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~


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~


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)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)


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

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()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~


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<>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…


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>>。(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 vecxy 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。


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<>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。


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<>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。


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


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