Boost (C++函式庫)

Boost C++ Libraries

File:Boost.png
目前版本	1.80.0（2022年8月10日​（2022-08-10））
原始碼庫	{{URL|example.com|可选的显示文本}}
引擎
類型	函式庫
特許條款	Boost特許條款
網站	www.boost.org

Boost C++ 函式庫（Libraries）是一組擴充C++功能的經過同行評審（Peer-reviewed）且開放原始碼程式庫。大多數的函數為了能夠以開放原始碼或者封閉專案的方式運作，而特許於Boost軟件特許條款（Boost Software License）之下。許多Boost的開發人員是來自C++標準委員會，而部份的Boost函式庫成為C++的TR1標準之一。

為了要確保函式庫的效率與彈性，Boost廣泛的使用C++模板功能。而它是針對各式領域的C++用戶與應用領域（Application Domain）上，包含的函式庫類別從smart_ptr這種類通用函式庫，到boost-filesystem這種檔案系統的作業系統抽象層，甚至能夠利用Boost來開發額外的函式庫或是給進階的C++用戶利用，例如MPL。

內容

• 演算法
• 平行計算
  • thread（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 線程
  • context（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 用戶層級上下文交換
• 容器
  • array（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - STL的陣列容器
  • Boost Graph Library (BGL)（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 通用的圖容器，組件和演算法
  • multi-array（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - N維陣列
  • multi-index containers（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 多索引容器
  • pointer containers（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 指標容器
  • property map - 屬性Map
  • variant（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 安全的，基於泛型的，支援訪問者模式的聯合
  • fusion（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 基於tuple的容器和演算法集合
• 正當性與測試
  • concept check（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 檢查模板參數是否滿足模板的要求
  • static assert（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 編譯期的斷言檢查
  • Boost Test Library - C++ 單元測試框架
• 資料結構
  • dynamic_bitset（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - std::bitset-的動態轉型
• 仿函數與高階函數（含無名関數）
  • bind（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） and mem_fn（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 函數的綁定
  • function（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 函數。
  • functional（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - C++標準函數之強化。包含以下的內容。
    • function object traits（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
    • negators（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
    • binders（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
    • adapters for pointers to functions（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
    • adapters for pointers to member functions（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  • hash（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - C++ Technical Report 1（TR1）定義的雜湊表
  • lambda（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - λ演算的實作
  • ref（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 標準C++參照（call by reference）的加強、特別強化與函數的呼叫
  • result_of（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 函數型別與回傳值
  • signals2（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 訊號和槽回呼的實現寄存
• 泛型
• 圖
• I/O
• 語言之間的支援（Python用）
• 迭代器
  • iterators（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  • operators（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  • tokenizer（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 數學和計算
• 主記憶體（memory）
  • pool（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 主記憶體池，boost提供4種主記憶體池模型供使用：pool、object_pool、singleton_pool、pool_allocator/fast_pool_allocator
  • smart_ptr（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - boost的smart_ptr中提供了4種智能指標，作為std::auto_ptr的補充
    • scoped_ptr - 具範疇指標，與std::auto_ptr類似，但不能轉讓所有權，用於確保離開範疇能夠正確地刪除動態分配的對象
    • scoped_array - 配合scoped_ptr使用
    • shared_ptr -
    • shared_array - 配合shared_ptr使用
    • weak_ptr - shared_ptr 的觀察者，避免shared_ptr循環參照，是一種輔助指標
    • intrusive_ptr - 比 shared_ptr 更好的智能指標
  • utility（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 以下是utility類型的定義。
    • base from member idiom -
    • checked delete（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 保證在摧毀一個對象時，必須對該對象的類型有充份了解
    • next and prior functions（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） -
    • noncopyable（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 把copy constructor和assign operaotr 宣告為private，不加以實現
    • addressof（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 用於獲得變量的地址
    • result_of（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 指涉函數回返型別
• 序列化
• 語法剖析器
• 預處理元程式設計
• 字串與文字處理（正則表達式等）
  • lexical_cast - lexical_cast 類別模板
  • format（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 文字格式化，類似printf
  • iostreams（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 新式iostream的補強
  • regex - 正規表示法（Regular expression）
  • Spirit - 根據EBNF規則對檔案進行分析
  • string algorithms（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 文字列演算法
  • tokenizer（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 把字串序列分解成一系列標記（tokens）
  • wave（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） -
• 模板元程式設計（Template Metaprogramming）
  • mpl（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 模板元程式設計框架
  • static assert（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 靜態斷言
  • type traits - 型別的基本屬性的模板
• 其他

範例

現有的 Boost 包含大約150種不同的函式庫，以下面幾項做範例：

線性代數 – uBLAS

Boost 包含了 uBLAS 線性代數函式庫，能夠藉由基本函式庫子函數（BLAS）來支持向量與矩陣形運算。

• 此範例表示如何矩陣與向量作乘積：

 
#include <boost/numeric/ublas/vector.hpp>
#include <boost/numeric/ublas/matrix.hpp>
#include <boost/numeric/ublas/io.hpp>
#include <iostream>

using namespace boost::numeric::ublas;

/* 举例 "y = Ax"  */
int main () 
{
      vector<double> x (2);
      x(0) = 1; x(1) = 2;
 
      matrix<double> A(2,2);
      A(0,0) = 0; A(0,1) = 1;
      A(1,0) = 2; A(1,1) = 3;

      vector<double> y = prod(A, x);

      std::cout << y << std::endl;
      return 0;
}

亂數產生 – Boost.Random

Boost 也提供獨立分佈的模擬隨機與 PRNG 獨立性的機率分佈，而這些能夠具體的建立產生器。

• 此範例表示如何使用 Mersenne Twister 演算法來產生隨機

#include <boost/random.hpp>
#include <ctime>

using namespace boost;

double SampleNormal (double mean, double sigma)
{
    // 建立一个 Mersenne twister 随机数产生器
    // 使用 Unix 时间设定 seed
    static mt19937 rng(static_cast<unsigned> (std::time(0)));

    // 选择高斯机率分布
    normal_distribution<double> norm_dist(mean, sigma);

    // 使用 function 的形式，生成随机数据产生器
    variate_generator<mt19937&, normal_distribution<double> >  normal_sampler(rng, norm_dist);

    // 传回样本分布结果
    return normal_sampler();
}

更詳細的說明請參閱 Boost 亂數庫（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）。

多線程 – Boost.Thread

範例碼演示建立線程：

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

using namespace std; 

void hello_world() 
{
  cout << "Hello world, I'm a thread!" << endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
  // 開始一條使用 "hello_world" function 的新執行緒
  boost::thread my_thread(&hello_world);
  // 等待執行緒完成工作
  my_thread.join();
  
  return 0;
}

• Introduction to Boost.Threads（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） in Dr. Dobb's Journal. (2002)
• Boost.Threads API reference（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）。
• threadpool library（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） based on Boost.Thread

外部連結

• Boost 官方網站（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Smart Pointers to boost your code
• Building Boost libraries（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Boost 中文翻譯（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 線上閱讀