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Boost 是一個功能強大、構造精巧、跨平臺、開源并且完全免費的C 程序庫，有著C 準標準庫的美譽。Boost 由C 標準委員會部分成員所設立的Boost 社區開發并維護，使用了許多現代C 編程技術，內容涵蓋字符串處理、正則表達式、容器與數據結構、并發編程、函數式編程、泛型編程、設計模式實現等許多領域，極大地豐富了C 的功能和表現力，能夠使C 軟件開發更加簡捷、優雅、靈活和高效。本書基于2017 年4 月發布的Boost1.64 版，介紹了其中的所有140 余個庫，并且結合C 11/14/17標準詳細、深入地講解了其中數十個庫，同時實現了若干頗具實用價值的工具類和函數，可幫助讀者迅速地理解、掌握Boost 的用法并應用于實際的開發工作。本書內容豐富、結構嚴謹、詳略得當、講解透徹，帶領讀者領略了C 的*前沿技術，相信會是每位C 程序員的必備工具書。

《Boost程序庫完全開發指南深入C "準標準庫（第4版）》內容豐富、結構嚴謹、詳略得當、講解透徹，帶領讀者領略了C 的*前沿技術，相信會是每位C 程序員的必備工具書。

　　推薦序

　　最近一年我電話面試了數十位C 應聘者，慣用的暖場問題是工作中使用過STL 的哪些組件？用過Boost 的哪些組件？得到的答案大多集中在vector、map 和shared_ptr。如果對方是在校學生，我一般會問問vector 或map 的內部實現、各種操作的復雜度，以及迭代器失效的可能場景。如果是有經驗的程序員，我還會追問shared_ptr 的線程安全性、循環引用的后果及如何避免、weak_ptr 的作用等。如果這些都回答得不錯，進一步還可以問問如何實現線程安全的引用計數，如何定制刪除動作等。這些問題讓我能迅速地判別對方的C 水平。我之所以在面試時問到Boost，是因為其中的許多組件確實可以用于編寫可維護的產品代碼。Boost 包含近百個程序庫，其中不乏具有工程實用價值的佳品。每個人口味與技術背景不一樣，對Boost 的取舍也不一樣。就我的個人經驗而言，首先可以使用絕對無害的庫，例如noncopyable、scoped_ptr、static_assert 等，這些庫的學習和使用都比較簡單，容易入手。其次，有些功能自己實現起來并不困難，正好Boost 里提供了現成的代碼，那就不妨一用，比如date_time 和circular_buffer 等。然后，在新項目中，對于消息傳遞和資源管理可以考慮采用更加現代的方式，例如用function/bind 在某些情況下代替虛函數作為庫的回調接口、借助shared_ptr 實現線程安全的對象回調等。這二者會影響整個程序的設計思路與風格，需要通盤考慮，如果正確使用智能指針，在現代C 程序里一般不需要出現delete語句。最后，對某些性能不佳的庫保持警惕，比如lexical_cast。總之，在項目組成員人人都能理解并運用的基礎上，適當引入現成的Boost 組件，以減少重復勞動，提高生產力。Boost 是一個寶庫，其中既有可以直接拿來用的代碼，也有值得借鑒的設計思路。試舉一例：正則表達式庫regex 對線程安全的處理。

　　早期的 RegEx 類不是線程安全的，它把正則表達式和匹配動作放到了一個類里邊。由于有可變數據，RegEx 的對象不能跨線程使用。如今的RegEx 明確地區分了不可變（immutable）與可變（mutable）的數據，前者可以安全地跨線程共享，后者則不行。比如正則表達式本身（basic_regex）與一次匹配的結果（match_results）是不可變的；而匹配動作本身（match_regex）涉及狀態更新，是可變的，于是用可重入的函數將其封裝起來，不讓這些數據泄露給別的線程。正是由于做了這樣合理的區分，RegEx 在正常使用時就不必加鎖。Donald Knuth 在Coders at Work一書里表達了這樣一個觀點：如果程序員的工作就是擺弄參數去調用現成的庫，而不知道這些庫是如何實現的，那么這份職業就沒啥樂趣可言。換句話說，固然我們強調工作中不要重新發明輪子，但是作為一個合格的程序員，應該具備自制輪子的能力。非不能也，是不為也。

　　C/C 語言的一大特點是其標準庫可以用語言自身實現。C 標準庫的strlen、strcpy、strcmp 系列函數是教學與練習的好題材，C 標準庫的complex、string、vector 則是類、資源管理、模板編程的絕佳示范。在深入了解STL 的實現之后，運用STL 自然手到擒來，并能自動避免一些錯誤和低效的用法。

　　對于 Boost 也是如此，為了消除使用時的疑慮，為了用得更順手，有時我們需要適當了解其內部實現，甚至編寫簡化版用做對比驗證。但是由于Boost 代碼用到了日常應用程序開發中不常見的高級語法和技巧，并且為了跨多個平臺和編譯器而大量使用了預處理宏，閱讀Boost 源碼并不輕松愜意，需要下一番工夫。另一方面，如果沉迷于這些有趣的底層細節而忘了原本要解決什么問題，恐怕就舍本逐末了。

　　Boost 中的很多庫是按泛型編程的范式來設計的，對于熟悉面向對象編程的人而言，或許面臨一個思路的轉變。比如，你得熟悉泛型編程的那套術語，如concept、model、refinement，才容易讀懂Boost.Threads 文檔中關于各種鎖的描述。我想，對于熟悉STL 設計理念的人而言，這不是什么大問題。

　　在某些領域，Boost 不是唯一的選擇，也不一定是最好的選擇。比如，要生成公式化的源代碼，我會首選用腳本語言寫一小段代碼生成程序，而不用Boost.Preprocessor；要在C 程序中嵌入領域特定語言，我會首選用Lua 或其他語言解釋器，而不用Boost.Proto；要用C 程序解析上下文無關文法，我會首選用ANTLR 來定義詞法與語法規則并生成解析器（parser），而不用Boost.Spirit。總之，使用Boost 時心態要平和，別較勁去改造C 語言。把它有助于提高生產力的那部分功能充分發揮出來，讓項目從中受益才是關鍵。

　　要學習 Boost，除了閱讀其官方網站的文檔、示例與源碼外，最好能有一本比較全面的中文書在手邊隨時翻閱。對于不諳英文的開發者，這更是可幸之至。您手上這本《Boost 程序庫完全開發指南》是很好的使用指南與參考手冊。作者由淺入深地介紹了Boost 的大部分常用內容，能讓讀者迅速了解Boost，并從中找到自己需要的部分。拿到這本書稿之后，我有粗有細地閱讀了一遍，總體來看，作者水平很高，也相當務實，對C 和Boost 的理解與運用很到位，我從這本書學到了不少新知識。為此，我樂于向希望學習Boost 程序庫的開發者推薦這本靠譜的書。

　　須知功不唐捐，作為一名現代C 程序員，在Boost 上投入的精力定能獲得回報。

　　陳碩

　　《代碼大全》譯者之一

　　中國·香港

　　第4 版前言

　　本書初版面市至今已過去了七年的時間，這些年里我一直在持續關注 Boost/C 的發展和動態，及時更新維護這本書已經成為了我的一種習慣甚至是一種生活方式。隨著C 17的發布，編寫新版的工作也就自然而然地提上了日程。

　　這次修訂的過程也是對自己的一個反省：感覺前幾版有點貪大求全，做的是加法，恨不得把Boost/C 相關的所有細節都列出來，未免顯得有些啰唆，所以這次的第4 版就冷靜了些，開始做減法。在修正筆誤、微調代碼格式、更新date_time、test 等庫之外，刪去了幾個實際價值不是很高的組件，例如scoped_array、swap、tokenizer 等，希望精簡后閱讀起來能夠更加順暢，更方便學習研究。

　　不過也有聲音反映作者對本書的修訂過于武斷任性，覺得刪除的內容看不到了比較可惜。為了彌補新版導致的缺憾，我把之前刪掉的章節都做成了PDF 文件，放到了GitHub 上，感興趣的讀者可以自行下載查閱。

　　祝您閱讀愉快，愿我們C 20 時再相見！

　　羅劍鋒

　　2017 年7 月17 日于 北京 亞運村

　　Boost 程序庫完全開發指南深入C 準標準庫（第4 版）

　　VI

　　第1 版前言

　　屈指算來，接觸C 語言至今已經有十余個年頭了。回首往事，不禁感慨良多。

　　緣起

　　1996 年我上大學最開始學的是Pascal，不得不說，Pascal 嚴謹的程序風格確實很適合作為一門教學語言，然而用于實際開發就不那么合適了（直到出現Delphi）。由于當時學校并未開設C 語言課程，因此在Pascal 課程結束后我就買書自學C/C 語言，并在次年報名計算機軟件專業技術資格和水平考試，靠著一點點編程和考試的天分獲得了高級程序員資質（當年很熱衷考級考證，后來就淡定多了）。雖然有了資格證，但我仍然算是個C 的初學者，對于C 的認識還處于C 的面向過程和簡單的基于對象層次上。

　　新千年伊始我考入了北京理工大學就讀研究生，因為跟導師做項目開始接觸STL 與C 標準庫，大概是2005 年從1.33 版結識了Boost，這才真正領略了C 的精髓。那段時期Java 和C#正在國內大行其道，C 則勢單力薄，有關STL 和C 標準的技術書籍寥寥無幾，而講解Boost 的書更是為零，故對Boost 的學習基本只能靠自己的摸索與實踐。好在Boost自帶的文檔相當豐富（盡管看全英文的資料十分辛苦），而且源碼也寫得比較清晰規范，在熟悉了STL 的基礎上學習Boost 倒也并不算太難。

　　但 Boost 的一個最大的特點就是龐大，功能組件眾多，要想把它全部裝進腦子里融會貫通基本上是不可能的，使用時需要經常查閱英文文檔，相當麻煩。因此，在學習的過程中，我逐漸產生了編寫學習筆記的想法。一開始只是一個簡單的純文本文件，記錄了一些使用經驗的片斷，隨著積累不斷增加，純文本形式已經不能滿足知識整理的需求了，于是我又把這些文字遷移到了Word 文檔里，把使用經驗分類編目，進行較系統的歸納梳理。慢慢地，這份學習筆記居然有了上萬字的規模，成為了一份很好的Boost 備忘參考，在日常的開發工作中給了我很大的幫助就像《設計模式》一書中所說的那樣，捕獲了很多使用Boost 解決問題的實踐經驗，避免了重復發現。不過，這份資料一直僅限于我個人使用，屬于自娛自樂的作品，從未示人。

　　時間一晃到了2010 年1 月份的某天夜里，不知道是什么原因我忽然失眠了，躺在床上翻來覆去怎么也睡不著。突然，一個念頭闖入了腦海：把Boost 開發經驗整理出版吧，讓更多人能夠分享這些知識，正所謂獨樂樂，與眾樂樂，孰樂？這個大膽的想法的出現讓我那天的失眠又延長了幾

羅劍鋒（網名Chrono）在1996年就讀于東北財經大學；1997年開始接觸C/C ；1998年參加計算機軟件專業技術資格和水平考試，獲高級程序員資質；2003年畢業于北京理工大學，獲計算機專業碩士學位。主要研究方向為C/C 、設計模式、高性能網絡服務器開發，業余愛好是閱讀、旅游、欣賞音樂和電影。

目錄
第 0 章導讀 .................................................... 1
0.1 關于本書........................................... 1
0.2 讀者對象........................................... 1
0.3 術語與風格...................................... 2
0.4 語言標準........................................... 3
0.5 本書的結構...................................... 4
0.6 如何閱讀本書.................................. 5
0.7 本書的源碼...................................... 5
第 1 章總論 .................................................... 7
1.1 簡介................................................... 7
1.1.1 獲取方式................................. 8
1.1.2 目錄結構................................. 8
1.1.3 使用方式................................. 9
1.2 開發環境........................................... 9
1.2.1 操作系統和編譯器................10
1.2.2 快捷安裝................................10
1.2.3 完全安裝................................10
1.2.4 定制安裝................................11
1.2.5 編譯驗證................................11
1.3 構建工具..........................................12
1.3.1 安裝方式................................12
1.3.2 構建腳本................................12
1.3.3 構建語言...............................13
1.3.4 構建命令...............................14
1.4 總結..................................................14
第 2 章時間與日期......................................15
2.1 timer 庫概述....................................15
2.2 timer .................................................16
2.2.1 用法.......................................16
2.2.2 類摘要...................................17
2.2.3 使用建議...............................18
2.3 progress_timer .................................18
2.3.1 用法.......................................18
2.3.2 類摘要...................................19
2.4 progress_display..............................19
2.4.1 類摘要...................................20
2.4.2 用法.......................................21
2.4.3 注意事項...............................22
2.5 date_time 庫概述............................23
2.5.1 使用方式...............................23
2.5.2 基本概念...............................24
2.6 處理日期..........................................24
2.6.1 日期.......................................25
2.6.2 創建日期對象........................25
目錄
Boost 程序庫完全開發指南深入C 準標準庫（第4 版）
X
2.6.3 訪問日期................................27
2.6.4 日期的輸出............................28
2.6.5 轉換C 結構...........................29
2.6.6 日期長度................................29
2.6.7 日期運算................................30
2.6.8 日期區間................................31
2.6.9 日期區間運算........................33
2.6.10 日期迭代器..........................34
2.6.11 其他功能..............................35
2.6.12 綜合運用..............................36
2.7 處理時間..........................................38
2.7.1 時間長度................................39
2.7.2 操作時間長度........................40
2.7.3 時間精確度............................42
2.7.4 時間點...................................43
2.7.5 創建時間點對象....................44
2.7.6 操作時間點對象....................44
2.7.7 轉換C 結構...........................45
2.7.8 時間區間................................46
2.7.9 時間迭代器............................46
2.7.10 綜合運用..............................47
2.8 date_time 庫的高級議題...............49
2.8.1 編譯配置宏............................50
2.8.2 自定義字面值........................50
2.8.3 格式化時間............................51
2.8.4 本地時間................................51
2.9 總結..................................................53
第 3 章內存管理...........................................55
3.1 smart_ptr 庫概述.............................55
3.1.1 RAII 機制..............................55
3.1.2 智能指針................................56
3.2 scoped_ptr ........................................57
3.2.1 類摘要...................................57
3.2.2 操作函數................................58
3.2.3 用法.......................................59
3.2.4 對比標準...............................61
3.3 shared_ptr ........................................63
3.3.1 類摘要...................................63
3.3.2 操作函數...............................64
3.3.3 用法.......................................65
3.3.4 工廠函數...............................67
3.3.5 應用于標準容器....................68
3.3.6 應用于橋接模式....................69
3.3.7 應用于工廠模式....................70
3.3.8 定制刪除器............................72
3.3.9 高級議題...............................73
3.4 weak_ptr...........................................76
3.4.1 類摘要...................................76
3.4.2 用法.......................................77
3.4.3 對象自我管理........................78
3.4.4 打破循環引用........................79
3.5 intrusive_ptr.....................................80
3.5.1 類摘要...................................80
3.5.2 用法.......................................81
3.5.3 引用計數器............................82
3.6 pool 庫概述.....................................83
3.7 pool...................................................83
3.7.1 類摘要...................................84
3.7.2 操作函數...............................84
3.7.3 用法.......................................85
3.8 object_pool ......................................86
3.8.1 類摘要...................................86
3.8.2 操作函數...............................86
3.8.3 用法.......................................87
3.8.4 更多的構造參數....................88
3.9 singleton_pool .................................89
3.9.1 類摘要...................................89
3.9.2 用法.......................................90
3.10 pool_alloc ......................................91
目錄
Boost 程序庫完全開發指南深入C 準標準庫（第4 版）
XI
3.11 總結................................................91
第 4 章實用工具...........................................93
4.1 noncopyable.....................................93
4.1.1 原理.......................................94
4.1.2 用法.......................................94
4.1.3 實現.......................................95
4.2 ignore_unused..................................96
4.2.1 基本用法................................96
4.2.2 模板用法................................97
4.3 optional.............................................97
4.3.1 類摘要...................................98
4.3.2 操作函數................................99
4.3.3 用法.....................................100
4.3.4 工廠函數..............................101
4.4 assign..............................................102
4.4.1 list_inserter...........................102
4.4.2 operator =............................103
4.4.3 operator () ............................104
4.4.4 generic_list...........................105
4.4.5 初始化容器..........................106
4.4.6 重復輸入..............................108
4.4.7 操作非標準容器..................109
4.4.8 其他議題..............................110
4.5 tribool .............................................110
4.5.1 類摘要.................................110
4.5.2 用法.....................................111
4.5.3 為第三態更名......................112
4.5.4 輸入/輸出............................113
4.5.5 其他議題..............................113
4.6 operators.........................................114
4.6.1 基本運算概念......................116
4.6.2 算術操作符..........................116
4.6.3 基類鏈...........