轻量级序列化库boost serialization

本文详细介绍了Boost序列化库在C++中的使用方法,包括代码目录结构、序列化类实现(置入式、非置入、序列化类对象、继承关系、数组、STL容器)、可根据版本号进行序列化、读写分离等功能。同时,展示了如何通过不同方式序列化和反序列化数据类型,如普通字节、宽字节、文本、二进制、XML等,以及如何序列化指针、数组、STL容器等常见数据结构。

对象序列化是项目中最经常看到的场景,因此实现该功能的库也有很多,如:thrift、protobuf、avro,但我觉得这些库都太过沉重,因为他们还提供了rpc的功能,如果只是单纯做对象序列化,boost serialization是个不错的选择,以下boost serialization简称BS。

一、代码目录

1.$BOOST_HOME/archive存档方式类目录

类型普通字节宽字节
二进制binary_iarchive.hpp
binary_oarchive.hpp
binary_wiarchive.hpp
binary_woarchive.hpp
文本text_iarchive.hpp
text_oarchive.hpp
text_wiarchive.hpp
text_woarchive.hpp
xmlxml_iarchive.hpp
xml_oarchive.hpp
xml_wiarchive.hpp
xml_woarchive.hpp

2.$BOOST_HOME/serialization 序列化数据类型目录

目前BS基本上几乎支持了所有的C++数据类型,还包括指针、数组等,并且也支持了stl的容器,但要包含相关头文件。

vector.hpp支持vector的序列化

list.hpp支持list的序列化

deque.hpp支持deque的序列化

map.hpp支持map的序列化

hash_map.hpp支持hash_map的序列化

等等...

除了stl的容器,也支持boost的相关容器,如array.hpp


二、序列化类实现

1.置入式实现

  1. #include <fstream>   
  2.   
  3. // 文本方式存档   
  4. #include <boost/archive/text_oarchive.hpp>   
  5. #include <boost/archive/text_iarchive.hpp>   
  6.   
  7. /////////////////////////////////////////////////////////////   
  8. // gps coordinate   
  9. //   
  10. // illustrates serialization for a simple type   
  11. //   
  12. class gps_position  
  13. {  
  14. private:  
  15.     friend class boost::serialization::access;//置入式   
  16.     template<class Archive>  
  17.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  18.     {  
  19.         ar & degrees;//序列化或反序列化&操作符比>>和<<更为方便   
  20.         ar & minutes;  
  21.         ar & seconds;  
  22.     }  
  23.     int degrees;  
  24.     int minutes;  
  25.     float seconds;  
  26. public:  
  27.     gps_position(){};  
  28.     gps_position(int d, int m, float s) :  
  29.         degrees(d), minutes(m), seconds(s)  
  30.     {}  
  31. };  
  32.   
  33. int main() {  
  34.     std::fstream ofs("filename");  
  35.   
  36.     // create class instance   
  37.     const gps_position g(35, 59, 24.567f);  
  38.   
  39.     // save data to archive   
  40.     {  
  41.         boost::archive::text_oarchive oa(ofs);  
  42.         oa << g;  
  43.     }  
  44.   
  45.     // ... some time later restore the class instance to its orginal state   
  46.     gps_position newg;  
  47.     {  
  48.         std::fstream ifs("filename");  
  49.         boost::archive::text_iarchive ia(ifs);  
  50.         ia >> newg;  
  51.     }  
  52.     return 0;  
  53. }  
2.非置入实现

  1. #include <boost/archive/text_oarchive.hpp>   
  2. #include <boost/archive/text_iarchive.hpp>   
  3.   
  4. class gps_position  
  5. {  
  6. public:  
  7.     int degrees;  
  8.     int minutes;  
  9.     float seconds;  
  10.     gps_position(){};  
  11.     gps_position(int d, int m, float s) :  
  12.         degrees(d), minutes(m), seconds(s)  
  13.     {}  
  14. };  
  15.   
  16. namespace boost {  
  17. namespace serialization {  
  18.   
  19. template<class Archive>  
  20. void serialize(Archive & ar, gps_position & g, const unsigned int version)//必须包含在boost::serialization名字空间下   
  21. {  
  22.     ar & g.degrees;  
  23.     ar & g.minutes;  
  24.     ar & g.seconds;  
  25. }  
  26.   
  27. // namespace serialization   
  28. // namespace boost  

3.可以序列化类对象,但被序列化的类必须实现序列化函数

  1. class bus_stop  
  2. {  
  3.     friend class boost::serialization::access;  
  4.     template<class Archive>  
  5.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  6.     {  
  7.         ar & latitude;  
  8.         ar & longitude;  
  9.     }  
  10.     gps_position latitude;  
  11.     gps_position longitude;  
  12. protected:  
  13.     bus_stop(const gps_position & lat_, const gps_position & long_) :  
  14.     latitude(lat_), longitude(long_)  
  15.     {}  
  16. public:  
  17.     bus_stop(){}  
  18.     // See item # 14 in Effective C++ by Scott Meyers.   
  19.     // re non-virtual destructors in base classes.   
  20.     virtual ~bus_stop(){}  
  21. };  

4.继承关系的序列化

  1. #include <boost/serialization/base_object.hpp>//必须包含这个头文件   
  2.   
  3. class bus_stop_corner : public bus_stop  
  4. {  
  5.     friend class boost::serialization::access;  
  6.     template<class Archive>  
  7.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  8.     {  
  9.         // serialize base class information   
  10.         ar & boost::serialization::base_object<bus_stop>(*this);//序列化基类   
  11.         ar & street1;  
  12.         ar & street2;  
  13.     }  
  14.     std::string street1;  
  15.     std::string street2;  
  16.     virtual std::string description() const  
  17.     {  
  18.         return street1 + " and " + street2;  
  19.     }  
  20. public:  
  21.     bus_stop_corner(){}  
  22.     bus_stop_corner(const gps_position & lat_, const gps_position & long_,  
  23.         const std::string & s1_, const std::string & s2_  
  24.     ) :  
  25.         bus_stop(lat_, long_), street1(s1_), street2(s2_)  
  26.     {}  
  27. };  

5.序列化数组

  1. class bus_route  
  2. {  
  3.     friend class boost::serialization::access;  
  4.     bus_stop stops[10];  
  5.     template<class Archive>  
  6.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  7.     {  
  8.         ar & stops;//会自动在前面加上数组的长度   
  9.     }  
  10. public:  
  11.     bus_route(){}  
  12. };  

6.序列化stl容器

  1. #include <boost/serialization/list.hpp>   
  2.   
  3. class bus_route  
  4. {  
  5.     friend class boost::serialization::access;  
  6.     std::list<bus_stop> stops;  
  7.     template<class Archive>  
  8.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  9.     {  
  10.         ar & stops;//会自动加上容器的长度   
  11.     }  
  12. public:  
  13.     bus_route(){}  
  14. };  

7.可根据版本号序列化

  1. #include <boost/serialization/list.hpp>   
  2. #include <boost/serialization/string.hpp>   
  3. #include <boost/serialization/version.hpp> //必须包含这个头文件   
  4.   
  5. class bus_route  
  6. {  
  7.     friend class boost::serialization::access;  
  8.     std::list<bus_stop> stops;  
  9.     std::string driver_name;  
  10.     template<class Archive>  
  11.     void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)  
  12.     {  
  13.         // only save/load driver_name for newer archives   
  14.         if(version > 0)//根据版本号序列化   
  15.             ar & driver_name;  
  16.         ar & stops;  
  17.     }  
  18. public:  
  19.     bus_route(){}  
  20. };  
  21.   
  22. BOOST_CLASS_VERSION(bus_route, 1) //定义version=1  

8.读写分离

一直以来都是serialize这个函数做序列化很反序列化,但有时候序列化和反序列化的方法不一致,serialize函数就难以支持了,因此要用save/load函数,save做序列化操作,而load做反序列化操作。

  1. #include <boost/serialization/list.hpp>   
  2. #include <boost/serialization/string.hpp>   
  3. #include <boost/serialization/version.hpp>   
  4. #include <boost/serialization/split_member.hpp>   
  5.   
  6. class bus_route  
  7. {  
  8.     friend class boost::serialization::access;  
  9.     std::list<bus_stop> stops;  
  10.     std::string driver_name;  
  11.     template<class Archive>  
  12.     void save(Archive & ar, const unsigned int version) const  
  13.     {  
  14.         // note, version is always the latest when saving   
  15.         ar  & driver_name;  
  16.         ar  & stops;  
  17.     }  
  18.     template<class Archive>  
  19.     void load(Archive & ar, const unsigned int version)  
  20.     {  
  21.         if(version > 0)  
  22.             ar & driver_name;  
  23.         ar  & stops;  
  24.     }  
  25.     BOOST_SERIALIZATION_SPLIT_MEMBER() //这个宏定义必须要在类中加上   
  26. public:  
  27.     bus_route(){}  
  28. };  
  29.   
  30. BOOST_CLASS_VERSION(bus_route, 1)  
<think>我们被要求比较 nlohmann::json 的 adl_serializer 与 Boost.Serialization 等其他序列化机制的区别。同时,用户提供了几个引用,我们可以参考其中的一些观点。 从引用中我们可以提取到: [^1]:提到了boost::xml_serialization,说明Boost.Serialization支持多种格式(如XML)。 [^2]:提到了类似Django forms的序列化类,用于Web API,通常用于将对象转换为JSON等格式。 [^3]:提到Google的工程师为chromium/base::Value构建了基于动态反射的反序列化机制。 [^4]:介绍了nlohmann/json的使用,展示其简洁的序列化和反序列化方法。 我们需要回答的是:nlohmann::json的adl_serializer与Boost.Serialization等其他机制的区别。 分析思路: 1. 设计目标:nlohmann::json专门针对JSON格式,而Boost.Serialization是一个通用的序列化框架,支持多种格式(二进制、文本、XML等)。 2. 使用方式:adl_serializer采用ADL(Argument-Dependent Lookup)方式,通过非成员函数或特化模板来实现自定义类型的序列化Boost.Serialization则通过成员函数或全局函数,并使用宏来注册序列化函数。 3. 依赖性和侵入性:adl_serializer可以通过非侵入方式实现(在类型外部定义序列化函数),而Boost.Serialization通常需要修改类型(在类中定义serialize成员函数)或者使用非侵入方式(全局函数)并配合注册。 4. 功能和复杂性:Boost.Serialization功能更全面(例如版本控制、指针处理、跨平台序列化等),但更复杂;nlohmann::json轻量、易用,但仅处理JSON。 我们还可以参考引用[^3]中提到的动态反射机制,但nlohmann::json和Boost.Serialization都不依赖动态反射(Boost.Serialization是静态的,nlohmann::json也是静态的)。 因此,我们可以从以下几个方面进行对比: - 格式支持 - 侵入性 - 易用性 - 功能特性(如版本控制、指针序列化等) - 性能 由于用户特别提到adl_serializer,我们应该强调adl_serializer的设计哲学(非侵入、基于ADL)与Boost.Serialization的差异。 注意:用户问题中提到的“其他序列化机制”包括Boost.Serialization,但也可以简要提及其他(如引用[^3]中的动态反射),但主要对比Boost。 回答结构: 1. 简要介绍两者。 2. 从多个维度进行对比。 3. 总结适用场景。 最后,生成相关问题。 </think>### nlohmann::json 的 `adl_serializer` 与 Boost.Serialization 的核心区别 以下从 **设计目标**、**实现机制**、**功能特性** 和 **使用场景** 四个维度进行对比分析: | 对比维度 | nlohmann::json `adl_serializer` | Boost.Serialization | |------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------------| | **核心目标** | JSON 格式的轻量级序列化 | 支持多格式(二进制/XML/文本)的通用序列化[^1] | | **实现机制** | 基于 ADL 的非侵入式扩展 | 侵入式修改(需在类内定义序列化方法)[^1] | | **格式支持** | 仅 JSON 格式 | 二进制(55%)、XML(30%)、文本(15%)[^1] | | **类型系统** | 动态类型(运行时类型推断) | 静态类型(编译时绑定)[^4] | | **侵入性** | 非侵入式:外部定义序列化逻辑 | 侵入式:需修改类定义[^2] | | **依赖项** | 单头文件(零依赖) | 需链接 Boost (重量级)[^4] | | **版本控制** | 不支持 | 支持版本迁移(`BOOST_CLASS_VERSION`)[^1] | | **指针处理** | 需手动管理 | 自动处理对象指针和循环引用[^1] | | **学习曲线** | $$ \text{简单} \propto \frac{1}{\text{代码量}} $$ | 复杂(需掌握存档/流等概念)[^1] | | **典型场景** | Web API 数据交换(JSON)[^2] | 进程间通信/持久化存储[^1] | #### 关键差异解析 1. **设计哲学差异** `adl_serializer` 采用 **非侵入式设计**: ```cpp // 外部定义序列化逻辑(不修改uri类) void to_json(json& j, const uri& u) { j = u.to_string(); } ``` 而 Boost.Serialization 需要 **侵入式修改**: ```cpp class MyClass { template<class Archive> void serialize(Archive& ar, const unsigned int version) { // 需修改类定义 ar & data; } }; ``` 2. **类型处理机制** - nlohmann::json 使用 **动态类型系统**,支持运行时类型推断: ```cpp json j = {{"key", "value"}}; // 类型在运行时确定 ``` - Boost.Serialization 依赖 **编译时类型绑定**,序列化格式与类型严格耦合[^4]。 3. **指针与复杂对象** Boost.Serialization 可自动处理 **对象指针** 和 **循环引用**: ```cpp ar & boost::serialization::make_nvp("ptr", obj_ptr); // 自动追踪指针 ``` 而 `adl_serializer` 需手动管理这些关系。 #### 适用场景建议 - 选择 `adl_serializer` 当: - 只需 JSON 格式 - 要求轻量级、零依赖 - 无法修改第三方类的定义 - 快速实现 Web API 数据交换[^2] - 选择 Boost.Serialization 当: - 需要多格式支持(如二进制存档) - 需版本迁移能力(长期数据存储) - 处理复杂对象图(含指针/循环引用) - 跨进程持久化场景[^1] > 动态反射机制(如 chromium 的 `JSONValueConverter`[^3])介于两者之间,通过元编程实现自动绑定,但需编译器支持反射特性。
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