boost--序列化库serialization

2015-08-31 07:56 rangers 阅读(10096) 评论(0) 编辑收藏举报

序列化可以把对象转化成一个字节流存储或者传输，在需要时再回复成与原始状态一致的等价对象。C++标准没有定义这个功能。boost.serialization以库的形式提供了这个功能，非常强大，可以序列化C++中各种类型，而且简单易用。

boost.serialization库必须编译后才能使用。有关boost库的编译可以参考之前的文章windows下编译和安装boost库.

serialization库把存档和类型的序列化完全分离开来，任意的数据类型都可以采用任意格式的存档保存。所以头文件被分别放在了两个目录下：
<boost/archive/>目录的头文件处理序列化的存档表现形式
<boost/serialization>目录里的头文件提供对各种数据类型的序列化能力。

boost.serialization库位于名称空间boost.archive,在使用时必须根据需要包含特定的存档头文件和序列化头文件。
例如：

#include <boost/archive/text_oarchive.hpp> //文本格式输入存档
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp> //文本格式输出存档
#include <boost/serialization/vector.hpp>  //vector的序列化实现头文件
using namespace boost:archive;//打开名称空间

serialization库的三个基本概念：

存档

存档在serialization库中表现为一系列的字节(不一定是ASCII或者二进制)，它对应任意的C++对象，可以持久化保存并在某个时刻恢复成C++对象。

根据存档格式分为：

纯文本格式 text_iarchive text_oarchive

xml格式 xml_iarchive xml_oarchive

二进制格式 binary_iarchive binary_oarchive

根据输入输出存档方向：
输出存档(saving) : 把C++对象序列化为某种格式的字节流

输入存档(loading) ：把某种格式的字节流反序列化为等价的C++对象。

可序列化

只有可序列化的C++类型才能够被序列化为字节流，保存到存档中或这从存档中恢复。
(1) C++基本类型都是可序列化的，如bool、int、double、enum。
(2) 字符串string、wstring是可序列化的
(3) 自定义类型如果有特定形式的成员函数或者自由函数serialize()也是可序列化的。
(4) 可序列化类型的数组也是可序列化的。
(5) 可序列化类型的指针和引用也是可序列化的。
注：serialization库支持标准库里定义的complex bitset valarray pair等
对标准容器支持，包括vector、deque、list、set、map，不支持stack，queue，priority_queue.

序列化和反序列化

序列化和反序列化是两个互逆的过程。
序列化操作符： operator<< operator&
反序列化操作符: operator>> operator&

使用序列化

//序列化
ofstream ofs("serial.txt"); //输出文件流
string str("boost serializaiton");

{
	boost::archive::text_oarchive oa(ofs);//文本输出存档连接到文件流
	oa & str;	//序列化到输出存档
}

//反序列化	
ifstream ifs("serial.txt");//文件输入流
string istr;

{
	boost::archive::text_iarchive ia(ifs); //文本输入存档连接到文件流
	ia & istr;//从输入文档反序列化
}

assert(istr == str);

输出存档(如：text_oarchive)的构造函数需要使用一个输出流，创建输出存档后，就可以使用operator<<或operator&向存档写入对象。

输如存档(如：text_iarchive)构造时要求使用一个输入流，使用operator<<和operator&执行反序列化。

一个简单的序列化操作模版类：

//BoostArchive.h
#ifndef _BOOST_ARCHIVE_H_
#define _BOOST_ARCHIVE_H_
#include <list>
#include <fstream>
#include <string>
#include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
#include <boost/archive/text_oarchive.hpp>

using std::list;
using std::ifstream;
using std::ofstream;
using std::string;

template <class T>
class BoostArchive
{
public:
	typedef T entity_type;
	typedef boost::archive::text_iarchive InputArchive;
	typedef boost::archive::text_oarchive OutputArchive;

	BoostArchive(const string & archive_file_path)
		: _file_path_name(archive_file_path)
		, _p_ofs(NULL)
		, _p_output_archive(NULL)
		, _entity_nums(0)
	{
		load_arvhive_info();
	}
	~BoostArchive()
	{
		close_output();
	}
	//存储一个对象，序列化
	void store(const entity_type & entity);

	//反序列化， 提取所有对象
	bool restore(list<entity_type> & entitys);

	size_t size() const
	{
		return _entity_nums;
	}

private:
	void save_archive_info()	//保存已序列化的对象个数信息
	{
		ofstream ofs;
		ofs.open(get_archive_info_file_path(),std::ios::out | std::ios::trunc);
		if (ofs.is_open())
		{
			ofs << _entity_nums;
		}
		ofs.close();
	}

	void load_arvhive_info()//读取已序列化的对象个数信息
	{
		ifstream ifs;
		ifs.open(get_archive_info_file_path(),std::ios_base::in);
		if (ifs.is_open() && !ifs.eof())
		{
			int enity_num = 0;
			ifs >> enity_num;
			_entity_nums = enity_num;
		}
		ifs.close();
	}

	string get_archive_info_file_path()
	{
		return "boost_archive_info.meta";
	}

	void close_output()
	{
		if (NULL != _p_output_archive)
		{
			delete _p_output_archive;
			_p_output_archive = NULL;
			save_archive_info();
		}
		if (NULL != _p_ofs)
		{
			delete _p_ofs;
			_p_ofs = NULL;
		}
	}

private:
	size_t _entity_nums;
	string _file_path_name;
	ofstream * _p_ofs;
	OutputArchive * _p_output_archive;
};

template <class T>
bool BoostArchive<T>::restore( list<entity_type> & entitys )
{
	close_output();
	load_arvhive_info();
	ifstream ifs(_file_path_name);
	if (ifs)
	{
		InputArchive ia(ifs);
		for (size_t cnt = 0; cnt < _entity_nums; ++cnt)
		{
			entity_type entity;
			ia & entity;
			entitys.push_back(entity);
		}
		return true;
	}
	return false;
}

template <class T>
void BoostArchive<T>::store( const entity_type & entity )
{
	if (NULL == _p_output_archive)
	{
		_p_ofs = new ofstream(_file_path_name);
		_p_output_archive = new OutputArchive(*_p_ofs);
	}
	(*_p_output_archive) & entity;
	++_entity_nums;
}

#endif

自定义类型的序列化

自定义类型可以使用两种方式实现可序列化：侵入式和非侵入式

侵入式可序列化

侵入式方式要求类必须实现如下形式的一个成员函数serialize():

template<typename Archive>
void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)
{
	...
}

第一个参数是被用于序列化或反序列化的存档，第二个参数是一个整型的版本号。在serialize函数内部，应当使用operator& 存取类的所有必要的数据成员。
boost::serialization::access是一个辅助类，声明了一系列的静态成员函数间接调用自定义类的serialize(),存档通过它来完成对自定义类的序列化。一般在自定义类中声明boost::serialization::access为友元来授予访问权限，serialize()设置为private。

侵入式序列化示例：

//自定义类型的序列化 
//侵入式
class Student
{
public:
	Student()
		: _id(-1)
		, _name("")
	{}
	Student(const int id, const string & name)
		: _id(id)
		, _name(name)
	{}

	void add_score(double score)
	{
		_scores.push_back(score);
	}

	double get_avg_score() const
	{
		return (_scores.size() == 0) ? 0 : 
			(std::accumulate(_scores.begin(),_scores.end(),0) / _scores.size());
	}

	string get_student_msg() const
	{
		stringstream ss;
		ss << "\nID: " << _id << "  NAME: " << _name << "\n";
		for (auto iter = _scores.begin(); iter != _scores.end(); ++iter)
		{
			ss << *iter << " ";
		}
		ss << "\nAVG_SCORE: " << get_avg_score();
		return ss.str();
	}

private:
	friend boost::serialization::access;		//声明友元，授予访问权限
	template<typename Archive>
	void serialize(Archive & ar, const unsigned int version) //序列化函数
	{
		ar & _id;
		ar & _name;
		ar & _scores;
	}
private:
	string _name;
	int _id;
	vector<double> _scores;
	
};

测试代码(使用到了上面的辅助类BoostArchive)：

void TestArchive()
{
	Student s1(1,"cm");
	s1.add_score(100);
	s1.add_score(80);
	s1.add_score(90);	

	Student s2(2,"cj");
	s2.add_score(100);
	s2.add_score(90);
	s2.add_score(90);

	Student s3(3,"zj");
	s3.add_score(100);
	s3.add_score(60);
	s3.add_score(90);

	string archive_file_name("students.dat");
	BoostArchive<Student> archive(archive_file_name);
	archive.store(s1);	//序列化
	archive.store(s2);
	archive.store(s3);

	list<Student> list1;
	archive.restore(list1); //反序列化，恢复数据
	for (auto iter = list1.cbegin(); iter != list1.end(); ++iter)
	{
		cout << iter->get_student_msg();
	}
}

非侵入式可序列化

侵入式可序列化的缺点是要修改类定义，添加一些代码。如果某个类定义是无法修改的，就只能使用非侵入的方式，定义一个如下形式的自由函数：

//非侵入式
namespace boost{
namespace serialization{
	template<typename Archive>
	void serialize(Archive & ar, some_class & t, const unsigned int version)
	{
		...
	}
}
}

自由函数serialize()与成员函数serialize类似，多了一个自定义类型的参数t,在函数体内用它来完成序列化和反序列化。因为非侵入式不能访问类的私有成员，所以要求要被序列化的成员为public。
其次为了方便编译器查找自由函数serialize，通常应该定义在名称空间boost::serialization，或boost::archive和自定义类型所在的名称空间。

非侵入式序列化示例：

struct Person
{
	Person()
		:_id(-1)
		, _name("")
	{
	}
	Person(int id, const string & name)
		:_id(id)
		, _name(name)
	{
	}

	string get_msg() const
	{
		stringstream ss;
		ss << _id << "  " << _name;
		return ss.str();
	}

	int _id;
	string _name;
};

//非侵入式
namespace boost{
namespace serialization{
	template<typename Archive>
	void serialize(Archive & ar, Person & p, const unsigned int version)
	{
		ar & p._id;
		ar & p._name;
	}
}

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