boost--序列化库serialization

时间:2022-08-23 17:19:16

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*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

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<<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<<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*函数:

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

*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*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;
}
}