Boost 库Program Options--第二篇

程式執行參數處理函式庫：Boost Program Options（2/N）

前一篇已經大致解釋了 Boost Program Options 基本上的使用方法。而這一篇，則來細講一下選項描述（options_description）的進一步設定方法吧～

在上一篇裡，基本上是示範了兩種最簡單的方法：

bOptions.add_options()
  ( "help",    "Produce help message" )
  ( "vint",    BPO::value<int>(), "int value" );

其中，help 這個選項的設定，就是最單純、沒有任何對應值的選項，只需要加上說明文字就可以了。而如果像 vint 一樣，需要指定型別等進一步的資料的話，則就需要透過 value<>() 這個 template 函式，來產生一個型別為 typed_value<> 的物件，透過他來指定這個選項對應的值的性質。

最簡單的使用方法，就如同上面 vint 的範例一樣，只要指定型別就可以了。不過如果有需要的話，value<>() 這個函式（文件），和他產生的 typed_value<> 這個型別的物件（文件），都還有許多可以做進一步控制的功能～

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直接將值寫入變數

像是以目前 vint 的設定來說，我們還需要自己去把他的值讀出來才行，其實算是有點麻煩的。實際上，Boost Program Options 是可以讓他自動把值寫到我們指定的變數裡的～要這樣做的方法也非常簡單，只要把要拿來儲存這個選項的值的變數的指標，當作 value<>() 這個函式的參數傳進去就可以了～

下面就是一個簡單的範例（註 1）：

int main( int argc, char** argv )
{
  int iValInt = 0;
  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vint", BPO::value(&iValInt), "int value" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
  BPO::notify( mVMap );

  // output
  cout << "Value: " << iValInt << endl;
}

如此一來，當分析完輸入的資料後，如果有指定 vint 的值的話，他的值就會直接被寫到 iValInt裡，可以直接拿來用、而不需要再從 mVMap 裡面拿了～對於要使用的選項很多的時候，這樣是可以有效簡化程式碼的～

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相同選項的多個值

像上面這樣的設定方法，基本上在命令提示字元時，只能指定一次 --vint 的值，如果超過一次的話，是會產生 exception 的。但是，如果希望可以指定複數個 vint 的值的話，應該要怎麼辦呢？Boost Program Options 也有針對這樣的需求，做額外的設計；最簡單的改法，就是把值的型別，從 int 改成 vector<int> 就可以了～下面就是一個簡單的範例：

int main( int argc, char** argv )
{
  vector<int> vValInt;

  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vint", BPO::value(&vValInt), "int value" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
  BPO::notify( mVMap );

  // output
  for( int i = 0; i < vValInt.size(); ++ i )
    cout << i << " -> " << vValInt[i] << endl;
}

其中，value(&vValInt) 是 value< vector<int> >(&vValInt) 的簡化寫法。

而這樣的程式，就可以接受有多個 --vint 了～下面就是一個簡單的使用範例：

C:\>text.exe --vint 1 --vint 2
0 -> 1
1 -> 2

但是，如果希望可以接受「-vint 1 2」這樣的指令的時候，該怎麼辦呢？這時候，可以透過typed_value<> 的函式、multitoken() 來做設定；他的設定方法如下：

bOptions.add_options()
    ( "vint", BPO::value(&vValInt)->multitoken(), "int value" );

這樣的話，執行「text.exe --vint 1 2」的結果就會和「text.exe --vint 1 --vint 2」一樣了～（註 2）

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簡化輸入（縮寫）

在上面，選項的名稱在命令提示字元輸入的時候，都必須要加上「--」，而且要把完整的名稱打出來，在要輸入許多參數的時候，還滿麻煩的。而 Boost Program Options 為了可以簡化輸入，也有提供可以簡化的方法。

像上面的範例，可以在選項名稱「vint」後面加上逗號，然後再加上一個字元「I」，變成下面這樣：

bOptions.add_options()
    ( "vint,I", BPO::value(&vValInt), "int value" );

如此一來，在命令提示字元指定參數的時候，除了可以使用本來的「--vint」，也可以使用更短的「-I」來做輸入～這樣，就可以簡化輸入時要打的字了；這在要輸入的參數很多的時候，是很好用的。

下面就是一個簡單的使用範例：

C:\>test.exe --vint 1 -I 2 -I 3
0 -> 1
1 -> 2
2 -> 3

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選項的預設值

有的時候，我們會希望某些選項，在使用者沒有指定值的情況下，會有一個預設值，這點在 Boost Program Options 裡面也是可以很簡單做到的～只需要使用 typed_value<> 提供的 default_value()這個函式，來指定預設值就可以了；下面就是簡單的使用範例：

int main( int argc, char** argv )
{
  int iValInt;

  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vint", BPO::value(&iValInt)->default_value(-1), "int value" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
  BPO::notify( mVMap );

  cout << iValInt << endl;
}

如此一來，在沒有透過 --vint 指定的值時候，iValInt 就會是 -1 了～

而另外一種狀況，則是有可能我們會希望可以只給選項、而不給值，這時候，則可以透過implicit_value() 這個函示來做設定。它的使用方法如下：

bOptions.add_options()
    ( "vint", BPO::value(&iValInt)->implicit_value(1), "int value" );

如此一來，除了可以透過「--vint 10」這樣的參數，把 iValInt 的值設定為 10 之外，也可以只給「--vint」這樣的參數，讓 iValInt 的值變成 1。

而當然，default_value() 和 implicit_value() 也是可以合併使用的！比如說，如果設定成：

bOptions.add_options()
  ( "vint", BPO::value(&iValInt)->default_value(0)->implicit_value(1),
    "int value" );

在不做特別指定的情況下，iValInt 的值會就會預設值的 0，而如果只有給「--vint」的話，則會是 implicit value 的 1。下面就是這樣的使用範例：

C:\>test.exe
0

C:\>test.exe --vint
1

C:\>test.exe --vint 2
2

在很多時候，這樣的設定方法是相當方便的～

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必要選項

如果某個選項，是要求使用者一定要指定的，也可以透過 typed_value<> 的 required() 這個函式，來要求在分析的時候，一定要有這個選項；而如果指定成必要的選項在分析的時候沒有被找到的話，則是會在執行階段丟出一個 exception，沒有特別處理的話，程式是會直接結束的。

下面就是一個簡單的範例：

int main( int argc, char** argv )
{
  int iValInt;

  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vint", BPO::value(&iValInt)->required(), "int value" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  try
  {
    BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
    BPO::notify( mVMap );
  }
  catch( BPO::error_with_option_name e )
  {
    cerr << e.what() << endl;
    return -1;
  }

  cout << iValInt << endl;
}

這樣一來，在沒有給「--vint」的情況下執行這個程式，就會因為接到 error_with_option_name 這個 exception（註 3），而讓程式結束了～

C:\>test.exe
the option '--vint' is required but missing

C:\>test.exe --vint 1
1

不過由於個人在使用上是習慣透過「--help」來讓程式輸出選項的描述，所以和這邊這種 required()的使用方法算是有衝突的，所以大概不會用吧…

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自訂型別

大部分時候，會拿來當作選項的值，所使用的型別都是相對簡單的，一般來說都會 C++ 內建的型別。不過，如果有需要使用自己定義的型別當作選項的值的型別的話，也是沒問題的～唯一的需求，就是必須要針對這個字定義的型別，定義好他的「extraction operator」，也就是 input stream 的 operator>>。（參考）

下面就是一個字定義的 2D 向量結構、SVector 的範例。

struct SVector { int x; int y; };

istream& operator>> (istream& in, SVector& vec ) { in >> skipws >> vec.x >> vec.y; return in; }

int main( int argc, char** argv )
{
  SVector vec;

  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vec", BPO::value<SVector>( &vec ), "a 2D vector" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
  BPO::notify( mVMap );

  cout << vec.x << ", " << vec.y << endl;
}

在這邊，Boost Program Options 在偵測到 --vec 的選項的時候，會透過 input stream 的形式，把輸入的值轉換成指定的型別、也就是 SVector。而下面則是一個簡單的使用範例：

C:\>test.exe --vec "3 2"
3, 2

在這邊給了 --vec "3 2" 這個執行參數後，Boost Program Options 就會自動把 vec 的 x 和 y 的值填進去了～這也算是 C++ iostream 可擴充性的一個很好的利用範例了～

不過要注意的是，由於 C++ 會用空格把命令提示字元的參數做切割，所以像這邊「"3 2"」因為中間有空白，所以就需要使用「"」來把他包起來，不然是會被視為兩個項目、而造成程式的錯誤的。

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Nofitier

在 Boost Program Options 的架構裡，在根據 options_description 分析完輸入的來源、把資料寫到 variables_map 後，還需要呼叫 notify() 這個函式、執行「通知」這個動作。而這個通知的動作要做那些事呢？實際上是可以自己定義的；透過 typed_value<> 的 notifier() 這個函式，我們可以指定再呼叫 notify() 的時候，如果這個選項存在、要做那些事。

而使用的方法也很簡單，只要丟一個函式給他就可以了～下面就是一個簡單的範例：

void test( const int& rVal ) { cout << "Notified: " << rVal << endl; }

int main( int argc, char** argv )
{
  // setup program options description
  BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
  bOptions.add_options()
      ( "vint", BPO::value<int>()->notifier( test ), "int value" );

  // parse program options
  BPO::variables_map mVMap;
  BPO::store( BPO::parse_command_line( argc, argv, bOptions ), mVMap );
  BPO::notify( mVMap );
}

這邊就是很簡單，把 test() 這個函式當作參數，傳給 notifier() 就可以了。在這樣設定後，當呼叫BPO::notify( mVMap ) 的時候，如果有偵測到 vint 這個選項的話，他就會呼叫 test() 這個函式，並且把偵測到的值傳進去。

實際上，notifier() 接受的參數是 Boost 裡、型別是 function1<void, const T&> 的 function object（註 4），所以只要是符合形式（沒有回傳值、接受一個 const reference 的值）、可以呼叫的物件，都可以傳進來；像是 C++11 的 lambda expression（參考），也是可以拿來用的～

如果在程式裡面，針對格別選項的處理流程很複雜的話，使用 Boost Program Options 的 notify 機制，應該也是一個把程式模組成一塊一塊的好方法。

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變數名稱

實際上，typed_value<> 還有提供一些其他的功能，可以使用。不過有的 Heresy 是先跳過了。而在這篇，最後來講一個主要影響是顯示上的功能，那就是「變數名稱」。

Boost Program Options 在 Heresy 來看，其中一個最重要的好處，就是在完成options_description 的設定的同時，也就把給使用者看得使用說明的資料完成了！比如像下面的設定了一個 options_description：

BPO::options_description bOptions( "Test Options" );
bOptions.add_options()
    ( "help", "Help message" )
    ( "vint", BPO::value<int>()->default_value(1), "a int value" )
    ( "vec",  BPO::value<SVector>( &vec ), "a 2D vector" );

如果我們透過 output stream 把 bOptions 輸出，就可以得到下面的說明：

Test Options:
  --help                Help message
  --vint arg (=1)       a int value
  --vec arg             a 2D vector

這真的是相當方便的～因為如此一來，就可以避免使用說明和實際參數的不一致了！（分開寫常常會忘了改 :p）

但是，不知道有沒有發現，在上面的說明裡，提示要輸入的變數，都是「arg」，看不出來是怎樣類型的資料，其實算是比較美中不足的地方。

不過實際上，Boost Program Options 也是有針對這個問題做處理的！只要透過 typed_value<> 的value_name() 這個函式，就可以把「arg」這個通用性的字串改掉，改成我們自己要的內容了～比如說，把上面的程式碼改成下面的：

bOptions.add_options()
  ( "help", "Help message" )
  ( "vint", BPO::value<int>()->default_value(1)->value_name( "0~9" ),
            "a int value" )
  ( "vec",  BPO::value<SVector>( &vec )->value_name( "\"x y\""),
            "a 2D vector" );

那在輸出的時候，就會變成：

Test Options:
  --help                Help message
  --vint 0~9 (=1)       a int value
  --vec "x y"           a 2D vector

可以看到，本來的 arg 就已經變成上面指定的值了～如此一來，在說明的部分，就可以更有效地說明如何使用了。

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附註：

1. 實際上這邊的 value(&iValInt) 算是 value<int>(&iValInt) 的簡化寫法；因為型別 int 已經可以透過 iValInt 判斷出來，所以就不需要特別寫出來了。

2. 官方文件（連結）裡的 multitoken() 並沒有使用 vectot<> 當作型別，但是 Heresy 測試這樣是有問題的…

3. Boost Program Options 有定義許多不同的錯誤狀態，可以參考 errors.hpp 這個檔案（官方文件）；而根據不同的錯誤、會丟出不同的類型的 exception 物件，如果要處理得好的話，要個別處理。基本上，個人是覺得使用上還滿麻煩的，之後有機會會再補上這邊的資料。

4. 內部應該是定義成 STL 的 unary_function。

   原帖：http://viml.nchc.org.tw/blog/paper_info.php?CLASS_ID=1&SUB_ID=1&PAPER_ID=362