C++ Boost Archive超詳細講解

更新時間：2022年12月01日 10:27:04 作者：無水先生

Boost是為C++語言標準庫提供擴展的一些C++程序庫的總稱。Boost庫是一個可移植、提供源代碼的C++庫，作為標準庫的后備，是C++標準化進程的開發(fā)引擎之一，是為C++語言標準庫提供擴展的一些C++程序庫的總稱

一、說明

對Boost.Serialization庫的應用，存在如下內(nèi)容：

Archive
Pointers and References
Serialization of Class Hierarchy Objects
Wrapper Functions for Optimization

Boost.Serialization 庫可以將 C++ 程序中的對象轉(zhuǎn)換為可以保存和加載以恢復對象的字節(jié)序列。有不同的數(shù)據(jù)格式可用于定義生成字節(jié)序列的規(guī)則。 Boost.Serialization 支持的所有格式僅適用于此庫。例如，為 Boost.Serialization 開發(fā)的 XML 格式不應用于與不使用 Boost.Serialization 的程序交換數(shù)據(jù)。 XML 格式的唯一優(yōu)點是它可以使調(diào)試更容易，因為 C++ 對象以可讀格式保存。

二、關于Archive庫

Boost.Serialization 的主要概念是存檔。存檔是表示序列化 C++ 對象的字節(jié)序列?？梢詫ο筇砑拥酱鏅n中以對其進行序列化，然后再從存檔中加載。為了恢復以前保存的 C++ 對象，假定相同的類型。

示例 64.1。使用 boost::archive::text_oarchive

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <iostream>
using namespace boost::archive;
int main()
{
  text_oarchive oa{std::cout};
  int i = 1;
  oa << i;
}

Boost.Serialization 提供歸檔類，例如 boost::archive::text_oarchive，它在 boost/archive/text_oarchive.hpp 中定義。此類可以將對象序列化為文本流。使用 Boost 1.56.0，示例 64.1 將 22 serialization::archive 11 1 寫入標準輸出流。

可以看出，boost::archive::text_oarchive 類型的對象 oa 可以像流一樣使用 operator<< 序列化變量。但是，不應將存檔視為存儲任意數(shù)據(jù)的常規(guī)流。要恢復數(shù)據(jù)，您必須在存儲數(shù)據(jù)時訪問它，并以相同的順序使用相同的數(shù)據(jù)類型。示例 64.2 序列化并恢復一個 int 類型的變量。

示例 64.2。使用 boost::archive::text_iarchive

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace boost::archive;
void save()
{
  std::ofstream file{"archive.txt"};
  text_oarchive oa{file};
  int i = 1;
  oa << i;
}
void load()
{
  std::ifstream file{"archive.txt"};
  text_iarchive ia{file};
  int i = 0;
  ia >> i;
  std::cout << i << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

boost::archive::text_oarchive 類將數(shù)據(jù)序列化為文本流，而 boost::archive::text_iarchive 類從此類文本流中恢復數(shù)據(jù)。要使用這些類，請包含頭文件 boost/archive/text_iarchive.hpp 和 boost/archive/text_oarchive.hpp。

檔案的構造函數(shù)期望輸入或輸出流作為參數(shù)。流用于序列化或恢復數(shù)據(jù)。雖然示例 64.2 訪問文件，但也可以使用其他流，例如字符串流。

示例 64.3。使用字符串流序列化

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace boost::archive;
std::stringstream ss;
void save()
{
  text_oarchive oa{ss};
  int i = 1;
  oa << i;
}
void load()
{
  text_iarchive ia{ss};
  int i = 0;
  ia >> i;
  std::cout << i << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

Example 64.3

示例 64.3 使用字符串流將 1 寫入標準輸出以序列化數(shù)據(jù)。

到目前為止，只有原始類型被序列化。示例 64.4 顯示了如何序列化用戶定義類型的對象。

示例 64.4。使用成員函數(shù)序列化用戶定義的類型

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace boost::archive;
std::stringstream ss;
class animal
{
public:
  animal() = default;
  animal(int legs) : legs_{legs} {}
  int legs() const { return legs_; }
private:
  friend class boost::serialization::access;
  template <typename Archive>
  void serialize(Archive &ar, const unsigned int version) { ar & legs_; }
  int legs_;
};
void save()
{
  text_oarchive oa{ss};
  animal a{4};
  oa << a;
}
void load()
{
  text_iarchive ia{ss};
  animal a;
  ia >> a;
  std::cout << a.legs() << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

為了序列化用戶定義類型的對象，您必須定義成員函數(shù) serialize()。當對象被序列化為字節(jié)流或從字節(jié)流恢復時調(diào)用此函數(shù)。因為 serialize() 用于序列化和恢復，所以除了 operator<< 和 operator>> 之外，Boost.Serialization 還支持運算符 operator&。使用 operator& 時，無需在 serialize() 中區(qū)分序列化和恢復。

序列化或恢復對象時，會自動調(diào)用 serialize()。它永遠不應該被顯式調(diào)用，因此應該被聲明為私有的。如果聲明為私有，則必須將類 boost::serialization::access 聲明為友元，以允許 Boost.Serialization 訪問成員函數(shù)。

可能存在不允許修改現(xiàn)有類以添加 serialize() 的情況。例如，標準庫中的類就是如此。

示例 64.5。使用獨立函數(shù)序列化

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace boost::archive;
std::stringstream ss;
struct animal
{
  int legs_;
  animal() = default;
  animal(int legs) : legs_{legs} {}
  int legs() const { return legs_; }
};
template <typename Archive>
void serialize(Archive &ar, animal &a, const unsigned int version)
{
  ar & a.legs_;
}
void save()
{
  text_oarchive oa{ss};
  animal a{4};
  oa << a;
}
void load()
{
  text_iarchive ia{ss};
  animal a;
  ia >> a;
  std::cout << a.legs() << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

為了序列化不能修改的類型，可以定義獨立函數(shù) serialize()，如示例 64.5 所示。此函數(shù)需要對相應類型的對象的引用作為其第二個參數(shù)。

將 serialize() 作為獨立函數(shù)實現(xiàn)需要可以從外部訪問類的基本成員變量。在示例 64.5 中，serialize() 只能作為獨立函數(shù)實現(xiàn)，因為 legs_ 不再是動物類的私有成員變量。

Boost.Serialization 為標準庫中的許多類提供了 serialize() 函數(shù)。要序列化基于標準類的對象，需要包含額外的頭文件。

示例 64.6。序列化字符串

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <utility>
using namespace boost::archive;
std::stringstream ss;
class animal
{
public:
  animal() = default;
  animal(int legs, std::string name) :
    legs_{legs}, name_{std::move(name)} {}
  int legs() const { return legs_; }
  const std::string &name() const { return name_; }
private:
  friend class boost::serialization::access;
  template <typename Archive>
  friend void serialize(Archive &ar, animal &a, const unsigned int version);
  int legs_;
  std::string name_;
};
template <typename Archive>
void serialize(Archive &ar, animal &a, const unsigned int version)
{
  ar & a.legs_;
  ar & a.name_;
}
void save()
{
  text_oarchive oa{ss};
  animal a{4, "cat"};
  oa << a;
}
void load()
{
  text_iarchive ia{ss};
  animal a;
  ia >> a;
  std::cout << a.legs() << '\n';
  std::cout << a.name() << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

Example 64.6

示例 64.6 通過添加 name_ 擴展類 animal，這是一個 std::string 類型的成員變量。為了序列化此成員變量，必須包含頭文件 boost/serialization/string.hpp 以提供適當?shù)莫毩⒑瘮?shù) serialize()。

如前所述，Boost.Serialization 為標準庫中的許多類定義了 serialize() 函數(shù)。這些函數(shù)在頭文件中定義，這些頭文件的名稱與標準中相應的頭文件相同。因此，要序列化 ??std::string 類型的對象，請包含頭文件 boost/serialization/string.hpp，要序列化 ??std::vector 類型的對象，請包含頭文件 boost/serialization/vector.hpp。要包含哪個頭文件是相當明顯的。

到目前為止被忽略的 serialize() 的一個參數(shù)是版本。此參數(shù)有助于使存檔向后兼容。示例 64.7 可以加載由示例 64.5 創(chuàng)建的存檔。示例 64.5 中動物類的版本不包含名稱。示例 64.7 在加載存檔時檢查版本號，并且僅在版本大于 0 時才訪問名稱。這允許它處理創(chuàng)建時沒有名稱的舊存檔。

示例 64.7。與版本號的向后兼容性

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <utility>
using namespace boost::archive;
std::stringstream ss;
class animal
{
public:
  animal() = default;
  animal(int legs, std::string name) :
    legs_{legs}, name_{std::move(name)} {}
  int legs() const { return legs_; }
  const std::string &name() const { return name_; }
private:
  friend class boost::serialization::access;
  template <typename Archive>
  friend void serialize(Archive &ar, animal &a, const unsigned int version);
  int legs_;
  std::string name_;
};
template <typename Archive>
void serialize(Archive &ar, animal &a, const unsigned int version)
{
  ar & a.legs_;
  if (version > 0)
    ar & a.name_;
}
BOOST_CLASS_VERSION(animal, 1)
void save()
{
  text_oarchive oa{ss};
  animal a{4, "cat"};
  oa << a;
}
void load()
{
  text_iarchive ia{ss};
  animal a;
  ia >> a;
  std::cout << a.legs() << '\n';
  std::cout << a.name() << '\n';
}
int main()
{
  save();
  load();
}

宏 BOOST_CLASS_VERSION 為類分配版本號。示例 64.7 中類動物的版本號為 1。如果未使用 BOOST_CLASS_VERSION，版本號默認為 0。

版本號存儲在存檔中并且是其中的一部分。雖然在序列化期間使用通過 BOOST_CLASS_VERSION 宏為特定類指定的版本號，但在恢復時將 serialize() 的參數(shù)版本設置為存儲在存檔中的值。如果新版本的 animal 訪問包含用舊版本序列化的對象的存檔，則成員變量 name_ 不會被恢復，因為舊版本沒有這樣的成員變量。