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Boost库编译指南

2023-05-16

1. Boost 库简介

Boost 是一个开源的 C++ 库集合，提供了许多高质量的库，涵盖了许多不同的领域，如智能指针、多线程编程、正则表达式、数学库等等。Boost 的目标是提高 C++ 程序员的生产力和代码质量，同时遵循现代 C++ 的最佳实践。

Boost 库是由一些 C++ 标准委员会成员创建和维护的，因此 Boost 中的一些组件被认为是 C++ 标准库的前身。Boost 库在 C++ 标准化之前提供了很多常用的工具，因此被广泛地应用于各种开源和商业项目中。它的一些主要组件包括：

  • 智能指针：提供了多种智能指针类型，如 shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr 等，可以方便地管理动态分配的内存，避免内存泄漏和野指针问题。
  • 多线程库：提供了多线程编程的支持，包括线程、互斥锁、条件变量、原子操作等。
  • 泛型编程库：提供了元编程和泛型编程的支持，如类型推导、类型萃取、可变参数模板等。
  • 正则表达式库：提供了正则表达式的支持，可以进行字符串匹配和替换等操作。
  • 数学库：提供了一些数学算法和函数，如矩阵运算、随机数生成、数值计算等。
  • 文件系统库：提供了对文件系统的支持，可以进行文件和目录的遍历、读写操作等。

2. Boost 库下载

我们可以从 Boost 官方网站下载源代码 👉 Boost C++ Libraries

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具体下载过程不在这里展开说明，最新版本可以在 Boost Downloads 中直接下载，历史版本在 Boost Version History 页面下载。

这里我们下载 Boost 库最新版本 1.81.0：
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如果你需要在 Windows 上使用 Boost 库，则下载 windows 那一行里的任意一个压缩包；如果是在 Unix/Linux 中使用 Boost 库，则下载 unix 那一行里的任意一个压缩包。

3. Boost 库编译

我们作为 C++ 开发者，有时会在不同架构、不同系统中使用 Boost 库，下面我将会讲解以下编译过程：

👉 如何在 Windows 操作系统下使用 MSVC、MinGW 编译 Boost 库

👉 如何在 Windows 操作系统下使用交叉编译器编译 Boost 库

👉 如何在 Linux 下使用 GCC 编译 Boost 库

👉 如何在 Linux 下使用交叉编译器编译 Boost 库。

3.1 在 Windows 下使用 MSVC 编译 Boost 库

我们需要准备最新版 VisualStudio，并打开 VisualStudio 的命令行工具。如果你还没有安装 VisualStudio，可以到它的官方网站中去下载安装 👉 Visual Studio 2022 IDE - 适用于软件开发人员的编程工具 (microsoft.com)。具体的下载和安装过程这里不展开说明，如果需要可查看官方文档和其他博客。

3.1.1 生成 b2.exe

打开 Powershell， 由于我的电脑的操作系统是 Windows11 22H2，控制台窗口会自动由 Windows Terminal 接管，关于 Powershell 的相关说明文档可以从这里查看 👉 PowerShell 文档 - PowerShell | Microsoft Learn
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使用 cd ​进到 Boost 库源码目录。注意，如果你的目录中有空格，需要加双引号。

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执行命令：.\bootstrap.bat​，生成可执行文件 b2.exe​

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生成成功后，可以看到目录下多了一个 b2.exe

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3.1.2 编译和安装

查看 Boost 组件库列表：./b2.exe --show-libraries​。如果我们只用到其中几个库，则可以只编译需要的库，当然也可以全部编译。

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接下来我们就需要用 b2.exe 来组织和构建 Boost 库的编译了。在进行操作之前，先对 b2 的使用参数做一下说明介绍：

  • stage 生成链接库(动态库或静态库)到 stagedir中。(不含头文件)
  • --stagedir=: 在 stage ​生成模式下的输出目录，支持相对路径。
  • install: 生成链接库(动态库或静态库)到 prefix​/lib 中，并将头文件放入到 prefix​/include 中
  • --prefix=: 在 install ​生成模式下的输出目录
  • toolset=: 指定编译器。b2 会自行检索当前系统下的编译器，如果该参数为缺省值，那么 b2 将使用 Boost 源码根目录下的 project-config.jam ​文件中的第一个编译器。
  • --without-: 排除哪些库，例如 --without-wave --without-test​ ，表示除了 wave 库和 test 库其他都编译。
  • --with-: 编译哪些库，例如 --with-wave --with-test​，表示只编译 wave 和 test 库。
  • --build-dir=: 设置编译过程中间产物的存放路径，默认是 bin.v2​ 。
  • link=​ : 设置生成的链接库是动态 shared ​链接库还是静态 static ​链接库。默认值为 static​
  • runtime-link=: 设置运行时库的链接方式，是静态链接 static ​还是动态链接 shared​。默认值为 shared​
  • threading=: 设置是否支持多线程（线程安全）。允许的值为单 single ​线程和多 multi ​线程。默认值为多线程 multi​
  • variant=: 设置生成的库是调试版本还是发布版本，允许的值为 debug ​或 release​，默认值为 release debug ​即两者都编译。
  • address-model=: 设置生成的库地址模式，是 32 位还是 64 位，允许的值为 32​ 和 64​，默认两者都编译。
  • --project-config=​ : 加载指定项目配置文件，默认值为 project-config.jam​

关于 toolset ​参数允许为以下值：

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基本的参数说明完毕，接下来编译 Boost 库，我们想要对 b2 做以下功能约束：

  • 将 Boost 组件全部编译，并将库和头文件输出到…/install/msvc 下。
  • 静态链接运行时库
  • 使用 MSVC 编译器
  • 生成的库为静态库
  • 支持多线程，生成 32 位和 64 位库，并且生成 debug 和 release 版本库。
  • 将中间编译产物放到 build/msvc 目录下

根据上述约束条件，则命令可以这样写：

./b2.exe install --prefix="../install/msvc" --build-dir="build/msvc" runtime-link=static

可以看到，我并没有指定 MSVC 编译器，因为 b2 会默认使用源文件目录下的 project-config.jam ​文件，其中只有一个编译器，那就是 MSVC，所以一切保持默认值，只设置生成模式为 install​，设置安装目录，设置中间编译产物生成目录，设置运行时库链接模式即可。

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编译完成，看下安装目录：

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因为是 MSVC 编译出来的，所以静态链接库默认的后缀名为 .lib​，检查一下库文件命名，例如：libboost_wave-vc143-mt-s-x64-1_81.lib​

  • libboost_wave: 库名称
  • vc143: MSVC 14.3
  • mt: 多线程
  • s: 静态链接运行时库
  • x64: 64 位库
  • 1_81: Boost 版本号

经检查，b2 根据我们的命令在指定目录正确生成了静态链接库和头文件，并且符合我们的要求。关于 Boost 库文件命名规则，可以查看官网 👉 Boost Getting Started on Unix Variants - 1.66.0

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3.2 在 Windows 下使用 MinGW 编译 Boost 库

首先，需要准备 MinGW，这里使用目前最新版 w64devkit 开发套件，当前最新版本为 1.16.1，其内部包含以下工具：

  • GCC 12.2.0
  • busybox-w32 FRP-4716
  • GDB 10.2
  • Mingw-w64 10.0.0
  • GNU Make 4.2
  • Vim 9.0
  • Universal Ctags 20200824
  • NASM 2.15.05
  • binutils 2.39
  • Cppcheck 2.8

安装步骤如下：

一、w64devkit 下载

  • 下载地址 1: w64devkit-1.16.1.zip

  • 下载地址 2: Release 1.16.1 · skeeto/w64devkit (github.com)

二、添加环境变量

下载完成后解压压缩包，将文件夹中的 bin 目录添加到 PATH 环境变量，此步骤不展开讨论

添加完成后验证 MinGW 是否添加到 PATH 中：

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3.2.1 生成 b2.exe

如果已经生成了 b2.exe, 则可跳过本小结，过程这里不再赘述，详情可查看前文 👉 3.1.1

3.2.2 编译和安装

根据 3.1.2 小结，我们已经知道了 b2 的使用方法，那么我们就直接开练！

  • 只编译 system 和 filesystem 库，并将库和头文件输出到…/install/mingw 下。
  • 静态链接运行时库
  • 使用 MinGW 编译器
  • 生成的库为静态库
  • 支持多线程，生成 32 位和 64 位库，并且生成 debug 和 release 版本库。
  • 将中间编译产物放到 build/mingw 目录下

根据上述功能约束，我们可以写如下命令：

./b2.exe install --prefix="../install/mingw" --build-dir="build/mingw" runtime-link=static toolset=gcc --with-system --with-filesystem

其中 toolset=gcc​ 表示使用我们刚才安装的 MinGW 作为编译器.（由于刚才设置了环境变量，所以默认的 gcc 就是我们刚才安装的 MinGW）。

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编译完成，检查输出：

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3.3 在 Windows 下交叉编译 Boost 库

这里我们使用 gcc-aarch64-linux-gnu 交叉编译工具链进行编译，下载地址 👉Linaro Releases

下载之后解压即可。

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3.3.1 生成 b2.exe

如果已经生成了 b2.exe, 则可跳过本小结，过程这里不再赘述，详情可查看前文 👉 3.1.1

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3.3.2 编译和安装

根据 3.1.2 小结 提到的可以根据 --project-config=​ 指定配置文件，这里我们为了交叉编译，单独写一份 project-config-aarch64.jam ​文件：

# Boost.Build Configuration 
# Automatically generated by bootstrap.bat 
 
import option ; 
 
using gcc  :  aarch64  :  "E:/Design_ProgramEnv/GNU/ARM/aarch64-linux-gnu 7.2.1/bin/aarch64-linux-gnu-g++.exe" ;
 
option.set keep-going : false ;

详情可参考 b2 官方文档 👉 B2 User Manual - 1.81.0 (boost.org) 5.9 小节和 4.3 小节

当然也可以把

using gcc : aarch64 : 7.2.1 : "E:/Design_ProgramEnv/GNU/ARM/aarch64-linux-gnu 7.2.1/bin/aarch64-linux-gnu-g++" ;

写在默认的 project-config.jam 文件中也是可以的，我们向根据以下约束进行编译：

  • 只编译 system 和 filesystem 库，并将库和头文件输出到…/install/aarch64 下。
  • 静态链接运行时库
  • 使用 gcc-aarch64-linux-gnu 交叉编译工具链
  • 生成的库为静态库
  • 支持多线程，生成 32 位和 64 位库，并且生成 debug 和 release 版本库。
  • 将中间编译产物放到 build/aarch64 目录下

根据上述功能约束，我们可以写如下命令：

./b2.exe install --prefix="../install/aarch64" --build-dir="build/aarch64" runtime-link=static toolset=gcc-aarch64 --with-system --with-filesystem target-os=linux --project-config="./project-config-aarch64.jam"

其中 target-os=linux​ 为目标操作系统，当交叉编译平台操作系统与目标操作系统不一致时，需要指定该参数，该参数的值可以是：aix​, android​, appletv​, bsd​, cygwin​, darwin​, freebsd​, haiku​, hpux​, iphone​, linux​, netbsd​, openbsd​, osf​, qnx​, qnxnto​, sgi​, solaris​, unix​, unixware​, windows​, vms​, vxworks​, freertos​. 详情查阅 👉 B2 User Manual - 1.81.0 (boost.org)

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编译完成，检查安装目录以及库文件：

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3.4 在 Ubuntu 20.04 下使用 GCC 编译 Boost 库

参考 👉 第二节 Boost 库下载 拿到 boost_1_81_0.tar.gz​ 下载链接，用 SSH 连接到 Ubuntu 后，使用 wget 命令下载源码包：

wget https://boostorg.jfrog.io/artifactory/main/release/1.81.0/source/boost_1_81_0.tar.gz

如果下载很慢，则可以用其他方式下载并传输到 Ubuntu 中。下载完成之后解压缩：

tar -zxvf ./boost_1_81_0.tar.gz

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3.4.1 编译 b2

与在 windows 下编译不同，这里执行 bootstrap.sh​

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编译完成后，可以看到文件夹中多出来一个 b2 可执行文件

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3.4.2 编译和安装

Linux 下的编译过程与在 Windows 操作系统编译 Boost 过程几乎一致，这里直接演示：

  • 将 Boost 组件全部编译，并将库和头文件输出到…/install/amd64 下。
  • 静态链接运行时库
  • 使用 gcc 编译器
  • 生成的库为静态库
  • 支持多线程，只生成 64 位库，并且生成 debug 和 release 版本库。
  • 将中间编译产物放到 build/amd64 目录下

根据上述约束条件，则命令可以这样写：

./b2 install --prefix="../install/amd64" --build-dir="build/amd64" runtime-link=static

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编译完成，查看下输出：

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可以看到在 Linux 下并没有区分 debug/release 版本, 是否支持多线程等命名标识。于是在 StackOverflow 上查到了相关提问：在 Unix 或 Linux 下，自 Boost1.40.0 中就已经默认取消了库的名称修饰，如果需要名称修饰的话，则添加 b2 参数 --layout=tagged

修改后的命令为:

./b2 install --prefix="../install/amd64" --build-dir="build/amd64" runtime-link=static --layout=tagged

编译，查看输出：

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发现输出的库都是 Release 版本，所以我们再次修改命令，显式的声明各项参数：

./b2 install --prefix="../install/amd64" --build-dir="build/amd64" runtime-link=static --layout=tagged variant=debug variant=release address-model=64

其中 variant 声明了两遍，这样理论上 b2 就会帮我们编译两种不同类型的库，如下所示：

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3.5 在 Ubuntu 20.04 下交叉编译 Boost 库

首先需要在 Ubuntu 上安装交叉编译器，这里我还是用 gcc-aarch64-linux-gnu 工具链，可以从 ARM 官网上或者 Linaro 中下载，也可以直接从 apt 源站下载：

sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu

安装完成后，查看编译器是否正确安装：

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3.5.1 编译 b2

如果已经生成了 b2, 则可跳过本小节，过程这里不再赘述，详情可查看前文 👉 3.4.1
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3.5.2 编译和安装

这里直接编辑 project-config.jam​ 文件，将交叉编译器写入到配置文件中：

using gcc : aarch64 : aarch64-linux-gnu-g++ ;

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其交叉编译过程与 Windows 下过程基本一致，这里参考 3.3.2 与 3.4.2 小节内容，做以下功能约束：

  • 只编译 system 和 filesystem 库，并将库和头文件输出到…/install/aarch64 下。
  • 静态链接运行时库
  • 使用 gcc-aarch64-linux-gnu 交叉编译工具链
  • 生成的库为静态库
  • 支持多线程，生成 64 位库，并且生成 debug 和 release 版本库。
  • 将中间编译产物放到 build/aarch64 目录下

输入命令：

./b2 install --prefix="../install/aarch64" --build-dir="build/aarch64" runtime-link=static --layout=tagged variant=debug variant=release address-model=64 toolset=gcc-aarch64 --with-system --with-filesystem target-os=linux

查看输出：

在这里插入图片描述

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4. 总结

看了 B2 的官方文档后，其实发现 B2 还是很好用的，比如支持一次构建多个平台的 Boost 组件库，Debug 和 Release 版本同时编译输出，区分 install 模式和 stage 模式等，基本上涵盖了日常开发大部分编译的需求。

关于 install 模式和 stage 模式，我认为这是两种不同的依赖方式：

  • install 模式：头文件导出，并且将编译好的库与 Boost 源代码彻底分离。这种模式下适合做 git-submodule 依赖导入。
  • stage 模式：只生成链接库。这种模式非常适合 CMake 的 FatchContent 依赖管理模式，自己工程的代码与 Boost 一起编译（当然有依赖顺序，CMake 就非常适合处理这种事务关系）。

我个人两种依赖方式都用，但是对于 Boost，我还是偏向于用 git-submodule 作为依赖管理器，对于其他小组件，例如 fmt, spdlog 等，用 CMake-FathContent 就很舒服了。

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5. 参考资料

  1. B2 User Manual - 1.81.0 (boost.org)
  2. Boost Getting Started on Unix Variants - 1.66.0
  3. Building Boost on Linux - library names - Stack Overflow

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本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

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