Boost庫是一個可移植、提供源代碼的C++庫，作為標準庫的后備，是C++標準化進程的開發(fā)引擎之一。Boost庫由C++標準委員會庫工作組成員發(fā)起，其中有些內(nèi)容有望成為下一代C++標準庫內(nèi)容。在C++社區(qū)中影響甚大，是不折不扣的“準”標準庫。

Boost由于其對跨平臺的強調(diào)，對標準C++的強調(diào)，與編寫平臺無關(guān)。大部分boost庫功能的使用只需包括相應(yīng)頭文件即可，少數(shù)（如正則表達式庫，文件系統(tǒng)庫等）需要鏈接庫。但Boost中也有很多是實驗性質(zhì)的東西，在實際的開發(fā)中使用需要謹慎。

Boost庫是為C++語言標準庫提供擴展的一些C++程序庫的總稱。

——百度百科

簡單來說，Boost 是一系列通用的 C++ 擴展庫的集合。而 Boost.python 則是這眾多擴展庫中的其中一個，它基于 C++ 代碼提供了一套 Python 接口，可作為 C++ 與 Python 混合編程的橋梁。

Boost 庫的安裝

方式一：Boost 源碼包

首先去 Boost 官網(wǎng)下載 Boost 庫：下載地址。

官方默認只提供 Boost 的源碼包。大多數(shù)情況下（純 C/C++ 開發(fā)），源碼包就足夠了，我們只需要在編譯的時候引入相應(yīng)的頭文件即可。但如果你的程序需要以靜態(tài)/動態(tài)鏈接庫的形式引入某些包，就需要自己編譯了。恰好 Boost.python 就是這樣的需求，畢竟，你總不能指望直接在 python 代碼中引用 C++ 源碼吧！

我們一般會把 python 代碼之外的所有 C/C++ 外掛編譯成一個 .pyd 文件，這樣就能直接在 python 代碼中調(diào)用了。事實上，.pyd 文件就是一個擁有 python 接口的 .dll 文件。

Boost 源碼包的目錄結(jié)構(gòu)如下：

boost_1_68_0
+---boost
+---doc
+---libs
+---more
+---status
+---tools
+---INSTALL
+---Jamroot
+---LICENSE_1_0.txt
+---boost.css
+---boost.png
+---boost-build.jam
+---boostcpp.jam
+---bootstrap.bat
+---bootstrap.sh
+---index.htm
+---index.html
+---rst.css

其中，boost 目錄下是所有庫的頭文件（.hpp文件），libs 目錄下則是所有庫的具體實現(xiàn)（.cpp文件）。

方式二：Boost 預(yù)編譯包

Boost 源碼包如果要在本地完全編譯，可能需要幾個小時的時間。因此，為了方便使用，Boost 也推出了 Windows 下的 預(yù)編譯版本。預(yù)編譯包比起源碼包多出一個子目錄，用于存放已經(jīng)編譯好的靜態(tài)庫和動態(tài)庫。

安裝預(yù)編譯版本 boost_1_68_0-msvc-14.0-32.exe 之后的目錄結(jié)構(gòu)如下：

boost_1_68_0
+---boost
+---doc
+---libs
+---lib32-msvc-14.0       # new
+---more
+---status
+---tools
+---INSTALL
+---Jamroot
+---LICENSE_1_0.txt
+---b2.exe                # new
+---bjam.exe              # new
+---boost.css
+---boost.png
+---boost-build.jam
+---boostcpp.jam
+---bootstrap.bat
+---bootstrap.log         # new
+---bootstrap.sh
+---index.htm
+---index.html
+---project-config.jam    # new
+---rst.css

其中，lib32-msvc-14.0 目錄保存了所有編譯好的靜態(tài)庫和動態(tài)庫。需要注意的是，預(yù)編譯版本對編譯器種類、版本和目標位數(shù)（32/64）都有要求。在上述例子中，要使用這些庫，必須用 msvc-14.0（即 Visual Studio 2015）且設(shè)置目標位數(shù)為 32 位。

不同版本的預(yù)編譯包可以安裝在同一個目錄下，以支持不同的編譯環(huán)境，這樣就比較方便了。比如在上述例子中，如果還要支持 64 位，可以再下載一個 boost_1_68_0-msvc-14.0-64.exe，同樣安裝在當前安裝目錄下。這樣安裝目錄下將多出一個 lib64-msvc-14.0 子目錄，存放編譯好的 64 位的庫，其余目錄和文件均不受影響。

預(yù)編譯版本滿足了偷懶的需求，但很難滿足所有要求，因為有些庫必須配合本地環(huán)境才能使用。比如 Boost.python 就必須配合本地的 Python 版本才能使用，因此本地編譯 Boost 庫這個基本技能還是必要的。下面我們還是以 Boost 源碼包的使用為例進行介紹。

本地編譯 Boost.python

在編譯之前，需要確保本機已經(jīng)安裝了 Visual Studio 和 Python。

首先，我們使用命令行進入 Boost 源碼包的安裝目錄，執(zhí)行 bootstrap.bat 腳本，將會在當前目錄下生成 b2.exe、bjam.exe、project-config.jam、bootstrap.log 四個文件。其中，b2.exe、bjam.exe 就是我們編譯時要用到的命令了。這兩個命令的作用是一樣的，bjam 是老版本，b2 是升級版本。

下面就可以開始編譯 Boost.python 了，筆者在本機所使用的命令如下：

b2.exe --with-python stage --stagedir="./bin/lib32-msvc-14.0" link=static address-model=32

編譯完成后，將在 ./bin/lib32-msvc-14.0/lib 目錄下產(chǎn)生 4 個文件：

libboost_numpy36-vc140-mt-gd-x32-1_68.lib
libboost_numpy36-vc140-mt-x32-1_68.lib
libboost_python36-vc140-mt-gd-x32-1_68.lib
libboost_python36-vc140-mt-x32-1_68.lib

其中，python 和 numpy 各 2 個，帶 gd 的對應(yīng) debug 版本，反之對應(yīng) release 版本。

默認情況下，編譯時調(diào)用的編譯器和 Python 版本是 b2/bjam 自動搜索的。如果要指定不同的 Python 版本，就需要在你的 home 目錄下新建一個配置文件 user-config.jam（路徑為 C:\Users\xxx\user-config.jam）。推薦直接使用 Boost 根目錄下的 tools/build/example/user-config.jam 作為模板，稍加修改即可。例如，筆者的 user-config.jam 中對 Python 的配置如下：

using python
    : 3.5
    : "D:/App/Python35/python.exe"
    : "D:/App/Python35/include"
    : "D:/App/Python35/libs"
    : <define>BOOST_ALL_NO_LIB=1
    ;

b2/bjam 參數(shù)說明：

b2 命令的功能強大，用起來也比較復雜，因此在使用之前，最好先查看一下該命令的幫助：

b2.exe --help

以下是一些比較重要的參數(shù)說明：

• stage/install：

  stage 表示只生成庫（dll 和 lib），install 還會生成包含頭文件的 include 目錄。推薦使用 stage，因為 install 生成的 include 目錄實際就是源碼包下的 boost 目錄，需要 include 的時候可以直接使用，不需要再次生成，這樣可以節(jié)省大量的編譯時間。

• toolset：

  指定編譯器，可選的如 borland、gcc、msvc-14.0（VS2015）等。如果不指定，會自動搜索本地可用的編譯器（可查看 ./project-config.jam 文件以確認）。

• without/with：

  選擇不編譯/編譯哪些庫（類似于黑名單/白名單）。--with-python 的含義是僅編譯 python，其他的都不編譯。反過來，如果用 --without-python，意思就是除了 python， 其他的都編譯。with/without 參數(shù)可以多次出現(xiàn)，以限定多個庫。如果不設(shè)置 with/without 參數(shù)，默認全部編譯，可能需要幾個小時的時間！

  需要注意，編譯 Boost.python 需要確保本地安裝了 Python，并且 python 命令已加入環(huán)境變量。

  要查看 Boost 包含的所有庫，可使用以下命令：

  b2.exe --show-libraries
  

• stagedir/prefix：

  stage 時使用 stagedir，install 時使用 prefix，表示編譯生成文件的路徑。推薦給不同的編譯環(huán)境指定不同的目錄，如 Visual Studio 2015 的 x86 應(yīng)用對應(yīng)的是 bin/lib32-msvc-14.0，x64 應(yīng)用對應(yīng)的是 bin/lib64-msvc-14.0。如果都生成到一個目錄下，將沒有任何益處，徒增管理難度。如果使用了 install 參數(shù)，那么還將在上述指定的目錄下生成 include 目錄，用于保存頭文件。

• build-dir：

  編譯生成的中間文件的路徑，默認是 Boost 根目錄下的 bin.v2 目錄，一般無需設(shè)置。

• link：

  指定生成動態(tài)鏈接庫還是靜態(tài)鏈接庫，取值為 static|shared。生成靜態(tài)鏈接庫使用 static，生成動態(tài)鏈接庫需使用 shared。如不指定，默認使用 static。靜態(tài)庫的缺點是占用空間比較大，優(yōu)點是程序發(fā)布的時候無需附帶 Boost 庫的 dll，比較整潔。推薦使用靜態(tài)庫的方式編譯 Boost.python，這樣發(fā)布程序的時候就不用 Boost 的 dll 了，并且也多占用不了太多空間。

• runtime-link：

  指定運行時是動態(tài)還是靜態(tài)鏈接其他庫。同樣有 shared 和 static 兩種方式。如果不指定，默認是 shared，一般無需設(shè)置。

• threading：

  要編譯的庫是單線程還是多線程，可取值 single|multi。如果不指定，默認是 multi，一般無需設(shè)置。

• variant

  debug|release，編譯 debug 版本還是 release 版本。一般與最終發(fā)布的程序是 debug 還是 release 版相對應(yīng)。如果不指定，默認兩個都編譯，一般無需設(shè)置。

• address-model

  編譯成 32 位版本還是 64 位版本，可取值 32|64。如果不指定，默認兩個版本都編譯。如果是編譯 Boost.python，該參數(shù)就要與本地安裝的 Python 位數(shù)相對應(yīng)，否則編譯會出錯，因此最好設(shè)置一下。

Boost 靜態(tài)庫/動態(tài)庫的命名規(guī)則

以 Boost.python 為例，如果編譯的是靜態(tài)庫（link=static），將會生成單個 .lib 文件：

libboost_python36-vc140-mt-gd-x32-1_68.lib

而如果編譯的是動態(tài)庫（link=shared），將會生成兩個文件（.lib 和 .dll）：

boost_python36-vc140-mt-gd-x32-1_68.lib
boost_python36-vc140-mt-gd-x32-1_68.dll

動態(tài)庫雖然也生成 .lib 文件，但它與靜態(tài)庫的 .lib 文件差別很大。動態(tài)庫的 .lib 更像是對 .dll 的聲明，二者的關(guān)系類似于 .h 與 .cpp 的關(guān)系。因此，動態(tài)庫中的 .lib 文件要比靜態(tài)庫的 .lib 文件小得多。

下面以靜態(tài)庫的命名規(guī)則為例進行分析：

libboost_python36-vc140-mt-sgd-x32-1_68.lib
| ||   | |      | |   | || ||| | | |  |
 -  ---   ------   ---  -- - -  -   --
 1   2       3      4    5 6 7  8    9

1. 靜態(tài)庫以 lib 開頭，動態(tài)庫開頭沒有 lib。
2. 所有的庫都含有 boost 前綴。
3. Boost 庫名稱，本例中為 python36。
4. 編譯器名稱及其版本，vc140 指的是 msvc-14.0，對應(yīng) Visual Studio 2015。
5. 有 mt 代表 threading=multi，沒有則代表 threading=single。
6. 有 s 代表 runtime-link=static，沒有則代表 runtime-link=shared。
7. 有 gd 代表 debug 版本，沒有則代表 release 版本。
8. 目標位數(shù)，x32 代表 32 位，x64 代表 64 位。
9. Boost 庫的版本號，1_68 代表 Boost 1.68 版本。

Boost 庫的使用

如果要在項目中使用 Boost 庫，需要做以下兩項配置：

1. 包含 Boost 頭文件（本例中為：D:\ProgramFiles\boost_1_68_0）；
2. 鏈接 Boost 庫文件（本例中為：D:\ProgramFiles\boost_1_68_0\bin\lib32-msvc-14.0\lib）。

Boost 官方推薦使用 b2/bjam 命令進行自動化編譯、鏈接，只需要編寫一個 .jam 配置文件，這種方式類似于 make 和 Makefile。但考慮到還要學習 jam 語法，暫時還是用 Visual Studio 手動編譯吧。

在 Visual Studio 中的具體操作如下：

1. 選中當前項目，點擊屬性按鈕，依次選擇“配置屬性->C/C++->常規(guī)->附加包含目錄”，編輯并添加一條路徑：D:\ProgramFiles\boost_1_68_0；
2. 選中當前項目，點擊屬性按鈕，依次選擇“配置屬性->鏈接器->常規(guī)->附加庫目錄”，編輯并添加一條路徑：D:\ProgramFiles\boost_1_68_0\bin\lib32-msvc-14.0\lib。

Boost.python 的使用

要使用 Boost.python，除了上述兩項配置之外，還需要再添加兩項配置：

1. 包含 Python 頭文件（本例中為：D:\Program Files (x86)\Python36-32\include）；
2. 包含 Python 靜態(tài)庫文件（本例中為：D:\Program Files (x86)\Python36-32\libs\python36.lib）。

在 Visual Studio 中的具體操作如下：

1. 選中當前項目，點擊屬性按鈕，依次選擇“配置屬性->C/C++->常規(guī)->附加包含目錄”，編輯并添加一條路徑：D:\Program Files (x86)\Python36-32\include；
2. 選中當前項目，點擊屬性按鈕，依次選擇“配置屬性->鏈接器->輸入->附加依賴項”，編輯并添加一個文件："D:\Program Files (x86)\Python36-32\libs\python36.lib"，注意要有雙引號，否則可能識別不正確。

測試

準備 hello world 代碼

使用官網(wǎng)給出的 hello world 示例，代碼文件位于 Boost 安裝目錄下：D:\ProgramFiles\boost_1_68_0\libs\python\example\tutorial，包括 hello.cpp 與 hello.py 兩個文件，如下：

hello.cpp:

// 當引入 #include <boost/python/xxx> 時，Boost 會默認鏈接 boost_python 動態(tài)鏈接庫，
// 如果我們想要鏈接靜態(tài)鏈接庫，就需要在 include 之前加上 #define BOOST_PYTHON_STATIC_LIB
#define BOOST_PYTHON_STATIC_LIB

#include <boost/python/module.hpp>
#include <boost/python/def.hpp>

char const* greet()
{
   return "hello, world";
}

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_ext)
{
    using namespace boost::python;
    def("greet", greet);
}

hello.py:

import hello_ext
print(hello_ext.greet())

我們的目的是將 hello.cpp 編譯成一個 .pyd 文件（其實就是一個包含 Python 接口的 .dll 文件），然后用 hello.py 調(diào)用它。

注意：hello.cpp 中的宏定義 #define BOOST_PYTHON_STATIC_LIB 非常重要，它可以指定鏈接 boost_python 的靜態(tài)庫，而不是默認的動態(tài)庫。

如果你在編譯過程中遇到了這樣的錯誤：LINK : fatal error LNK1104: cannot open file "boost_python36-vc140-mt-x32-1_68.lib"，但是你明明已經(jīng)引入了靜態(tài)庫：libboost_python36-vc140-mt-x32-1_68.lib，你可能會納悶：我明明已經(jīng)導入了靜態(tài)庫，為什么還找我要動態(tài)庫？那么最可能的原因是，你的 C++ 代碼中漏掉了這句宏定義。

使用 Visual Studio 構(gòu)建 hello world

Boost 官方推薦使用 b2/bjam 命令進行自動化編譯、鏈接，只需要編寫一個 .jam 配置文件，這種方式類似于 make 和 Makefile。但考慮到還要學習 jam 語法，暫時還是用 Visual Studio 手動編譯吧。

1. 首先使用 Visual Studio 創(chuàng)建一個空項目。
2. 打開項目屬性，在“配置屬性->常規(guī)”中，進行以下修改：
   • 配置類型設(shè)為：“動態(tài)庫(.dll)”。
   • 目標文件名設(shè)為：hello_ext。
     注意：.pyd 文件的名稱必須與要導出的 python module 名稱一致，否則 python 的 import 語句將會報錯：ImportError: dynamic module does not define module export function。
   • 目標文件擴展名設(shè)為：.pyd。
3. 將 hello.cpp 文件導入項目。
4. 參照上一節(jié) [Boost 庫的使用] 中的說明，將 Boost 頭文件目錄、Boost 庫文件目錄、Python 頭文件目錄、Python 靜態(tài)庫文件都導入到項目中。
5. 選擇菜單“生成->生成 Project”，如果一切無誤，將會生成一個 hello_ext.pyd 文件。由于生成器的默認配置是 Debug-x86，因此生成目錄為項目下的 Debug 目錄。
6. 將 hello_ext.pyd 與 hello.py 放在同一目錄下，執(zhí)行 hello.py，將會看到輸出：hello, world。

參考

1. Boost 百度百科
2. boost 1.56.0 編譯及使用
3. Boost.python QuickStart
4. Boost.build