程序员经验分享-hwhale

C++ boost asio Windows 文件句柄 a​​sync_read_until 无限循环 - 无 eof

2024-01-24

我在 VS2010 中使用 boost 1.50，使用 aWindows 文件句柄（与使用套接字的 asio 相比，这似乎相对不常见）。

Problem

The handle_read回调到达第 8 行并返回第一位，并附加第 1 行的所有内容；进一步的回调再次从第 2 行开始循环，令人作呕：

  • 打开一个短文本文件（如下）
  • 得到预期handle_read第 1 行到第 7 行的回调内容正确
  • 下一个回调有一个读取的字节数比预期长 length范围
  • 虽然没有使用length, getline提取相应更长的线来自 asio 流缓冲区
  • 提取的内容切换中线以重复第一行从输入文件
  • further handle_read回调回收第 2 行到第 7 行，然后出现“长混合”行问题
  • 令人作呕

Input

LINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789
LINE 2 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789
...3--E similarly...
LINE F abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789

Output

这是前 15 行输出（它会永远持续）：

line #1, length 70, getline() [69] 'LINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #2, length 70, getline() [69] 'LINE 2 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
...line #3 through #6 are fine too...
line #7, length 70, getline() [69] 'LINE 7 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #8, length 92, getline() [91] 'LINE 8 abcdefghijklmnoLINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #9, length 70, getline() [69] 'LINE 2 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
...line #10 through #13 are fine...
line #14, length 70, getline() [69] 'LINE 7 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #15, length 92, getline() [91] 'LINE 8 abcdefghijklmnoLINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
...

请注意输出线#8 和#15 是输入线8 和线1 的混合。

The code

#include "stdafx.h"

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <string>

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

#include <Windows.h>
#include <WinBase.h>

class AsyncReader
{
  public:
    AsyncReader(boost::asio::io_service& io_service, HANDLE handle)
      : io_service_(io_service),
        input_buffer(/*size*/ 8192),
        input_handle(io_service, handle)
    {
        start_read();
    }

    void start_read()
    {
        boost::asio::async_read_until(input_handle, input_buffer, '\n',
            boost::bind(&AsyncReader::handle_read, this,
                boost::asio::placeholders::error,
                boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
    }

    void handle_read(const boost::system::error_code& error, std::size_t length);
    // void handle_write(const boost::system::error_code& error);

  private:
    boost::asio::io_service& io_service_;
    boost::asio::streambuf input_buffer;
    boost::asio::windows::stream_handle input_handle;
};

void AsyncReader::handle_read(const boost::system::error_code& error, std::size_t length)
{
    if (!error)
    {
        static int count = 0;
        ++count;

        // method 1: (same problem)
        // const char* pStart = boost::asio::buffer_cast<const char*>(input_buffer.data());
        // std::string s(pStart, length);
        // input_buffer.consume(length);

        // method 2:
        std::istream is(&input_buffer);
        std::string s;
        assert(std::getline(is, s));

        std::cout << "line #" << count << ", length " << length << ", getline() [" << s.size() << "] '" << s << "'\n";

        start_read();
    }
    else if (error == boost::asio::error::not_found)
        std::cerr << "Did not receive ending character!\n";
    else
        std::cerr << "Misc error during read!\n";
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    boost::asio::io_service io_service;

    HANDLE handle = ::CreateFile(TEXT("c:/temp/input.txt"),
                                 GENERIC_READ,
                                 0, // share mode
                                 NULL, // security attribute: NULL = default
                                 OPEN_EXISTING, // creation disposition
                                 FILE_FLAG_OVERLAPPED,
                                 NULL // template file
                                );

    AsyncReader obj(io_service, handle);

    io_service.run();

    std::cout << "Normal termination\n";
    getchar();
    return 0;
}

我的想法

  • 这可能是在CreateFile选项 - 它根本不起作用，直到我切换到FILE_FLAG_OVERLAPPED- 不确定是否还有其他要求甚至不会表现为错误......？
  • 我试过了input_buffer.commit乃至.consume- 不确定是否有类似的事情我应该做，即使我能找到的所有示例代码（对于套接字）表明getline照顾那个...
  • 愤怒/我想念Linux......

This http://article.gmane.org/gmane.comp.lib.boost.asio.user/4660邮件列表帖子描述了同样的问题。尽管CreateFile with FILE_FLAG_OVERLAPPED允许异步 I/O，但它不会将其建立为 Boost.Asio 上下文中的流。对于流，Boost.Asio 实现read_some as read_some_at偏移量总是0。这就是问题的根源，因为ReadFile() http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa365467%28v=vs.85%29.aspx文档指出：

对于支持字节偏移的文件，您必须指定从文件开始读取的字节偏移。

适应类型要求

Boost.Asio 的编写非常通用，通常需要参数满足某种类型要求，而不是特定类型。因此，通常可以调整 I/O 对象或其服务以获得所需的行为。首先，必须确定适配的接口需要支持什么。在这种情况下，async_read_until http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/reference/async_read_until.html接受满足类型要求的任何类型AsyncReadStream http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/reference/AsyncReadStream.html. AsyncReadStream的要求相当基本，需要void async_read_some(MutableBufferSequence, ReadHandler)成员函数。

由于需要在整个组合中跟踪偏移值async_read_until操作时，可以引入满足 ReadHandler 要求的简单类型，该类型将包装应用程序的 ReadHandler，并相应地更新偏移量。

namespace detail {
/// @brief Handler to wrap asynchronous read_some_at operations.
template <typename Handler>
class read_some_offset_handler
{
public:
  read_some_offset_handler(Handler handler, boost::uint64_t& offset)
    : handler_(handler),
      offset_(offset)
  {}

  void operator()(
    const boost::system::error_code& error,
    std::size_t bytes_transferred)
  {
    offset_ += bytes_transferred;

    // If bytes were transferred, then set the error code as success.
    // EOF will be detected on next read.  This is to account for
    // the read_until algorithm behavior.
    const boost::system::error_code result_ec =
      (error && bytes_transferred)
      ? make_error_code(boost::system::errc::success) : error;

    handler_(result_ec, bytes_transferred);
  }

//private:
  Handler handler_;
  boost::uint64_t& offset_;
};

/// @brief Hook that allows the wrapped handler to be invoked
///        within specific context.  This is critical to support
///        composed operations being invoked within a strand.
template <typename Function,
          typename Handler>
void asio_handler_invoke(
  Function function,
  detail::read_some_offset_handler<Handler>* handler)
{
  boost_asio_handler_invoke_helpers::invoke(
    function, handler->handler_);
}

} // namespace detail

The asio_handler_invoke钩子将通过 ADL 找到，以支持在适当的上下文中调用用户处理程序。当在一个组合内调用组合操作时，这对于踩踏安全至关重要。strand http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/overview/core/strands.html。有关组合操作和链的更多详细信息，请参阅this https://stackoverflow.com/a/12801042/1053968 answer.

下面的课程将进行调整boost::asio::windows::random_access_handle http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/reference/windows__random_access_handle.html以满足类型要求AsyncReadStream.

/// @brief Adapts AsyncRandomAccessReadDevice to support AsyncReadStream.
template <typename AsyncRandomAccessReadDevice>
class basic_adapted_stream
  : public AsyncRandomAccessReadDevice
{
public:
  basic_adapted_stream(
    boost::asio::io_service& io_service,
    HANDLE handle
  )
    : AsyncRandomAccessReadDevice(io_service, handle),
      offset_(0)
  {}

  template<typename MutableBufferSequence,
           typename ReadHandler>
  void async_read_some(
    const MutableBufferSequence& buffers,
    ReadHandler handler)
  {
    async_read_at(*this, offset_, buffers, 
      detail::read_some_offset_handler<ReadHandler>(handler, offset_));
  }

private:
  boost::uint64_t offset_;
};

或者，boost::asio::windows::basic_stream_handle http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/reference/windows__basic_stream_handle.html可以提供满足要求的定制类型流处理服务 http://www.boost.org/doc/libs/1_54_0/doc/html/boost_asio/reference/StreamHandleService.html类型，并实施async_read_some按照async_read_some_at.

/// @brief Service that implements async_read_some with async_read_some_at.
class offset_stream_handle_service
  : public boost::asio::windows::stream_handle_service
{
private:
  // The type of the platform-specific implementation.
  typedef boost::asio::detail::win_iocp_handle_service service_impl_type;
public:

  /// The unique service identifier.
  static boost::asio::io_service::id id;

  /// Construct a new stream handle service for the specified io_service.
  explicit offset_stream_handle_service(boost::asio::io_service& io_service)
    : boost::asio::windows::stream_handle_service(io_service),
      service_impl_(io_service),
      offset_(0)
  {}

  /// Start an asynchronous read.
  template <typename MutableBufferSequence,
            typename ReadHandler>
  void
  async_read_some(
    implementation_type& impl,
    const MutableBufferSequence& buffers,
    ReadHandler handler)
  {
    // Implement async_read_some in terms of async_read_some_at.  The provided
    // ReadHandler will be hoisted in an internal handler so that offset_ can
    // be properly updated.
    service_impl_.async_read_some_at(impl, offset_, buffers, 
      detail::read_some_offset_handler<ReadHandler>(handler, offset_));
  }
private:
  // The platform-specific implementation.
  service_impl_type service_impl_;
  boost::uint64_t offset_;
};

boost::asio::io_service::id offset_stream_handle_service::id;

我在示例代码中选择了简单性，但多个 I/O 对象将使用相同的服务。就这样offset_stream_handle_service当多个 I/O 对象使用该服务时，需要管理每个处理程序的偏移量才能正常运行。

要使用适应的类型，请修改AsyncReader::input_handle成员变量可以是basic_adapted_stream<boost::asio::windows::random_access_handle>（改编的 I/O 对象）或boost::asio::windows::basic_stream_handle<offset_stream_handle_service>（调整后的服务）。

Example

这是基于原始代码的完整示例，仅修改了AsyncReader::input_handler's type:

#include "stdafx.h"

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <string>

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

#include <Windows.h>
#include <WinBase.h>


namespace detail {
/// @brief Handler to wrap asynchronous read_some_at operations.
template <typename Handler>
class read_some_offset_handler
{
public:
  read_some_offset_handler(Handler handler, boost::uint64_t& offset)
    : handler_(handler),
      offset_(offset)
  {}

  void operator()(
    const boost::system::error_code& error,
    std::size_t bytes_transferred)
  {
    offset_ += bytes_transferred;

    // If bytes were transferred, then set the error code as success.
    // EOF will be detected on next read.  This is to account for
    // the read_until algorithm behavior.
    const boost::system::error_code result_ec =
      (error && bytes_transferred)
      ? make_error_code(boost::system::errc::success) : error;

    handler_(result_ec, bytes_transferred);
  }

//private:
  Handler handler_;
  boost::uint64_t& offset_;
};

/// @brief Hook that allows the wrapped handler to be invoked
///        within specific context.  This is critical to support
///        composed operations being invoked within a strand.
template <typename Function,
          typename Handler>
void asio_handler_invoke(
  Function function,
  detail::read_some_offset_handler<Handler>* handler)
{
  boost_asio_handler_invoke_helpers::invoke(
    function, handler->handler_);
}

} // namespace detail

/// @brief Adapts AsyncRandomAccessReadDevice to support AsyncReadStream.
template <typename AsyncRandomAccessReadDevice>
class basic_adapted_stream
  : public AsyncRandomAccessReadDevice
{
public:
  basic_adapted_stream(
    boost::asio::io_service& io_service,
    HANDLE handle
  )
    : AsyncRandomAccessReadDevice(io_service, handle),
      offset_(0)
  {}

  template<typename MutableBufferSequence,
           typename ReadHandler>
  void async_read_some(
    const MutableBufferSequence& buffers,
    ReadHandler handler)
  {
    async_read_at(*this, offset_, buffers, 
      detail::read_some_offset_handler<ReadHandler>(handler, offset_));
  }

private:
  boost::uint64_t offset_;
};

/// @brief Service that implements async_read_some with async_read_some_at.
class offset_stream_handle_service
  : public boost::asio::windows::stream_handle_service
{
private:
  // The type of the platform-specific implementation.
  typedef boost::asio::detail::win_iocp_handle_service service_impl_type;
public:

  /// The unique service identifier.
  static boost::asio::io_service::id id;

  /// Construct a new stream handle service for the specified io_service.
  explicit offset_stream_handle_service(boost::asio::io_service& io_service)
    : boost::asio::windows::stream_handle_service(io_service),
      service_impl_(io_service),
      offset_(0)
  {}

  /// Start an asynchronous read.
  template <typename MutableBufferSequence,
            typename ReadHandler>
  void
  async_read_some(
    implementation_type& impl,
    const MutableBufferSequence& buffers,
    ReadHandler handler)
  {
    // Implement async_read_some in terms of async_read_some_at.  The provided
    // ReadHandler will be hoisted in an internal handler so that offset_ can
    // be properly updated.
    service_impl_.async_read_some_at(impl, offset_, buffers, 
      detail::read_some_offset_handler<ReadHandler>(handler, offset_));
  }
private:
  // The platform-specific implementation.
  service_impl_type service_impl_;
  boost::uint64_t offset_;
};

boost::asio::io_service::id offset_stream_handle_service::id;

#ifndef ADAPT_IO_SERVICE
typedef basic_adapted_stream<
    boost::asio::windows::random_access_handle> adapted_stream;
#else
typedef boost::asio::windows::basic_stream_handle<
    offset_stream_handle_service> adapted_stream;
#endif

class AsyncReader
{
  public:
    AsyncReader(boost::asio::io_service& io_service, HANDLE handle)
      : io_service_(io_service),
        input_buffer(/*size*/ 8192),
        input_handle(io_service, handle)
    {
        start_read();
    }

    void start_read()
    {
        boost::asio::async_read_until(input_handle, input_buffer, '\n',
            boost::bind(&AsyncReader::handle_read, this,
                boost::asio::placeholders::error,
                boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
    }

    void handle_read(const boost::system::error_code& error, std::size_t length);
    // void handle_write(const boost::system::error_code& error);

  private:
    boost::asio::io_service& io_service_;
    boost::asio::streambuf input_buffer;
    adapted_stream input_handle;
};

void AsyncReader::handle_read(const boost::system::error_code& error, std::size_t length)
{
    if (!error)
    {
        static int count = 0;
        ++count;

        // method 1: (same problem)
        // const char* pStart = boost::asio::buffer_cast<const char*>(input_buffer.data());
        // std::string s(pStart, length);
        // input_buffer.consume(length);

        // method 2:
        std::istream is(&input_buffer);
        std::string s;
        assert(std::getline(is, s));

        std::cout << "line #" << count << ", length " << length << ", getline() [" << s.size() << "] '" << s << "'\n";

        start_read();
    }
    else if (error == boost::asio::error::not_found)
        std::cerr << "Did not receive ending character!\n";
    else
        std::cerr << "Misc error during read!\n";
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    boost::asio::io_service io_service;

    HANDLE handle = ::CreateFile(TEXT("c:/temp/input.txt"),
                                 GENERIC_READ,
                                 0, // share mode
                                 NULL, // security attribute: NULL = default
                                 OPEN_EXISTING, // creation disposition
                                 FILE_FLAG_OVERLAPPED,
                                 NULL // template file
                                );

    AsyncReader obj(io_service, handle);

    io_service.run();

    std::cout << "Normal termination\n";
    getchar();
    return 0;
}

当使用原始问题的输入时，会产生以下输出：


line #1, length 70, getline() [69] 'LINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #2, length 70, getline() [69] 'LINE 2 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #3, length 70, getline() [69] 'LINE 3 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #4, length 70, getline() [69] 'LINE 4 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #5, length 70, getline() [69] 'LINE 5 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #6, length 70, getline() [69] 'LINE 6 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #7, length 70, getline() [69] 'LINE 7 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #8, length 70, getline() [69] 'LINE 8 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #9, length 70, getline() [69] 'LINE 9 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #10, length 70, getline() [69] 'LINE 0 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #11, length 70, getline() [69] 'LINE A abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #12, length 70, getline() [69] 'LINE B abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #13, length 70, getline() [69] 'LINE C abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #14, length 70, getline() [69] 'LINE D abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #15, length 70, getline() [69] 'LINE E abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
Misc error during read!
Normal termination

我的输入文件没有\nF 行末尾的字符。因此，AsyncReader::handle_read()被调用时出现以下错误boost::asio::error::eof and input_buffer的内容包含 LINE F。修改最后的 else 情况后打印更多信息：

...
else
{
    std::cerr << "Error: " << error.message() << "\n";

    if (std::size_t buffer_size = input_buffer.size())
    {
        boost::asio::streambuf::const_buffers_type bufs = input_buffer.data();
        std::string contents(boost::asio::buffers_begin(bufs),
                             boost::asio::buffers_begin(bufs) + buffer_size);
        std::cerr << "stream contents: '" << contents << "'\n";
    }
}

我得到以下输出：


line #1, length 70, getline() [69] 'LINE 1 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #2, length 70, getline() [69] 'LINE 2 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #3, length 70, getline() [69] 'LINE 3 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #4, length 70, getline() [69] 'LINE 4 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #5, length 70, getline() [69] 'LINE 5 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #6, length 70, getline() [69] 'LINE 6 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #7, length 70, getline() [69] 'LINE 7 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #8, length 70, getline() [69] 'LINE 8 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #9, length 70, getline() [69] 'LINE 9 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #10, length 70, getline() [69] 'LINE 0 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #11, length 70, getline() [69] 'LINE A abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #12, length 70, getline() [69] 'LINE B abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #13, length 70, getline() [69] 'LINE C abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #14, length 70, getline() [69] 'LINE D abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
line #15, length 70, getline() [69] 'LINE E abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
Error: End of file
stream contents: 'LINE F abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789'
Normal termination
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