1.2  标准整数类型
339

9.1.3  整数类型模板类
341

9.2  rational
344

9.2.1  类摘要
344

9.2.2  创建与赋值
345

9.2.3  算术运算与比较运算
346

9.2.4  类型转换
346

9.2.5  输入输出
347

9.2.6  分子与分母
347

9.2.7  与数学函数工作
347

9.2.8  异常
348

9.2.9  rational的精度
348

9.2.10  实现无限精度的整数类型
348

9.2.11  最大公约数和最小公倍数
353

9.3  crc
353

9.3.1  类摘要
354

9.3.2  预定义的实现类
354

9.3.3  计算CRC
355

9.3.4  CRC函数
356

9.3.5  自定义CRC函数
357

9.4  random
357

9.4.1  伪随机数发生器
358

9.4.2  伪随机数发生器的构造
359

9.4.3  伪随机数发生器的拷贝
360

9.4.4  随机数分布器
360

9.4.5  随机数分布器类摘要
361

9.4.6  随机数分布器用法
363

9.4.7  变量发生器
364

9.4.8  产生随机数据块
365

9.4.9  真随机数发生器
367

9.4.10  实现真随机数发生器
368

9.5  总结
369

第10章  操作系统相关
371

10.1  io_state_savers
371

10.1.1  类摘要
372

10.1.2  用法
372

10.1.3  简化new_progress_timer
374

10.2  system
374

10.2.1  编译system库
375

10.2.2  错误值枚举
375

10.2.3  错误类别
376

10.2.4  错误代码
377

10.2.5  错误异常
379

10.3  filesystem
380

10.3.1  编译filesystem库
380

10.3.2  类摘要
381

10.3.3  路径表示
383

10.3.4  可移植的文件名
384

10.3.5  路径处理
385

10.3.6  异常
387

10.3.7  文件状态
388

10.3.8  文件属性
390

10.3.9  文件操作
391

10.3.10  迭代目录
392

10.3.11  实例1：实现查找文件

功能
394

10.3.12  实例2：实现模糊查找

文件功能
395

10.3.13  实例3：实现拷贝目录

功能
397

10.3.14  文件流操作
399

10.4  program_options
400

10.4.1  编译program_options库
400

10.4.2  概述
401

10.4.3  选项值
403

10.4.4  选项描述器
404

10.4.5  选项描述器的用法
405

10.4.6  分析器
407

10.4.7  存储器
409

10.4.8  使用位置选项值
409

10.4.9  分析环境变量
411

10.4.10  分组选项信息
412

10.4.11  高级用法
414

10.5  总结
417

第11章  函数与回调
419

11.1  result_of
419

11.1.1  原理
420

11.1.2  用法
422

11.2  ref
422

11.2.1  类摘要
423

11.2.2  基本用法
424

11.2.3  工厂函数
425

11.2.4  操作包装
425

11.2.5  综合应用
426

11.2.6  为ref增加函数调用功能
427

11.3  bind
429

11.3.1  工作原理
429

11.3.2  绑定普通函数
430

11.3.3  绑定成员函数
432

11.3.4  绑定成员变量
433

11.3.5  绑定函数对象
433

11.3.6  使用ref库
434

11.3.7  高级议题
435

11.4  function
437

11.4.1  类摘要
437

11.4.2  function的声明
438

11.4.3  操作函数
439

11.4.4  比较操作
440

11.4.5  用法
440

11.4.6  使用ref库
441

11.4.7  用于回调
442

11.4.8  与typeof的区别
445

11.5  signals2
445

11.5.1  类摘要
446

11.5.2  操作函数
447

11.5.3  插槽的连接与调用
448

11.5.4  信号的返回值
449

11.5.5  合并器
450

11.5.6  管理信号的连接
452

11.5.7  更灵活的管理信号连接
453

11.5.8  自动连接管理
455

11.5.9  应用于观察者模式
457

11.5.10  高级议题
460

11.6  总结
464

第12章  并发编程
467

12.1  thread
467

12.1.1  编译thread库
468

12.1.2  使用thread库
468

12.1.3  时间功能
469

12.1.4  互斥量
469

12.1.5  线程对象
472

12.1.6  创建线程
473

12.1.7  操作线程
475

12.1.8  中断线程
476

12.1.9  线程组
479

12.1.10  条件变量
480

12.1.11  共享互斥量
484

12.1.12  future
485

12.1.13  高级议题
488

12.2  asio
493

12.2.1  概述
493

12.2.2  定时器
494

12.2.3  定时器用法
495

12.2.4  网络通信简述
498

12.2.5  IP地址和端点
499

12.2.6  同步socket处理
500

12.2.7  异步socket处理
502

12.2.8  查询网络地址
506

12.2.9  高级议题
507

12.3  总结
511

第13章  编程语言支持
513

13.1  python库概述
513

13.1.1  Python语言简介
514

13.1.2  安装Python环境
515

13.1.3  编译python库
515

13.1.4  使用python库
516

13.2  嵌入Python
517

13.2.1  初始化解释器
517

13.2.2  封装Python对象
518

13.2.3  执行Python语句
520

13.2.4  异常处理
521

13.3  扩展Python
522

13.3.1  最简单的例子
523

13.3.2  导出函数
525

13.3.3  导出重载函数
526

13.3.4  导出类
528

13.3.5  导出类的更多细节
530

13.3.6  高级议题
532

13.4  总结
534

第14章  其他Boost组件
537

14.1  字符串和文本处理
537

14.2  容器与数据结构
538

14.3  迭代器
539

14.4  函数对象与高级编程
539

14.5  泛型编程
540

14.6  模板元编程
541

14.7  预处理元编程
542

14.8  并发编程
542

14.9  数学与数字
543

14.10  TR1实现
543

14.11  输入输出
544

14.12  杂项
544

14.13  总结
546

第15章  Boost与设计模式
547

15.1  创建型模式
547

15.2  结构型模式
549

15.3  行为模式
552

15.4  其他模式
555

15.5  总结
556

第16章  结束语
559

16.1  未臻完美的Boost
559

16.2  让Boost工作得更好
560

16.3  工夫在诗外
563

附录A  推荐书目
565

附录B  网络资源
567

附录C  C++标准简述
569

附录D  STL简述
571

附录E  ref_array实现代码
573

编辑推荐

《Boost程序库完全开发指南:深入C++"准"标准库》：Boost是一个功能强大、构造精巧、跨平台、开源并且完全免费的C++程序库，有着“C++‘准’标准库”的美誉，是每位C++程序员的必备工具。《Boost程序库完全开发指南:深入C++"准"标准库》基于Boost1.42版，介绍了其中所有的99个库，并且详细深入地讲解了其中数十个库，同时实现了若干颇具实用价值的工具类和函数，可帮助读者迅速地理解掌握Boost的用法并用于实际的开发工作中。

作者简介

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它由C++标准委员会部分成员所设立的Boost社区开发并维护，使用了许多现代C++编程技术，内容涵盖字符串处理、正则表达式、容器与数据结构、并发编程、函数式编程、泛型编程、设计模式实现等许多领域，极大地丰富了C++的功能和表现力，能够使C++软件开发更加简洁、优雅、灵活和高效。

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