Библиотека Boost C: описание, подробная инструкция по использованию
Библиотека Boost призвана облегчить разработку на языке программирования С. И она с этой задачей очень качественно справляется — это доказано тысячами Си-разработчик ов , которые ее постоянно используют в своих проектах. Библиотека Boost — это не панацея от всех проблем с языком С, но то , что она покрывает все основные потребности разработки на этом языке , — это точно.
Поэтому если вы являетесь молодым Си-разработчиком, то обязательно попробуйте этот инструмент в своих проектах — более опытные Си-разработчики давно о нем знают. Как только ее попробу е те, библиотека Boost С обязательно станет одной из самых используемых и любимых вами.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Что такое Буст контроллер и в чем заключается его работа?
• Буст контроллер (от англ. boost — повышение) — прибор для управления наддувом на турбированном автомобиле. Основное достоинство, что можно установить требуемое давление наддува, и с такой же вернутся к штатному. Он управляет байпасным (защитным) клапаном во впускном коллекторе и служит для кратковременного повышения давления нагнетаемого воздуха. Буст контроллер "зажимает" байпасный клапан и не дает ему стравить излишки воздуха из впускного коллектора. Это позволяет увеличить мощность и крутящий момент при высоких оборотах двигателя.
• Буст контроллеры бывают двух типов: механические и электронные.
В основном современные бустконтроллеры являются электронными, причём в них нередко реализованы весьма сложные алгоритмы управления, учитывающие частоту вращения вала и нагрузку ДВС (двигателя внутреннего сгорания), а также привычки конкретного водителя, благодаря чему такие бустконтроллеры способны заставить турбокомпрессор создавать максимальное давление в кратчайшие сроки.
• Мощность увеличивается ненамного, а нагрузка на детали двигателя возрастает очень сильно. Поэтому установка буст контроллера имеет смысл только если участвовать в соревнованиях. Именно поэтому ставить буст контроллер на стоковый движок не целесообразно, т.к. двигатель не выдержит. Нужна существенная его доработка + замена всех прокладок.
• При повседневной эксплуатации буст контроллер практически бездействует, т.к. давление воздуха, выдаваемое турбиной, ниже порога срабатывания стандартного клапана.
Находим более качественные решения при помощи boost
Каждый C++-разработчик хотя бы слышал о Boost – это, пожалуй, наиболее распространенный набор внешних библиотек, используемый в мире C++. Истоки большинства стандартных библиотек восходят к Boost, поскольку многие разработчики Boost также входят в состав комитета по стандартам C++ и именно они определяют, в каком направлении будет развиваться язык – поэтому можете считать Boost своеобразным дорожным указателем. Возвращаясь к заголовку этой статьи — ‘Boost’ содержит много популярного функционала, вспомогательных библиотек, так, что, если вы столкнулись с какой-нибудь распространенной проблемой – первым делом обращайтесь к Boost, так как велики шансы, что там для вас найдется готовое решение.
Скажу еще несколько слов о синергии между Boost и стандартом C++. Большинство библиотек std – в частности, контейнеры, умные указатели, поддержка многопоточности, регулярные выражения, поддержка файловой системы, кортежи, варианты и многие другие – как правило, портированы из Boost. Этот тренд продолжится, но, поскольку в Boost такое множество разноцелевых библиотек, сейчас не для всех из них найдется место в стандарте, так как они слишком специализированные, зависят от контекста или просто не настолько популярны, чтобы переносить их в сам язык. В этой статье я постараюсь рассказать о некотором подобном функционале, сосредоточившись на тех возможностях, которые пока не входят в стандарт. Я покажу вам некоторые вещи, которые нахожу полезными – и вам, надеюсь, они тоже понравятся.
Контейнеры
Начнем с рассмотрения контейнеров, предлагаемых в Boost, но пока отсутствующих в stl (и которым даже не светит туда попасть). Стоит отметить, что со времен C++11 многие из контейнеров Boost уже портированы. Теперь у нас есть нечто вроде std::unordered_set , std::unordered_map с их неуникальными версиями, которые реализованы на таблицах хеширования, std::array , обертке для массива std::forward_list на чистом С. Название достаточно прозрачное, а в C++20 мы получили std::span , который фактически является классом для представления памяти. Первые реализации всех этих новых типов контейнеров появились в Boost и широко использовались до того, как добрались до ‘stl’. Теперь давайте рассмотрим еще некоторые очень полезные, но не настолько универсальные контейнеры, оставшиеся в Boost .
Векторные типы
Вероятно, из всех типов контейнеров в мире C++ чаще всего используется std::vector . Он предлагает непрерывную динамическую память, в которой может храниться неопределенное количество объектов. Но у такого подхода есть некоторые недостатки: например, добавление новых данных в хранилище будет приводить к тому, что блоки памяти станут выделяться заново. При многочисленных операциях выделения это может серьезно ударить по производительности. Теперь представьте, что мы будем хранить некоторое определенное количество объектов, достаточно небольшое. В таком случае «плата» за выделение и повторное выделение памяти кажется расточительной – ведь мы уже с большей или меньшей уверенностью сможем спрогнозировать, сколько памяти нам понадобится. На такой случай в качестве решения может пригодиться boost::container::small_vector , и вот как вы можете инициализировать такой контейнер:
boost::container::small_vector – отличный выбор на такой случай. Второй аргумент шаблона указывает, сколько объектов может храниться в массиве на стеке, без какого-либо динамического выделения. Похожая структура достижима при помощи std::array , но во втором случае возникает два крупных недостатка. Первый заключается в том, что boost::container::small_vector на самом деле позволяет добавить больше элементов, чем вы указали. В таком случае он выделяет блок динамической памяти и копирует все элементы туда. Такого варианта следует избегать или считать, что он допустим изредка, поскольку статический массив является членом класса, и эта память будет расходоваться зря. Другое преимущество boost::container::small_vector над std::array в том, что у него векторный интерфейс, и он позиционируется как динамический контейнер. Благодаря этому, вы можете с легкостью выяснять, сколько именно объектов на самом деле было инициализировано, и в итоге не получаете какого-либо неопределенного поведения или аварийного завершения, попытавшись управлять ими самостоятельно. boost::container::small_vector обычно может заменить std::vector в имеющемся коде, для этого нужно просто изменить тип переменной. Другой контейнер, похожий на boost::container::small_vector – это boost::container::static_vector , и определяется он примерно так же:
Вся разница в том, что он никогда не выделяет динамическую память. Когда вы добавляете элемент сверх его проходимости, он выбрасывает исключение. Поэтому им следует пользоваться, когда элементов не может быть больше, чем вы указали, а также существует потребность в вектороподобном интерфейсе.
Кольцевой буфер
Еще один пример вспомогательного контейнера из Boost – это boost::circular_buffer . Всякий раз, когда вы хотите создать какой-нибудь простой фреймворк для логирования, или, может быть, ваше приложение собирает какую-нибудь статистику, и в нем нужно хранить фиксированное количество самых новых записей, то кольцевой буфер – то, что нужно. Boost дает нам простое, но разностороннее решение, boost::circular_buffer . Он совместим с интерфейсом контейнеров STL, поэтому считайте его предпочтительнее вашего собственного класса, ведь с таким буфером дальнейшая интеграция с существующим кодом будет гораздо проще.
В вышеприведенном примере мы добавляем в кольцевой буфер три элемента и выводим их на экран. Вывод должен выглядеть так: 1 2 3. После того, как мы добавим значение 4, но буфер уже заполнен, поэтому 1 удаляется из него, и мы видим 2 3 4.
Битовый массив
Есть и еще один очень интересный, хотя и немного странный контейнер: boost::bimap . Он придется кстати, когда требуется искать словарь не только по его ключам, но и по значениям. Чтобы вообразить, что такое битовый массив, и как он работает, можете представить себе два классических словаря, так, что в обоих хранятся одни и те же объекты, но ключи одного – это значения другого, и наоборот. Эта взаимосвязь отлично проиллюстрирована в официальной документации.
Теперь поближе к практике. Левая и правая стороны boost::bimap – это пара множеств с типами, указываемыми пользователем. Благодаря этому мы можем создать очень специализированный контейнер, алгоритмическая сложность у которого с обеих сторон разная. Так, например, если вам нужна уникальная неупорядоченная хеш-таблица слева и упорядоченная неуникальная древовидная структура справа, то можно выбрать unordered_set_of и multiset_of соответственно. Теперь давайте попытаемся создать такой контейнер.
Вставляем четыре пары из строк и целых чисел. Целые числа хранятся в мультимножестве в правой части карты битов, поэтому попытаемся добавить значение 1 дважды. Вывод этого фрагмента кода будет ad , так как и a , и d спарены с 1 .
boost::bimap – отличный способ хранить зависимые пары переменных, доступ к которым должен предоставляться с обеих сторон. В данном случае мы можем определять оптимальные структуры данных для нашего случая использования, а битовый массив отвечает за их реализацию. Это один из самых изощренных и широко доступных контейнеров, который может быть очень мощным, если его использовать рационально.
Токенизатор
Разделение строк – это задача, о которую время от времени спотыкается любой разработчик, а boost::tokenizer предоставляет нам сложное и эффективное решение для этой цели. Можно несколькими способами определить критерии разделения, начиная от простых разделителей символов до метасимволов, смещений и пр. Теперь давайте заглянем в следующий код.
В вышеприведенном примере мы создаем объект-разделитель, который будет определять поведение токенизатора. Первый аргумент «, » использует в качестве разделительных знаков запятые и пробелы, а из окончательного вывода их удаляет. Немного иная ситуация складывается со вторым аргументом «+». Он также выделяет разделительный знак, но мы оставим те, что указаны здесь. Последнее, что мы в нем задали – отбросить пустые токены, поскольку в этом примере они нам не нужны. Окончательный вывод должен выглядеть как String_for_tokenizer_test_C_+_+_ , все токены разделены нижними подчеркиваниями и, как мы видим, запятые и пробелы удалены.
Теперь давайте изменим этот код для другого очень распространенного случая, то есть, для токенизации формата csv. Это проще простого, так как boost::tokenizer это уже поддерживает. Все, что от нас требуется – заменить boost::char_separator на boost::escaped_list_separator . В нем поля по умолчанию разделяются запятыми, причем, различаются случаи, в которых разделяются сами поля, и случаи, когда разделяются части полей.
Вывод вышеприведенной программы выглядит так: Name_Surname_Age_Street,Number,Postal Code,City_
Часть, содержащая адрес, была интерпретирована как одно поле, как и планировалось, причем, с помощью обычного boost::char_separator мы бы этого не сделали.
Сетевая поддержка Boost Asio
Boost Asio (что означает «асинхронный ввод/вывод») – это библиотека, в которой нам предоставляется фреймворк для асинхронной обработки задач. Она часто используется, когда у вас на руках есть функции, на выполнение которых требуется много времени – обычно это функции, обращающиеся к внешним ресурсам. Но в этом разделе мы не будем говорить об очередях задач, асинхронной обработке, таймерах и тому подобном. Мы сосредоточимся на одном из внешних сервисов, который напрямую поддерживается Boost Asio – речь о сетевом взаимодействии. Большое преимущество этого фреймворка в том, что он позволяет писать кроссплатформенные сетевые функции, поэтому вам больше не требуется писать иную реализацию для каждой из ваших целевых систем. У него есть собственная сокетная реализация с поддержкой протоколов транспортного уровня, в частности, TCP , UDP , ICMP , а также шифрования SSL/TLS . Теперь давайте напишем пример, который выполнит безопасное рукопожатие по TCP.
Итак, когда у вас есть установленное соединение, можно вызвать boost::asio::write и boost::asio::read для коммуникации с сервером. Если у вас уже есть опыт работы со, скажем, сокетами POSIX , то вы быстро уловите, как делаются дела в Boost Asio .
Заключение
Целью этой статьи было представить некоторые библиотеки и возможности Boost, которые мне когда-либо пригодились. На самом деле, в Boost есть уже очень много вещей, а в каждом релизе добавляются новые. Например, в версии 1.73, новейшей на момент написания статьи, появилась сериализация JSON и легковесный фреймворк для обработки ошибок, он LEAF . Рекомендую вам самостоятельно следить за нововведениями, поскольку они могут сэкономить вам массу времени на разработку функциональности, которая уже может присутствовать в Boost .