掌握Boost.Asio: C++网络编程实战指南

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《Boost.Asio C++ 网络编程中文版》是一本由John Torjo所著的权威指南，适合C++网络编程初学者和经验丰富的开发者深入学习。作者John Torjo以其在C++领域的丰富经验和广泛影响力，通过本书讲解了如何在C++中利用Boost.Asio库进行高效、灵活的网络编程。全书分为九章，从入门到进阶，涵盖了以下关键知识点： 1. **开始**：首先引导读者进入网络编程的世界，为理解后续章节奠定基础。 2. **第一章：Boost.Asio入门** - 介绍Boost.Asio的基本概念和环境设置，帮助读者熟悉库的核心结构和使用方法。 3. **第二章：Boost.Asio基本原理** - 深入解析Boost.Asio的工作原理，包括事件驱动模型和异步I/O操作，使读者理解其在并发编程中的优势。 4. **第三章：回显服务端/客户端** - 实战演示如何创建简单的回显服务和客户端，展示基础网络通信操作。 5. **第四章：客户端和服务端** - 探索客户端和服务端交互，包括连接管理、数据传输等高级主题。 6. **第五章：同步VS异步** - 对比同步和异步编程模式，讨论何时选择哪种方式，并提供实际代码示例。 7. **第六章：Boost.Asio-其他特性** - 展示Boost.Asio的其他实用功能，如错误处理、多线程支持和性能优化。 8. **第七章：Boost.Asio-进阶** - 进一步探讨更复杂的应用场景，如网络编程的并发控制和高级网络协议的实现。 9. **结束**：总结全文，回顾关键概念，并为读者提供进一步的学习资源和建议。本书适合那些希望通过 Boost.Asio 深入C++网络编程的读者，无论是想要掌握基础还是追求技术提升的开发者。书中还包含了来自Béla Tibor Bartha和Nicolae Ghimbovschi的评审内容，他们分享了各自的专业见解和对书籍质量的认可。无论你是C++新手还是资深开发者，这本书都能帮助你提升在网络编程方面的技能和水平。

打开端口后，你可以把这个串行端口看做一个流，然后基于它使用自由函数对串行端口进行读/写操作。比

如async_read(),write,async_write(),就像下面的代码片段：

chardata[512];

read(sp,buffer(data,512));

Boost.Asio也可以连接到Windows的文件，然后同样使用自由函数，比如read(),asyn_read()等等，就像下

面的代码片段：

HANDLEh=::OpenFile(...);

windows::stream_handlesh(service,h);

chardata[512];

read(h,buffer(data,512));

对于POXIS文件描述符，比如管道，标准I/O和各种设备（但不包括普通文件）你也可以这样做，就像下面

的代码所做的一样：

posix::stream_descriptorsd_in(service,::dup(STDIN_FILENO));

chardata[512];

read(sd_in,buffer(data,512));

一些I/O操作需要一个超时时间。这只能应用在异步操作上（同步意味着阻塞，因此没有超时时间）。例

如，下一条信息必须在100毫秒内从你的同伴那传递给你。

boolread=false;

voiddeadline_handler(constboost::system::error_code&){

std::cout<<(read?"readsuccessfully":"readfailed")<<std::endl;

}

voidread_handler(constboost::system::error_code&){

read=true;

}

ip::tcp::socketsock(service);

…

read=false;

chardata[512];

sock.async_read_some(buffer(data,512));

deadline_timert(service,boost::posix_time::milliseconds(100));

t.async_wait(&deadline_handler);

service.run();

在上述代码片段中，如果你在超时之前读完了数据，read则被设置成true，这样我们的伙伴就及时地通知了

我们。否则，当deadline_handler被调用时，read还是false，也就意味着我们的操作超时了。

Boost.Asio也支持同步计时器，但是它们通常和一个简单的sleep操作是一样

的。boost::this_thread::sleep(500);这段代码和下面的代码片段完成了同一件事情：

计时器

Boost.AsioC++网络编程

15第一章Boost.Asio入门

deadline_timert(service,boost::posix_time::milliseconds(500));

t.wait();

你应该已经发现大部分使用Boost.Asio编写的代码都会使用几个io_service的实例。io_service是这个库里面

最重要的类；它负责和操作系统打交道，等待所有异步操作的结束，然后为每一个异步操作调用其完成处

理程序。

如果你选择用同步的方式来创建你的应用，你则不需要考虑我将在这一节向你展示的东西。你有多种不同

的方式来使用io_service。在下面的例子中，我们有3个异步操作，2个socket连接操作和一个计时器等待操

作：

有一个io_service实例和一个处理线程的单线程例子：

io_serviceservice;//所有socket操作都由service来处理

ip::tcp::socketsock1(service);//allthesocketoperationsarehandledbyservice

ip::tcp::socketsock2(service);sock1.asyncconnect(ep,connect_handler);

sock2.async_connect(ep,connect_handler);

deadline_timert(service,boost::posixtime::seconds(5));

t.async_wait(timeout_handler);

service.run();

有一个io_service实例和多个处理线程的多线程例子：

io_serviceservice;

ip::tcp::socketsock1(service);

ip::tcp::socketsock2(service);

sock1.asyncconnect(ep,connect_handler);

sock2.async_connect(ep,connect_handler);

deadline_timert(service,boost::posixtime::seconds(5));

t.async_wait(timeout_handler);

for(inti=0;i<5;++i)

boost::thread(run_service);

voidrun_service()

{

service.run();

}

有多个io_service实例和多个处理线程的多线程例子：

io_serviceservice[2];

ip::tcp::socketsock1(service[0]);

ip::tcp::socketsock2(service[1]);

sock1.asyncconnect(ep,connect_handler);

sock2.async_connect(ep,connect_handler);

deadline_timert(service[0],boost::posixtime::seconds(5));

t.async_wait(timeout_handler);

for(inti=0;i<2;++i)

boost::thread(boost::bind(run_service,i));

io_service类

Boost.AsioC++网络编程

16第一章Boost.Asio入门

voidrun_service(intidx)

{

service[idx].run();

}

首先，要注意你不能拥有多个io_service实例却只有一个线程。下面的代码片段没有任何意义：

for(inti=0;i<2;++i)

service[i].run();

上面的代码片段没有意义是因为service[1].run()需要service[0].run()先结束。因此，所有由service[1]处理的

异步操作都需要等待，这显然不是一个好主意。

在前面的3个方案中，我们在等待3个异步操作结束。为了解释它们之间的不同点，我们假设：过一会操作1

完成，然后接着操作2完成。同时我们假设每一个完成处理程序需要1秒钟来完成执行。

在第一个例子中，我们在一个线程中等待三个操作全部完成，第1个操作一完成，我们就调用它的完成处理

程序。尽管操作2紧接着完成了，但是操作2的完成处理程序需要在1秒钟后，也就是操作1的完成处理程序

完成时才会被调用。

第二个例子，我们在两个线程中等待3个异步操作结束。当操作1完成时，我们在第1个线程中调用它的完成

处理程序。当操作2完成时，紧接着，我们就在第2个线程中调用它的完成处理程序（当线程1在忙着响应操

作1的处理程序时，线程2空闲着并且可以回应任何新进来的操作）。

在第三个例子中，因为操作1是sock1的connect，操作2是sock2的connect，所以应用程序会表现得像第二

个例子一样。线程1会处理sock1connect操作的完成处理程序，线程2会处理sock2的connect操作的完成处

理程序。然而，如果sock1的connect操作是操作1，deadline_timert的超时操作是操作2，线程1会结束正

在处理的sock1connect操作的完成处理程序。因而，deadline_timert的超时操作必须等sock1connect操

作的完成处理程序结束（等待1秒钟），因为线程1要处理sock1的连接处理程序和t的超时处理程序。

下面是你需要从前面的例子中学到的：

第一种情况是非常基础的应用程序。因为是串行的方式，所以当几个处理程序需要被同时调用时，你

通常会遇到瓶颈。如果一个处理程序需要花费很长的时间来执行，所有随后的处理程序都不得不等

待。

第二种情况是比较适用的应用程序。他是非常强壮的——如果几个处理程序被同时调用了（这是有可

能的），它们会在各自的线程里面被调用。唯一的瓶颈就是所有的处理线程都很忙的同时又有新的处

理程序被调用。然而，这是有快速的解决方式的，增加处理线程的数目即可。

第三种情况是最复杂和最难理解的。你只有在第二种情况不能满足需求时才使用它。这种情况一般就

是当你有成千上万实时（socket）连接时。你可以认为每一个处理线程（运行io_service::run()的线

程）有它自己的select/epoll循环；它等待任意一个socket连接，然后等待一个读写操作，当它发现这

种操作时，就执行。大部分情况下，你不需要担心什么，唯一你需要担心的就是当你监控的socket数

目以指数级的方式增长时（超过1000个的socket）。在那种情况下，有多个select/epoll循环会增加应

用的响应时间。

如果你觉得你的应用程序可能需要转换到第三种模式，请确保监听操作的这段代码（调用io_service::run()

的代码）和应用程序其他部分是隔离的，这样你就可以很轻松地对其进行更改。

Boost.AsioC++网络编程

17第一章Boost.Asio入门

这一章涵盖了使用Boost.Asio时必须知道的一些事情。我们也将深入研究比同步编程更复杂、更有乐趣的异

步编程。

这一部分包含了当使用Boost.Asio编写网络应用程序时必须知道的事情。

Boost.Asio的所有内容都包含在boost::asio命名空间或者其子命名空间内。

boost::asio：这是核心类和函数所在的地方。重要的类有io_service和streambuf。类似read,read_at,

read_until方法，它们的异步方法，它们的写方法和异步写方法等自由函数也在这里。

boost::asio::ip：这是网络通信部分所在的地方。重要的类有address,endpoint,tcp,udp和icmp，重要

的自由函数有connect和async_connect。要注意的是在boost::asio::ip::tcp::socket中间，socket只

是boost::asio::ip::tcp类中间的一个typedef关键字。

boost::asio::error：这个命名空间包含了调用I/O例程时返回的错误码

boost::asio::ssl：包含了SSL处理类的命名空间

boost::asio::local：这个命名空间包含了POSIX特性的类

boost::asio::windows：这个命名空间包含了Windows特性的类

对于IP地址的处理，Boost.Asio提供了ip::address,ip::address_v4和ip::address_v6类。它们提供了相当多

的函数。下面列出了最重要的几个：

ip::address(v4_or_v6_address):这个函数把一个v4或者v6的地址转换成ip::address

ip::address:from_string(str)：这个函数根据一个IPv4地址（用.隔开的）或者一个IPv6地址（十六进制

表示）创建一个地址。

ip::address::to_string()：这个函数返回这个地址的字符串。

ip::address_v4::broadcast([addr,mask]):这个函数创建了一个广播地址ip::address_v4::any()：这个函

数返回一个能表示任意地址的地址。

ip::address_v4::loopback(),ip_address_v6::loopback()：这个函数返回环路地址（为v4/v6协议）

ip::host_name()：这个函数用string数据类型返回当前的主机名。

大多数情况你会选择用ip::address::from_string：

ip::addressaddr=ip::address::from_string("127.0.0.1");

如果你想通过一个主机名进行连接，下面的代码片段是无用的：

//抛出异常

ip::addressaddr=ip::address::from_string("www.yahoo.com");

Boost.Asio基本原理

网络API

Boost.Asio命名空间

IP地址

Boost.AsioC++网络编程

19第二章Boost.Asio基本原理

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