Boost.Asio入门

原文地址：https://mmoaay.gitbooks.io/boost-asio-cpp-network-programming-chinese/content/Chapter1.html

Boost.Asio入门

首先，让我们先来了解一下什么是Boost.Asio？怎么编译它？了解的过程中我们会给出一些例子。然后在发现Boost.Asio不仅仅是一个网络库的同时你也会接触到Boost.Asio中最核心的类——io_service。

什么是Boost.Asio

简单来说，Boost.Asio是一个跨平台的、主要用于网络和其他一些底层输入/输出编程的C++库。

计算机网络的设计方式有很多种，但是Boost.Asio的的方式远远优于其它的设计方式。它在2005年就被包含进Boost，然后被大量Boost的用户测试并在很多项目中使用，比如Remobo(http://www.remobo.com)，可以让你创建你自己的即时私有网络(IPN)的应用，libtorrent(http://www.rasterbar.com/products/libtorrent))一个实现了比特流客户端的库，PokerTH (http://www.pokerth.net)一个支持LAN和互联网对战的纸牌游戏。

Boost.Asio在网络通信、COM串行端口和文件上成功地抽象了输入输出的概念。你可以基于这些进行同步或者异步的输入输出编程。

read(stream, buffer [, extra options])
async_read(stream, buffer [, extra options], handler)
write(stream, buffer [, extra options])
async_write(stream, buffer [, extra options], handler)

从前面的代码片段可以看出，这些函数支持传入包含任意内容（不仅仅是一个socket，我们可以对它进行读写）的流实例。

作为一个跨平台的库，Boost.Asio可以在大多数操作系统上使用。能同时支持数千个并发的连接。其网络部分的灵感来源于伯克利软件分发(BSD)socket，它提供了一套可以支持传输控制协议(TCP)socket、用户数据报协议(UDP)socket和Internet控制消息协议(IMCP)socket的API，而且如果有需要，你可以对其进行扩展以支持你自己的协议。

历史

Boost.Asio在2003被开发出来，然后于2005年的12月引入到Boost 1.35版本中。原作者是Christopher M. Kohlhoff，你可以通过chris@kohlhoff.com联系他。

这个库在以下的平台和编译器上测试通过：

• 32-bit和64-bit Windows，使用Visual C++ 7.1及以上
• Windows下使用MinGW
• Windows下使用Cygwin(确保已经定义 __USE_232_SOCKETS)
• 基于2.4和2.6内核的Linux，使用g++ 3.3及以上
• Solaris下使用g++ 3.3及以上
• MAC OS X 10.4以上下使用g++ 3.3及以上

它也可能能在诸如AIX 5.3，HP-UX 11i v3，QNX Neutrino 6.3，Solaris下使用Sun Studio 11以上，True64 v5.1，Windows下使用Borland C++ 5.9.2以上等平台上使用。（更多细节请咨询www.boost.org）

依赖

Boost.Asio依赖于如下的库：

• Boost.System：这个库为Boost库提供操作系统支持(http://www.boost.org/doc/libs/1_51_0/doc/html/boost_system/index.html)
• Boost.Regex：使用这个库（可选的）以便你重载read_until()或者async_read_until()时使用boost::regex参数。
• Boost.DateTime：使用这个库（可选的）以便你使用Boost.Asio中的计时器
• OpenSSL：使用这个库（可选的）以便你使用Boost.Asio提供的SSL支持。

编译Boost.Asio

Boost.Asio是一个只需要引入头文件就可以使用的库。然而，考虑到你的编译器和程序的大小，你可以选择用源文件的方式来编译Boost.Asio。如果你想要这么做以减少编译时间，有如下几种方式：

在某个源文件中，添加#include "boost/asio/impl/src.hpp"（如果你在使用SSL，添加#include "boost/asio/ssl/impl/src.hpp"）在所有的源文件中，添加#define BOOST_ASIO_SEPARATE_COMPILATION

注意Boost.Asio依赖于Boost.System，必要的时候还依赖于Boost.Regex，所以你需要用如下的指令先编译Boost：

bjam –with-system –with-regex stage

如果你还想同时编译tests，你需要使用如下的指令：

bjam –with-system –with-thread –with-date_time –with-regex –with-serialization stage

这个库有大量的例子，你可以连同本书中的例子一块看看。

重要的宏

如果设置了BOOST_ASIO_DISABLE_THREADS；不管你是否在编译Boost的过程中使用了线程支持，Boost.Asio中的线程支持都会失效。

同步VS异步

首先，异步编程和同步编程是非常不同的。在同步编程中，所有的操作都是顺序执行的，比如从socket中读取（请求），然后写入（回应）到socket中。每一个操作都是阻塞的。因为操作是阻塞的，所以为了不影响主程序，当在socket上读写时，通常会创建一个或多个线程来处理socket的输入/输出。因此，同步的服务端/客户端通常是多线程的。

相反的，异步编程是事件驱动的。虽然启动了一个操作，但是你不知道它何时会结束；它只是提供一个回调给你，当操作结束时，它会调用这个API，并返回操作结果。对于有着丰富经验的QT（诺基亚用来创建跨平台图形用户界面应用程序的库）程序员来说，这就是他们的第二天性。因此，在异步编程中，你只需要一个线程。

因为中途做改变会非常困难而且容易出错，所以你在项目初期（最好是一开始）就得决定用同步还是异步的方式实现网络通信。不仅API有极大的不同，你程序的语意也会完全改变（异步网络通信通常比同步网络通信更加难以测试和调试）。你需要考虑是采用阻塞调用和多线程的方式（同步，通常比较简单），或者是更少的线程和事件驱动（异步，通常更复杂）。

下面是一个基础的同步客户端例子：

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.connect(ep);

首先，你的程序至少需要一个io_service实例。Boost.Asio使用io_service同操作系统的输入/输出服务进行交互。通常一个io_service的实例就足够了。然后，创建你想要连接的地址和端口，再建立socket。把socket连接到你创建的地址和端口。

下面是一个简单的使用Boost.Asio的服务端：

typedef boost::shared_ptr socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // listen on 2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
while ( true) {
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    acc.accept(*sock);
    boost::thread( boost::bind(client_session, sock));
}
void client_session(socket_ptr sock) {
    while ( true) {
        char data[512];
        size_t len = sock->read_some(buffer(data));
        if ( len > 0)
            write(*sock, buffer("ok", 2));
    }
}

首先，同样是至少需要一个io_service实例。然后你指定你想要监听的端口，再创建一个接收器——一个用来接收客户端连接的对象。 在接下来的循环中，你创建一个虚拟的socket来等待客户端的连接。然后当一个连接被建立时，你创建一个线程来处理这个连接。

在client_session线程中来读取一个客户端的请求，进行解析，然后返回结果。

而创建一个异步的客户端，你需要做如下的事情：

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.async_connect(ep, connect_handler);
service.run();
void connect_handler(const boost::system::error_code & ec) {
    // 如果ec返回成功我们就可以知道连接成功了
}

在程序中你需要创建至少一个io_service实例。你需要指定连接的地址以及创建socket。

当连接完成时（其完成处理程序）你就异步地连接到了指定的地址和端口，也就是说，connect_handler被调用了。

当connect_handler被调用时，检查错误代码（ec），如果成功，你就可以向服务端进行异步的写入。

注意：只要还有待处理的异步操作，servece.run()循环就会一直运行。在上述例子中，只执行了一个这样的操作，就是socket的async_connect。在这之后，service.run()就退出了。

每一个异步操作都有一个完成处理程序——一个操作完成之后被调用的函数。 下面的代码是一个基本的异步服务端

using boost::asio;
typedef boost::shared_ptr socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // 监听端口2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
start_accept(sock);
service.run();
void start_accept(socket_ptr sock) {
    acc.async_accept(*sock, boost::bind( handle_accept, sock, _1) );
}
void handle_accept(socket_ptr sock, const boost::system::error_code &
err) {
    if ( err) return;
    // 从这里开始, 你可以从socket读取或者写入
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    start_accept(sock);
}

在上述代码片段中，首先，你创建一个io_service实例，指定监听的端口。然后，你创建接收器acc——一个接受客户端连接，创建虚拟的socket，异步等待客户端连接的对象。

最后，运行异步service.run()循环。当接收到客户端连接时，handle_accept被调用（调用async_accept的完成处理程序）。如果没有错误，这个socket就可以用来做读写操作。

在使用这个socket之后，你创建了一个新的socket，然后再次调用start_accept()，用来创建另外一个“等待客户端连接”的异步操作，从而使service.run()循环一直保持忙碌状态。

异常处理VS错误代码

Boost.Asio允许同时使用异常处理或者错误代码，所有的异步函数都有抛出错误和返回错误码两种方式的重载。当函数抛出错误时，它通常抛出boost::system::system_error的错误。

using boost::asio;
ip::tcp::endpoint ep;
ip::tcp::socket sock(service);
sock.connect(ep); // 第一行
boost::system::error_code err;
sock.connect(ep, err); // 第二行

在前面的代码中，sock.connect(ep)会抛出错误，sock.connect(ep, err)则会返回一个错误码。

看一下下面的代码片段：

try {
    sock.connect(ep);
} catch(boost::system::system_error e) {
    std::cout