本文内容包括:
- Boost库列表
- 分目(与官方分类有所差异)
- Boost库简介
- 助记提示
- 比较相近、或有承继关系的库的异同
- 少量示例
语言补丁 / 类型萃取与修饰 / 自省 / 类型检查与约束 / 元编程数据结构与算法 / 运行时泛化 / 宏元编程 / 类型-值相容元编程
这个大家应该很熟悉了,通过它们可以判断类型的特性,比如是不是一个整数类型,是否有符号。它也可以为类型做一些修饰,比如变换到引用类型、常类型等。这个库C 11之后基本上就完全std中的type traits取代了。
但是这个库对一些类型,如成员函数支持不足,也不能做一些更加精细的检查,比如探测类中是否存在某个成员,这时就需要下面几个库进行补充。
这个库可以把一些不能作为函数参数的类型,如数组类型修饰成可以作为参数的类型,比如:
template <class T>
struct A {
void foo(T t);
};
template <class T>
void A<T>::foo(T t){
T dup(t); // doesn't compile for case that T is an array: A<int[2]>
}
// 使用call_traits
template <class T>
struct A {
void foo(typename call_traits<T>::value_type t);
};
template <class T>
void A<T>::foo(typename call_traits<T>::value_type t) {
typename call_traits<T>::value_type dup(t); // OK even if T is an array type.
}
实际上在使用中这个库并不常用,因为大部分情况下A这种都会要求T是值语义的比较多,为啥非要用一个数组或者一个引用进去作死呢?
这个库是1.66中的新加入库,可以为成员函数活、一般函数或者任意函数对象调整类型修饰,比如
struct foo {};
using pmf = void(foo::*)();
using expect = void(foo::*)() const volatile;
using test = ct::add_member_cv_t<pmf>;
static_assert(std::is_same<test, expect>::value, ""); // True
C 11/14中的add_cv是没办法调整函数的类型修饰的。
这个库从1.54开始加入,也算是个比较新的库了。它算是对Type Traits的一个补充,一看几个头文件名就知道它是做什么的了:
// ...
#include <boost/has_member_data.hpp>
#include <boost/has_member_function.hpp>
// ...
不过从C 11开始,因为有了Expression SFINAE,以及decltype/declval之类的存在,它的应用场景就没有那么广泛了。
获得变量的类型,并支持自动类型变量。C 11之前比GCC的typeof要好用,C 11/14以后它的用途已经可以完全被 decltype, decltype(auto) 和 auto 所取代。
C 11开始,标准库中引入了type_index。所以接下来又到了做下面几个概念做近义词辨析的时候了:typeid, std::type_index 和 boost::type_index
最基本的是C 98时代就有的typeid。它在运行时返回一个type_info,其中保存了类型的一些信息,比如name。但是这个对象平时真的没什么卵用,所以C 11开始,加入了type_index,作为type_info的封装,它能够支持比较和hash,这样就能把类型信息存在字典中了 —— 比如字典中可以放上factory method,这样就相当于有了一个比较挫但是能用的动态创建对象的功能。
不过typeid需要打开编译器的RTTI,而且它生成的名字也不太好(特别是函数和模板类型),所以Boost搞了一个自己的Type_index来解决这一些问题,算是是std::type_info的一个增强。
这个库从1.19就加入了boost (1.19是2000年发布的 —— 这都TM快20年了),目的就是做Concept的检查,然而用处真的很小 —— 你检查了又能怎么样,出错信息还是巨难看,就和C 11之前的Static Assert一样。
看,Concept是C 98时代的东西了,C 20都还进不来。这么难产的特性,要么没卵用,要么编译器难实现,要么程序员难用;依我看,Concept三个毛病都占齐了。
Boost中要多一个disable_if,其余直接用 std::enable_if 即可。
C 11之前用于元编程的库。提供了一系列的类型的容器、算法 (find, count, sort 等)以及辅助函数。它在类型系统上,提供了类STL的库以像变量那样操作类型。
比如下面这个例子中,floats是一组类型的“vector”,可以通过push back加入新的类型,并使用at取出对应的类型并判断。
typedef vector<float,double,long double> floats; typedef push_back<floats,int>::type types;
BOOST_MPL_ASSERT(( is_same< at_c<types,3>::type, int > ));
在C 11之后,应使用Boost 1.66新加入的MP11。
C 11版的MPL。在C 11之后应该使用它,编译速度要快一些。
MPL提供了一套模板的库运算,PP则提供了宏上的元编程库。它也提供了一些类似于容器的东西,比如List,Tuple等,容器中的元素就是标识符。
感受一下它的用法:
#include <boost/preprocessor/cat.hpp>
#include <boost/preprocessor/list/for_each.hpp>
#define LIST (w, (x, (y, (z, BOOST_PP_NIL))))
#define MACRO(r, data, elem) BOOST_PP_CAT(elem, data)
BOOST_PP_LIST_FOR_EACH(MACRO, _, LIST) // expands to w_ x_ y_ z_
这东西看起来非常异端,不过它对代码展开会很有帮助 —— 比如可以用它来控制把for循环展开若干层深度;或者生成若干个变量的名字。
高级技能可以不学,不过 STRINGIZE,CONCAT,COMMA 要记住,以后总能用得上。
VMD是对PP的一个扩充,提供了对PP中数据和数据结构的操作。比如把PP中的List转换成PP中的Tuple;判断一个输入是不是一个PP的列表;给PP提供了push back, pop back等操作函数。要想用它,你得先用得到PP。
这个库需要C 14及以上的支持。这个库骨骼比较惊奇,基本思路是把类型变成值,经过运算后,再把值变成类型。文档自己也说了,它是MPL和Fusion的混合体。如果你是想实现类似于ducking type这样的特性,那是Hana好用许多。
举个例子:
boost::any a = 'x';
std::string r = switch_(a)(
case_<int>([](auto i) { return "int: "s std::to_string(i); }),
case_<char>([](auto c) { return "char: "s std::string{c}; }),
default_([] { return "unknown"s; })
);
assert(r == "char: x"s);
可以以树的结构来读写XML, JSON, INI和INFO文件。
图像文件的读写库。这个库是Adobe贡献的。
这个库把图像的读写抽象成了Image View和Pixel Iterator/Allocator,这样可以灵活处理像素格式。本身只支持Jpeg,Tiff和Png格式,不过可以挂接其它扩展。
自从有了Lambda之后,Boost心就野了,想支持现代语言普遍支持的并发机制Co-routine。Co-routine的基本思想就是让多个函数共享执行线程,而且可以主动打断自己的执行。对于C 来说,一个基本的实现方法就是到打断的时候,把整个栈(当然还有保存下来的寄存器状态)拷贝出去,然后跳转到其他要执行的函数上;然后要继续执行的时候,再把栈拷贝回来。
Context这个库,就是帮你做上下文保存和切换的事情(当然还有call/cc的实现)。
C 的栈和C相近,基本上直接就是机器和OS上直接支持的栈。所以很明显,这里的Context代码,应该每一代CPU,每个OS、甚至是每个编译器都要来一份的 —— 而且基本上还得用汇编。
然后Boost就真的这么干了。
如你们所见,从1.51开始,Boost正式加入了Context。
有了Context之后,更高层的库就容易实现多了(我不信)。
1.53 开始加入了Coroutine,这个对C 11不是强制要求的。1.55 加入了Coroutine2,并且 Coroutine 停止维护了。只要编译器支持C 11,就应该用后面这个库。
关于这个库其实就三板斧,push type,pull type,yield。但是这文档当年我看了大概快半天的时间,才画出了一个葫芦。这里有个例子:
(待更新)
Fiber和Co-routine在概念上非常相近,API也比较类似。它们都有调用方主动将自己切换出去的过程;并且在Boost上,都是由Context库实现状态保存和切换的。
二者主要的区别在于,Fiber和线程类似是有调度器的,yield之后,控制权交由调度器处理接下来调用哪个fiber;而co-routine是没有调度器的。Co-routine A代码需要把自己yield到Co-routine B上,Co-routine B则可以在适当时候,主动切换回A,或者等执行结束返回A继续执行。 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n4024.pdf www.open-std.org
Http协议的基础库,可以用于开发Http协议的客户端和服务器端。 Socket部分是用ASIO实现。
Fusion类似于STL中的容器、迭代器和算法,只不过它可以工作在 Boost.Tuple和Fusion Map之上。看下面的例子:
// 一个 “vector”(实际上就是tuple),有两个元素一个int一个float
vector<int, float> v(12, 5.5f);
std::cout << at_c<0>(v) << std::endl;
std::cout << at_c<1>(v) << std::endl;
// 这里是一个 "map",不过这个map的key实际上是一个类型而不是一个变量或值。
typedef map<pair<int, char>, pair<double, std::string>> map_type;
map_type m(make_pair<int>('X'), make_pair<double>("Men"));
std::cout << at_key<int>(m) << std::endl;
std::cout << at_key<double>(m) << std::endl;
它提供了和 struct 和 std::tuple 相兼容的视图,同时还能做类似于joint和zip之类的操作。
上面这些库,一些是用来生成匿名函数的,比如bind,lambda和local function,这些用C 11的lambda就能搞定,但是C 11之前就得各种奇技淫巧;还有一些是用于保存不同来源的函数对象的,比如function,member function之类,这些基本上就是C 11的function搞定。最后一个Functional Forward,就是瘸腿版的C 11 perfect forward。
这个东西用于把多个签名的函数打包到一个名字中。看例子就一目了然了:
boost::overloaded_function< const std::string& (const std::string&) , int (int) , double (double)
identity(identity_s, identity_i, identity_d);
// All calls via single identity
function.
BOOST_TEST(identity("abc") == "abc");
BOOST_TEST(identity(123) == 123);
BOOST_TEST(identity(1.23) == 1.23);
但是说老实话,函数重载到底要调用谁难道自己写的时候心理还没有点逼数吗。。。
标准库里面的sort是基于比较排序的,这个库搞了点trick比如基数排序什么的,和标准库中的sort比,它对整数、字符串和浮点都提供了更快的排序实现。
Boost中一共两套Regular Expression的实现,一个是Xpressive,一个是Regex。前者的特点是,有一套方言能够在编译期给整一个DFA出来(当然也能在运行时compile出来,不过这个就没特色了);而后者则只能在运行时整了。
下面是个整个编译期DFA的例子。
sregex re = '$' >> _d >> '.' >> _d >> _d;
// 等价于: $ \d.\d\d
这TM看着就是Spirit的文法啊。按照上古时代的性能评测,Xpressive要快很多。在大部分情况下,Regex就够用了,而且这个库在C 11时代也成为了标准库的一部分,不需要用到Boost中的实现了。
这个库提供了C 中预处理器(Preprocessor)的实现。如果用户在开发一个新的语言编译器/解释器,并且想让这个语言拥有等同于C 11预处理器的功能(包括include,条件编译,宏替换),就可以直接使用这个库。 语法糖与语言扩展
Value Initialized
Serialization
Signals / Signal2
Flyweight
Functional/Factory
In-place factory
Mate State Machine
Statechart
Pool
更新至1.70
关键字,承继关系,语言特性,库依赖,描述(可能包括原理,实现,优缺点,使用建议)