C/C++ 开源库及示例代码

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= 说明 =

本页面汇总俺收集的各种 C 和 C++ 的开源代码库，不定期更新。

如果你发现本页面的开源库有错漏之处，非常欢迎给俺提供反馈——有 GitHub 帐号的同学，可以[https://github.com/programthink/opensource/issues 给俺发 issue]；没帐号的同学，可以去[http://program-think.blogspot.com/ 俺博客]留言。

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= 1 综合性的库 =

Boost

Home：[http://boost.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Boost_%28C%2B%2B_libraries%29 Wikipedia] [https://zh.wikipedia.org/wiki/Boost_C%2B%2B_Libraries 维基百科]

Boost 大概是最重要的第三方 C++ 库。其作者有很多是 C++ 标准委员会的成员。Boost 的很多子库后来都成为 C++ 的标准库。

本页面的其它章节还会继续提及 Boost 在各种领域的应用。

wxWidgets

Home：[https://wxwidgets.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/WxWidgets Wikipedia] [https://zh.wikipedia.org/wiki/WxWidgets 维基百科]

这是一个非常老牌的 C++ 开源 GUI 框架，诞生于1992年。原先叫做 wxWindows，后来因为微软的法律纠纷，改为现名。

它支持的操作系统平台很多（包括嵌入式系统）。

很多开源项目用到它，比如：BitTorrent、aMule、FileZilla、Code::Blocks、Dolphin……

虽然它以 GUI 为主，但是也提供了其它一些辅助功能（比如：进程间通讯、网络、数据库、多媒体……）

Qt

Home：[http://www.qt-project.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Qt_(toolkit) Wikipedia] [https://zh.wikipedia.org/wiki/Qt 维基百科]

这是一个非常老牌的 C++ 开源 GUI 框架，于1995年发布 1.0 版本。原先由 Trolltech 公司维护，后来该公司被 Nokia 收购。

它支持的操作系统平台很多（包括嵌入式系统）。

虽然它以 GUI 为主，但是也提供了其它一些辅助功能（比如：网络、数据库、多媒体、3D引擎……）

APR（Apache Portable Runtime）

Home：[https://apr.apache.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Apache_Portable_Runtime Wikipedia] [https://zh.wikipedia.org/wiki/Apache%E5%8F%AF%E7%A7%BB%E6%A4%8D%E8%BF%90%E8%A1%8C%E6%97%B6 维基百科]

这是由 Apache 社区维护的 C 开源库，主要提供操作系统相关的功能（文件系统、进程、线程、用户、IPC）。此外还提供了一些网络相关的功能。

APR 原先是 Apache Web 服务器的一个组成部分，后来独立出来，成为一个单独的开源项目。

ACE（Adaptive Communication Environment）

Home：[http://www.cse.wustl.edu/~schmidt/ACE.html]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_Communication_Environment Wikipedia] [https://zh.wikipedia.org/wiki/ACE%E8%87%AA%E9%80%82%E9%85%8D%E9%80%9A%E4%BF%A1%E7%8E%AF%E5%A2%83 维基百科]

这是一个跨平台的 C++ 库，提供了一套网络通讯的框架；另外还支持线程、进程和 IPC。

POCO

Home：[http://pocoproject.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/POCO_C%2B%2B_Libraries Wikipedia]

它的名称源自“POrtable COmponents”，是一个基于 C++ 的开源库。

它的功能以网络通讯为主，同时也提供一些其它功能（比如：多线程、进程间通讯、数据库、XML、JSON……）

Dlib

Home：[http://dlib.net/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Dlib Wikipedia]

诞生于2002年的 C++ 开源库，提供了非常多的功能（网络、多线程、GUI、数值计算、图像处理、数据挖掘……）。

它还有一个特色是：同时提供了 Python API

Crypto++

Home：[http://www.cryptopp.com/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Crypto%2B%2B Wikipedia]

它也叫“CryptoPP”或“libcrypto++”，是非常著名的开源加密库，诞生于1995年。基于 C++ 开发，大量用到模板语法。

虽然它以加密为主，但是也提供了其它一些辅助功能（比如：数据压缩、编码解码、计时器…）

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= 2 数据结构 & 算法 =

== 2.1 容器 ==

=== 2.1.1 标准容器 ===

std

C++ 98 标准内置的 STL 提供了如下容器：

* 数组：vector（动态数组）、valarray（针对数值类型特化的 vector）、bitset（储存比特的【固定】数组）

* 链表：list（双向）

* 队列：queue、deque（双端队列）

* 栈：stack

* 映射：map（键值无重复）、multimap（键值可重复）

* 集合：set（元素无重复）、multiset（元素可重复）

[https://en.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B11 C++ 11 标准]新增了如下容器：

* 数组：array（相比 vector，它的 size 是编译时【固定】的）

* 链表：forward_list（相比 list，它是【单向】的）

* 映射：unordered_map、unordered_multimap（相比 map 和 multimap，这俩采用 hash 实现）

* 集合：unordered_set、unordered_multiset（相比 set 和 multiset，这俩采用 hash 实现）

下面几个容器，C++ 标准【没有】包含，但包含在某些知名的 STL 第三方库中（比如 SGI 的 STL）：

* 映射：hash_map、hash_multimap（与 unordered_map、unordered_multimap 相同）

* 集合：hash_set、hash_multiset（与 unordered_set、unordered_multiset 相同）

=== 2.1.2 Lockfree 的容器 ===

（“lock-free”翻译成“锁无关”会引发歧义，所以俺直接用洋文）

Boost.Lockfree

Docs：[http://boost.org/libs/lockfree]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了三种 lock-free 的容器（queue、stack、spsc_queue）。最后这种是“环形缓冲”。

libcds（Concurrent Data Structures）

Home：[http://libcds.sourceforge.net/]

这是一个跨平台的 C++ 开源库，提供了若干 lock-free 的容器。它的 2.0.0 版本，代码重写以支持 C++ 11 标准。

=== 2.1.3 环形缓冲 ===

Boost.CircularBuffer

Docs：[http://boost.org/libs/circular_buffer]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“环形缓冲区”的模板。

“环形缓冲区”可以降低内存分配的开销。俺曾经写过一篇博文推荐环形缓冲区（在“[http://program-think.blogspot.com/2009/04/producer-consumer-pattern-3-circle.html 这里]”）。

代码示例#include

boost::circular_buffer cb(3); // Create with capacity for 3 integers
cb.push_back(1);
cb.push_back(2);
cb.push_back(3);

// The buffer is full now
// pushing subsequent elements will overwrite front-most elements.

cb.push_back(4); // Overwrite 1 with 4.
cb.push_back(5); // Overwrite 2 with 5.
// The buffer now contains 3, 4 and 5.

// Elements can be popped from either the front or the back.
cb.pop_back(); // 5 is removed.
cb.pop_front(); // 3 is removed.

// Leaving only one element with value = 4.
assert(cb[0] == 4);

=== 2.1.4 多维数组 ===

Boost.MultiArray

Docs：[http://boost.org/libs/multi_array]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了任意维的数组。

代码示例——3维数组#include

typedef boost::multi_array array_type;
typedef array_type::index index;
array_type A(boost::extents[3][4][2]);

int values = 0;
for(index i=0; i!=3; ++i)
for(index j=0; j!=4; ++j)
for(index k=0; k!=2; ++k)
A[i][j][k] = values++;

=== 2.1.5 图 ===

Boost.Graph

Docs：[http://boost.org/libs/graph]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，简称 BGL（Boost Graph Library），封装了“图”这种数据结构。

它提供了与 STL 类似的泛型编程风格。

Dlib

Docs：[http://dlib.net/graph_tools.html]

Dlib 前面已经介绍过。它提供了2个类（graph & directed_graph）封装“图”。

== 2.2 对容器的操作 ==

（STL 标准库里面已经实现了很多算法用来操作容器，考虑到本页面已经很长，这里只列举第三方库实现的算法）

Boost.Foreach

Docs：[http://boost.org/libs/foreach]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了通用的遍历，其效果类似于 Python 的 for 循环语法。

有了它，你在遍历时无需声明迭代器变量，也无需关心遍历的容器是何种类型。

代码示例——遍历字符串#include
#include
#include

std::string test(“Hello, world!”); // string 可以视为 char 的容器
BOOST_FOREACH(char ch, test)
{
std::cout << ch;}

== 2.3 字符串处理 ==

=== 2.3.1 字符集 ===

Boost.Locale

Docs：[http://boost.org/libs/locale]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了各种“本地化”的功能。其中就包括字符集编码转换。

代码示例#include
#include

using namespace boost::locale;
std::locale loc = generator().generate(“he_IL.UTF-8”);
std::wofstream file.
file.imbue(loc);
file.open(“hello.txt”);
file << L"שלום!";

POCO.Text

Docs：[http://pocoproject.org/docs/package-Foundation.Text.html]

POCO 前面已经介绍过。它提供了 UTF8/UTF16/UTF32 的转换。

=== 2.3.2 字符串格式化 ===

Boost.Format

Docs：[http://boost.org/libs/format]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“格式化字符串”的功能。相比 ANSI C 的 sprintf() 和 snprintf()，它的格式化功能更强并且更安全。

代码示例#include
#include

using std::cout;
using boost::format;

// 基于“位置指示符”的格式串语法
cout << format("%1% %2% %3% %2% %1%") % "11" % "22" % "333";// 输出如下：// 11 22 333 22 11// 兼容 printf() 的格式串语法cout << format("%s %d") % "price" % 1234;// 输出如下：// price 1234

fmt

Home：[https://github.com/fmtlib/fmt]

这是一个轻量级、类型安全、高性能的字符串格式化库。它也可以用来替代 C++ 标准库中的 IOStreams。

代码示例#include
#include

// 使用 Python 的格式化语法
fmt::print(“Hello, {}!”, “world”);
// 使用 printf 的格式化语法
fmt::printf(“Hello, %s!”, “world”);
// 使用序号参数，
std::string s = fmt::format(“{0} {1} {0}”, “Hello”, “world”);
// 使用命名参数
fmt::print(“Hello, {name}! The answer is {number}. Goodbye, {name}.”,
fmt::arg(“name”, “World”), fmt::arg(“number”, 42));

=== 2.3.3 正则表达式 ===

PCRE（Perl Compatible Regular Expressions）

Home：[http://www.pcre.org/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Perl_Compatible_Regular_Expressions Wikipedia]

这是一个很老牌的正则表达式的库，诞生于1997年。很多知名的开源项目（Apache、PHP、KDE）用到了它。

Boost.Regex

Docs：[http://boost.org/libs/regex]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“正则式”的功能。

注：Boost 的这个子库已经进入 C++ 11 标准。

代码示例——基于正则式进行匹配和替换#include

using std::string;
using namespace boost;

// 正则式匹配的例子
bool validate_card_format(const string& s)
{
const regex e(“(\\d{4}[- ]){3}\\d{4}”);
return regex_match(s, e);
}

// 正则式替换的例子
const regex e(“\\A(\\d{3,4})[- ]?(\\d{4})[- ]?(\\d{4})[- ]?(\\d{4})\\z”);
const string machine_format(“\\1\\2\\3\\4”);
const string human_format(“\\1-\\2-\\3-\\4”);

string machine_readable_card_number(const string& s)
{
return regex_replace(s, e, machine_format, match_default|format_sed);
}

string human_readable_card_number(const string& s)
{
return regex_replace(s, e, human_format, match_default|format_sed);
}

re2

Home：[https://github.com/google/re2]

这是 Google 提供的正则式库，基于 C++。其 API 使用起来很简洁。

有多种脚本语言（Python、Ruby、Perl、Node.js、Erlang、OCaml）提供了对它的封装。

代码示例——基于正则式进行匹配#include

int i;
string s;
assert(RE2::FullMatch(“test:1234”, “(\\w+):(\\d+)”, &s, &i));
assert(s == “test”);
assert(i == 1234);

Oniguruma（鬼车）

Home：[http://www.geocities.jp/kosako3/oniguruma/]

Links：[https://en.wikipedia.org/wiki/Oniguruma Wikipedia]

来自日本的正则式库，基于 C 语言。据说性能很高。

它被用在 Ruby、TextMate、Sublime Text、SubEthaEdit 等软件上。

POCO.RegExp

Docs：[http://pocoproject.org/docs/package-Foundation.RegExp.html]

POCO 前面已经介绍过。它提供了正则表达式的封装类。

Qt.QRegExp

Docs：[http://doc.qt.io/qt-4.8/qregexp.html]

Qt 前面已经介绍过。这是 Qt 中的一个类，提供了“正则式”的功能。

=== 2.3.4 （其它） ===

Boost.StringAlgorithms

Docs：[http://boost.org/libs/algorithm/string]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了各种字符串的算法（替换、合并、拆分、大小写转换、trim……）。

代码示例——字符串合并#include
#include
#include
#include

std::vector v;
// 此处填充 v
std::cout << boost::algorithm::join(v, " ") << '\n';

Boost.Lexical_Cast

Docs：[http://boost.org/libs/lexical_cast]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了各种字符串与其它类型的转换。

注：Boost 的这个子库已经进入 C++ 11 标准。

代码示例#include
#include
#include

std::string s = boost::lexical_cast(123);
std::cout << s << '\n';double d = boost::lexical_cast(s);
std::cout << d << '\n';

== 2.4 内存相关 ==

=== 2.4.1 智能指针 ===

Boost.SmartPointers

Docs：[http://boost.org/libs/smart_ptr]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了几种智能指针。最常用的是“shared_ptr”。

有了智能指针，你就无需操心 new 之后的 delete 了。

注：Boost 的这个子库已经进入 C++ 11 标准。

=== 2.4.2 内存池 ===

Boost.Pool

Docs：[http://boost.org/libs/pool]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“内存池”的功能。

Dlib

Docs：[http://dlib.net/other.html]

Dlib 前面已经介绍过。它提供了内存池（参见文档中以“memory_manager”开头的类）。

APR

Docs：[https://apr.apache.org/docs/apr/trunk/modules.html]

APR 前面已经介绍过。它提供了内存池的功能。

== 2.5 时间 & 日期 ==

Boost.Date_Time

Docs：[http://boost.org/libs/date_time]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了针对“日期 和 时间”的各种处理。

POCO.DateTime

Docs：[http://pocoproject.org/docs/package-Foundation.DateTime.html]

POCO 前面已经介绍过。它提供了若干个日期和时间的封装类（时区转换、格式化字符串、解析时间字符串）。

== 2.6 编码 & 解码 ==

=== 2.6.1 序列化 ===

Boost.Serialization

Docs：[http://boost.org/libs/serialization]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了【可定制的】“序列化”功能。

=== 2.6.2 Base64 ===

[https://en.wikipedia.org/wiki/Base64 Base64] 是一组编码算法的总称。用于把二进制数据编码为文本。

Boost.Serialization

Docs：[http://boost.org/libs/serialization]

Boost 前面已经介绍过。使用前面提到的“Boost.Serialization”，你可以定制采用 Base64 方式进行编码和解码。

Crypto++

Docs：[http://www.cryptopp.com/docs/ref/annotated.html]

Crypto++ 前面已经介绍过。它提供了6个类，分别用于 Base64、Base32、Base16 的编码/解码。

POCO.Streams

Docs：[http://pocoproject.org/docs/package-Foundation.Streams.html]

POCO 前面已经介绍过。它提供了 Base64 和 Base32 的编码/解码。

== 2.7 （其它） ==

=== 2.7.1 随机数 ===

std

ANSI C 在 stdlib.h 中提供了随机数生成函数 rand()。使用前记得先用 srand() 函数播种，否则就傻了。

Boost.Random

Docs：[http://boost.org/libs/random]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“随机数生成”的功能。

相比 ANSI C 的随机数函数，它提供的功能更丰富。

代码示例#include
#include

double SampleNormal(double mean, double sigma)
{
using namespace boost;

// 建立一个 Mersenne twister 随机数产生器，使用当前时间播种
static mt19937 rng(static_cast(std::time(NULL)));

// 选择高斯机率分布
normal_distribution norm_dist(mean, sigma);

// 使用 function 的形式，生成随机数据产生器
variate_generator > normal_sampler(rng, norm_dist);

// 传回样本分布结果
return normal_sampler();
}

Crypto++

Docs：[http://www.cryptopp.com/docs/ref/class_random_number_generator.html]

Crypto++ 前面已经介绍过。它提供了好几个类，用于随机数生成。

=== 2.7.2 UUID ===

Boost.UUID

Docs：[http://boost.org/libs/uuid]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了 UUID 的生成。

代码示例——生成 UUID#include
#include

// uuid 类以 POD 方式实现，可以直接用在 memcpy()
unsigned char uuid_data[16];
boost::uuids::uuid u;
memcpy(&u, uuid_data, 16);

APR

Docs：[https://apr.apache.org/docs/apr/trunk/modules.html]

APR 前面已经介绍过。它提供了 UUID 的生成、格式化成字符串、解析 UUID 字符串。

POCO.UUID

Docs：[http://pocoproject.org/docs/package-Foundation.UUID.html]

POCO 前面已经介绍过。它提供了 UUID 的生成、格式转换。

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= 3 编程范式 =

（这一章节主要针对 C++——“支持多范式”是 C++ 的一大特色）

== 3.1 面向对象编程（OOP） ==

fruit

Home：[https://github.com/google/fruit]

它是 Google 开发的 C++ 库，提供了“依赖注入”（[https://en.wikipedia.org/wiki/Dependency_injection dependency injection]）的框架。

代码示例——一个简单的例子#include
#include

using fruit::Component;
using fruit::Injector;

class Writer
{
public:
virtual void write(std::string str) = 0;
};

class StdoutWriter : public Writer
{
public:
// Like “StdoutWriter() = default;” but also marks this constructor as the
// one to use for injection.
INJECT(StdoutWriter()) = default;

virtual void write(std::string str) override
{
std::cout << str; }};class Greeter{public: virtual void greet() = 0;};class GreeterImpl : public Greeter{private: Writer* writer;public: // Like "GreeterImpl(Writer* writer) {...}" // but also marks this constructor as the one to use for injection. INJECT(GreeterImpl(Writer* writer)) : writer(writer) { } virtual void greet() override { writer->write(“Hello world!\n”);
}
};

Component getGreeterComponent()
{
return fruit::createComponent()
.bind()
.bind();
}

int main()
{
Injector injector(getGreeterComponent());
Greeter* greeter = injector.get();
greeter->greet();
return 0;
}

== 3.2 泛型编程（GP） ==

Boost.TypeTraits

Docs：[http://boost.org/libs/type_traits]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“类型特化”相关的辅助功能。

== 3.3 函数式编程（FP） ==

（不了解“函数式编程”的同学，可以先看[https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%87%BD%E6%95%B8%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E8%AA%9E%E8%A8%80 维基百科]）

Boost.Function

Docs：[http://boost.org/libs/function]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，用来辅助封装函数对象（仿函式）。

注：Boost 的这个子库已经进入 C++ 11 标准。

代码示例——封装标准 C 的函数#include
#include
#include
#include

using namespace std;

boost::function f = atoi;
cout << f("42") << '\n';f = strlen;cout << f("42") << '\n';

Boost.Lambda

Docs：[http://boost.org/libs/lambda]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“匿名函数/无名函数”的功能。

注：Boost 的这个子库已经进入 C++ 11 标准。

代码示例#include
#include
#include
#include

using namespace std;

vector v;
// 此处填充 v
for_each(v.begin(), v.end(), cout << boost::lambda::_1 << "\n");

== 3.4 元编程（Metaprogramming） ==

（不知道何为“元编程”，可以先看[https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%83%E7%BC%96%E7%A8%8B 维基百科]）

Boost.MPL

Docs：[http://boost.org/libs/mpl]

Boost 前面已经介绍过。这是 Boost 的其中一个子库，提供了“模板元编程”的框架。

Dlib

Docs：[http://dlib.net/metaprogramming.html]

Dlib 前面已经介绍过。它提供了“模板元编程”的辅助类。

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