C++ Library

天大地大妈咪最大 提交于 2019-12-28 20:32:22

C++ Library

Boost

Boost 是一个功能强大、构造精巧、跨平台、开源并且完全免费的 C++ 程序库。C++11 标准库中有三分之二来自 Boost 库,Boost 库建立在“既有的实践”之上并提供参考实现,大大增强了 C++ 的功能和表现力。

安装 Boost 库

  • 官网下载 Boost 源码压缩包
  • tar -jxvf boost_1_69_0.tar.gz2,解压。
  • ./bootstrap.sh,编译前配置工作。
  • sudo ./b2 install,正式编译并安装,也可以分为两步:
    • ./b2,编译。
    • sudo ./b2 install,安装。

相关头文件被默认安装在/usr/local/include中,相关库文件默认安装在/usr/local/lib中。

Boost 库大多数组件不需要编译链接,在自己的源码中直接包含头文件即可。剩下的少量库(如 thread,date_time)必须编译成静态库或者动态库,并在构建时指定链接选项。

使用 Boost 库

使用非编译库

大多数库均为非编译库,直接在源代码中包含相应的头文件即可。

编译命令为g++ demo.cpp

#include <boost/version.hpp>
#include <boost/config.hpp>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout<< BOOST_VERSION<<endl; //版本号
    cout<< BOOST_LIB_VERSION<<endl;
    cout<< BOOST_PLATFORM<<endl; //操作系统
    cout<< BOOST_COMPILER<<endl;
    cout<< BOOST_STDLIB<<endl;

	return 0;
}

使用编译库

对于有少量的 Boost 库,是必须在编译时指定对应的链接选项的,如boost_system, pthread等,相关的需要编译的库可以使用命令./bootstrap.sh --show-libraries查看。

编译命令为g++ demo.cpp -l编译库名

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void func(int num)
{
	while (true)
	{
		cout << num << endl;
	}
}

int main()
{
	thread t1(func, 1);
	thread t2(func, 2);

	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

Base64 编解码

Base64 是一种用 64 个字符来表示任意二进制数据的方法。在用记事本打开 exe、jpg、pdf 这些文件时,会看到一大堆乱码,这是因为二进制文件包含很多无法显示和打印的字符,所以如果要让记事本这样的文本处理软件能处理二进制数据,就需要一个二进制到字符串的转换方法。
Base64 是一种最常见的二进制编码方法,它是一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法,从本质上看 Base64 编码就是将三字节转四字节(将原来字符的二进制编码重新进行 6 位一编码,而不是 8 位一编码),长度增加 33%,如果数据的长度不是 3 的整数倍,就要在后面补 0 再计算,每补 2 个 0 就在 Base64 串后加上 1 个=,可以理解最多增加 4 个 0,即 2 个=。虽然数据长度增加了,但是编码后的文本数据可以直接显示。

由于 boost 库良好的封装,所以使用 boost 来完成 Base64 编码解码非常方便,如下。

/**
 * base64编码算法
 * 输入:data,待编码数据
 * 输出:data被base64编码后的字符串。"KuSCRlicg30QVTChBdToXlYhREDPxdkDiKNgfHYiDWU="
 */
std::string get_base64_encode(const std::string &data)
{
	typedef boost::archive::iterators::base64_from_binary<boost::archive::iterators::transform_width<std::string::const_iterator, 6, 8>> Base64EncodeIterator;

	std::stringstream result;

	std::copy(Base64EncodeIterator(data.begin()), Base64EncodeIterator(data.end()), std::ostream_iterator<char>(result));
	size_t equal_count = (3 - data.length() % 3) % 3;
	for (size_t i = 0; i < equal_count; i++)
	{
		result.put('=');
	}

	return result.str();
}

/**
 * base64解码算法
 * 输入:data,待解码数据
 * 输出:data被base64解码后的字符串
 */
std::string get_base64_decode(const std::string &data)
{
	typedef boost::archive::iterators::transform_width<boost::archive::iterators::binary_from_base64<std::string::const_iterator>, 8, 6> Base64DecodeIterator;

	std::stringstream result;

	// !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
	// Base64编码原理是把3字节的二进制数据编码为4字节的文本数据,长度增加33%。
	// 如果要编码的二进制数据不是3的倍数,会在最后剩下1个或2个字节用\x00字节在末尾补足,然后在编码的末尾加上1个或2个=号。
	// 所以在Base64解码中会将=号解码为\0,这对文本无影响,但是对音频,图像等其他二进制数据有影响,所以需要手动将=去除再解码。
	// !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
	std::string temp = data;
	while (temp[temp.size() - 1] == '=')
	{
		temp.erase(temp.size() - 1);
	}

	std::copy(Base64DecodeIterator(temp.begin()), Base64DecodeIterator(temp.end()), std::ostream_iterator<char>(result));

	return result.str();
}

在 decode 的时候,得出的解码后的 string 的 size 有的时候会比源多一个或两个长度,并且为\0。这是因为如果要编码的二进制数据不是 3 的倍数,会在最后剩下 1 个或 2 个字节用\x00 字节在末尾补足,然后在编码的末尾加上 1 个或 2 个=号。在编码时,补的=号会被解码为\0。

Openssl

Openssl 是一个开源的代码库,包括 SSL 协议库,应用程序和密码算法库,主要适用于 C/C++开发,内置许多加密算法。

安装 Openssl 库

Ubuntu 18.04 内置了 1.1.0 版本的 Openssl,可以使用openssl version查看版本。也可以像其他软件一样更新之,sudo apt install opensll

但是以上的 Openssl 只能用于终端,并不能用于编程,需要安装 Openssl 的开发环境:

  • sudo apt install libssl-dev
  • 相关头文件被安装/usr/include/openssl中,也可以软链接到/usr/local/include中,相关库文件默认安装在/usr/lib/x86_64-linux-gnu/中。

使用 Openssl 库

一般使用 Openssl 是使用其中的密码算法,它的密码算法都必须链接libcrypto.so链接库;如果使用的是ssl协议,则需要链接libssl.so链接库。

编译命令为g++ demo.cpp -lcrypto

#include <openssl/sha.h>
#include <openssl/md5.h>

/**
 * md5算法,对data进行认证处理
 * 输入:data,待md5的数据
 * 输出:128位字符的散列值,为方便处理,输出时转换为了十六进制的string
 */
std::string get_md5(const std::string &data)
{
	unsigned char *result = new unsigned char[20];

	MD5_CTX ctx;
	MD5_Init(&ctx);
	MD5_Update(&ctx, data.c_str(), data.size());
	MD5_Final(result, &ctx);

	char *buf = new char[32];
	for (int i = 0; i < MD5_DIGEST_LENGTH; i++)
	{
		sprintf((char *)&buf[i * 2], "%02x", result[i]);
	}

	return std::string(buf, MD5_DIGEST_LENGTH * 2);
}

/**
 * sha256算法
*/
string sha256(const string str)
{
	char buf[10];
	unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];
	SHA256_CTX sha256;
	SHA256_Init(&sha256);
	SHA256_Update(&sha256, str.c_str(), str.size());
	SHA256_Final(hash, &sha256);
	string NewString = "";
	for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++)
	{
		sprintf(buf, "%02x", hash[i]);
		NewString = NewString + buf;
	}
	return NewString;
}

/**
 * hmac_sha256算法,利用key对data进行加密认证处理
 * 输入:data,待sha256的数据;key,mac的密钥
 * 输出:256位加密字符,为方便处理,输出时转换为了string
 */
std::string get_hmac_sha256(const std::string &data, const std::string &key)
{
	unsigned char *result = new unsigned char[40];
	unsigned int result_len = 0;

	HMAC_CTX *ctx = HMAC_CTX_new();
	HMAC_Init_ex(ctx, key.c_str(), key.size(), EVP_sha256(), NULL);
	HMAC_Update(ctx, (unsigned char *)data.c_str(), data.size());
	HMAC_Final(ctx, result, &result_len);
	HMAC_CTX_free(ctx);

	// !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
	// 不可以return string(result),string的构造函数不接受unsigned char *
	// 不可以直接 return (char *)result
	// 因为result后面还有空余字符,加密的值要严格控制在result_len的长度范围内
	// !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
	return std::string((char *)result, result_len);
}

WebSocketpp

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