C语言实现的跨平台开发库-TBOX
2023-08-25 21:56:41 
阿炯
TBOX 是一个用 C语言实现的跨平台开发库。其针对各个平台，封装了统一的接口，简化了各类开发过程中常用操作，在开发过程中，更加关注实际应用的开发，而不是把时间浪费在琐碎的接口兼容性上面，并且充分利用了各个平台独有的一些特性进行优化。作为一个备受瞩目的多平台 C 语言库，以轻量级和功能丰富而闻名。还提供了一系列基础而强大的工具和数据结构，包括但不限于内存分配、字符串操作和日志记录功能。这些功能不仅能够满足日常编程需求，还能在资源受限的系统中发挥出色的性能。
A glib-like cross-platform C library.
该项目的目的是为了使 C 开发更加的简单高效，作者力争将其打造与GLib库相当的框架库产品。使用ApacheV2.0协议授权。
并且提供微内核编译模式，针对嵌入式平台进行优化，仅生成 64K 大小的精简库。目前支持的平台有：Windows、Macosx、Linux、Android、iOS。不过其官方提供的文档有相当部分仍是不完全的。
核心优势
TBOX 的设计理念是简洁和高效，它提供了一系列基础而强大的工具，包括但不限于：
数据结构：TBOX 提供了多种数据结构，如链表、队列、栈等，这些结构用于存储和组织数据。
内存管理：它包含了一套高效的内存管理机制，帮助开发者有效管理内存使用，避免内存泄漏和碎片化。
字符串操作：TBOX 内置了一套强大的字符串处理工具，包括字符串复制、连接、分割和查找等功能。
日志记录：它提供了灵活的日志记录系统，支持不同级别的日志信息输出，包括 DEBUG、INFO、WARNING、ERROR 等。
特性
这是一个跨平台开发库，针对各个平台封装了统一的接口，简化了各类开发过程中的常用操作。它提供了丰富的功能模块，包括流库（支持多种流数据的读写模式和过滤操作）、协程库（快速高效的协程切换支持）、数据库（统一简化的数据库操作接口）、XML库（提供两种解析模式）、内存库（高效的内存管理）、容器库（多种常用容器）、算法库、网络库等。
流库
针对http、file、socket、data等流数据，实现统一接口进行读写，并且支持: 阻塞、非阻塞、异步 三种读写模式。 支持中间增加多层filter流进行流过滤，实现边读取，内部边进行解压、编码转换、加密等操作，极大的减少了内存使用。
主要提供以下模块：
stream：通用非阻塞流，用于一般的单独io处理，同时支持协程以实现异步传输。
transfer：流传输器，维护两路流的传输。
static_stream：针对静态数据buffer优化的静态流，用于轻量快速的数据解析。
协程库
快速高效的协程切换支持
提供跨平台支持，核心切换算法参考boost，并且对其进行重写和优化，目前支持架构：x86, x86_64, arm, arm64, mips32
提供channel协程间数据通信支持，基于生产、消费者模型
提供信号量、协程锁支持
socket、stream都模块原生支持协程，并且可在线程和协程间进行无缝切换
提供http、file等基于协程的简单服务器实例，只需几百行代码，就可以从socket开始写个高性能io服务器，代码逻辑比异步回调模式更加清晰
同时提供stackfull, stackless两种协程模式支持，stackless协程更加的轻量（每个协程只占用几十个bytes），切换更快（会牺牲部分易用性）
支持epoll, kqueue, poll, select 和 IOCP
在协程和poller中支持同时等待和调度socket，pipe io和process
数据库
统一并简化数据库操作接口，适配各种数据源，通过统一的url来自动连接打开支持的数据库，数据的枚举采用迭代器模型。
目前支持sqlite3以及mysql两种关系型数据库，也可自定义扩展使用其他关系型数据库。
xml库
针对xml提供DOM和SAX两种解析模式，SAX方式采用外部迭代模式，灵活性和性能更高，并且可以选择指定路径，进行解析。
解析过程完全基于stream，所以是高度流化的，可以实现边下载、边解压、边转码、边解析一条龙服务，使用较低的内存也可以解析大规模数据。
提供xml writer以支持对xml生成
内存库
参考linux内核内存管理机制的实现，并对其进行各种改造和优化，所实现的TBOX独有的一整套内存池管理架构。
调试模式下，可以轻松检测并定位内存泄露、内存越界溢出、内存重叠覆盖等常见内存问题，并对整体内存的使用进行了统计和简要分析。
针对大块数据、小块数据、字符串数据进行了充分的利用，避免了大量外部碎片和内部碎片的产生。分配操作进行了各种优化，96%的情况下，效率都是在O(1)。
容器库
提供哈希、链表、数组、队列、堆栈、最小最大堆等常用容器。
支持各种常用成员类型，在原有的容器期初上，其成员类型还可以完全自定义扩展。
所有容器都支持迭代器操作。
大部分容器都可以支持基于stream的序列化和反序列化操作。
算法库
提供各种排序算法：冒泡排序、堆排序、快速排序、插入排序。
提供各种查找算法：线性遍历、二分法搜索。
提供各种遍历、删除、统计算法。
以迭代器为接口，实现算法和容器的分离，类似stl，但是c实现的，更加轻量。
网络库
实现http客户端模块
实现cookies
实现dns解析与缓存
实现ssl(支持openssl, polarssl, mbedtls)
支持ipv4、ipv6
支持通过协程实现异步模式
数学运算库
提供各种精度的定点运算支持
提供随机数生成器
libc库
libc的一个轻量级实现，完全跨平台，并且针对不同架构进行了优化。
支持大部分字符串、宽字符串操作。
扩展字符串、宽字符串的各种大小写不敏感操作接口
扩展memset_u16、memset_u32等接口，并对其进行高度优化，尤其适合图形渲染程序
libm库
libm部分接口的一个轻量级实现，以及对常用系统接口的封装。（目前只实现了部分，之后有时间会完全实现掉）
扩展部分常用接口，增加对sqrt、log2等常用函数的整数版本计算，进行高度优化，不涉及浮点运算，适合嵌入式环境使用。
object库
轻量级类apple的CoreFoundation库，支持object、dictionary、array、string、number、date、data等常用对象，并且可以方便扩展自定义对象的序列化。
支持对xml、json、binary以及apple的plist(xplist/bplist)格式序列化和反序列化。 并且实现自有的binary序列化格式， 针对明文进行了简单的加密，在不影响性能的前提下，序列化后的大小比bplist节省30%。
平台库
提供file、directory、socket、thread、time等常用系统接口
提供atomic、atomic64接口
提供高精度、低精度定时器
提供高性能的线程池操作
提供event、mutex、semaphore、spinlock等事件、互斥、信号量、自旋锁操作
提供获取函数堆栈信息的接口，方便调试和错误定位
提供跨平台动态库加载接口（如果系统支持的话）
提供io轮询器，针对epoll, poll, select, kqueue进行跨平台封装
提供跨平台上下文切换接口，主要用于协程实现，切换效率非常高
压缩库
支持zlib/zlibraw/gzip的压缩与解压（需要第三方zlib库支持）。
字符编码库
支持utf8、utf16、gbk、gb2312、uc2、uc4 之间的互相转码，并且支持大小端格式。
实用工具库
实现base64/32编解码
实现crc32、adler32、md5、sha1等常用hash算法
实现日志输出、断言等辅助调试工具
实现url编解码
实现位操作相关接口，支持各种数据格式的解析，可以对8bits、16bits、32bits、64bits、float、double以及任意bits的字段进行解析操作，并且同时支持大端、小端和本地端模式，并针对部分操作进行了优化，像static_stream、stream都有相关接口对其进行了封装，方便在流上进行快速数据解析。
实现swap16、swap32、swap64等位交换操作，并针对各个平台进行了优化。
实现一些高级的位处理接口，例如：位0的快速统计、前导0和前导1的快速位计数、后导01的快速位计数
实现单例模块，可以对静态对象、实例对象进行快速的单例封装，实现全局线程安全
实现option模块，对命令行参数进行解析，提供快速方便的命令行选项建立和解析操作，对于写终端程序还是很有帮助的
正则表达式库
支持匹配和替换操作
支持全局、多行、大小写不敏感等模式
使用pcre, pcre2和posix正则库
使用场景：如果开发者需要开发一个跨平台的应用程序，并且希望能够简化开发过程中的各种繁琐操作，tbox 库是一个很好的选择。例如，开发一个同时支持 Windows、Linux 和 Mac 系统的网络应用程序，tbox 可以提供很大的便利。
代码示例
以下是使用 TBOX 进行内存分配和字符串操作的简单示例：
#include <tbox/tbox.h>
int main() {
void *ptr = tb_malloc(100); // 分配100字节的内存
if (ptr == NULL) {
fprintf(stderr, "Memory allocation failed.\n");
return -1;
}
// 使用内存...
char *str = tb_strdup("Hello, World!");
printf("Copied string: %s\n", str);
tb_free(ptr); // 释放内存
tb_free(str); // 释放字符串
return 0;
}
在这个示例中使用 tb_malloc 函数分配了 100 字节的内存，并使用 tb_strdup 函数复制了一个字符串。最后使用 tb_free 函数释放了分配的内存和字符串所占用的内存。
以下是使用流库进行文件复制的示例：
#include "tbox/tbox.h"
int main(int argc, char **argv) {
if (argc!= 3) {
tb_console_print("Usage: %s <source_file> <destination_file>\n", argv[0]);
return 1;
}
// 打开源文件流
tb_stream_ref_t in_stream = tb_fstream_init_from_file(argv[1], TB_STREAM_OPEN_READ);
if (in_stream == NULL) {
tb_console_print("Failed to open source file: %s\n", argv[1]);
return 1;
}
// 打开目标文件流
tb_stream_ref_t out_stream = tb_fstream_init_from_file(argv[2], TB_STREAM_OPEN_WRITE | TB_STREAM_OPEN_CREATE);
if (out_stream == NULL) {
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_console_print("Failed to open destination file: %s\n", argv[2]);
return 1;
}
// 从源文件流读取数据并写入目标文件流
tb_byte_t buffer[1024];
tb_size_t size;
while ((size = tb_stream_read(in_stream, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {
if (tb_stream_write(out_stream, buffer, size)!= size) {
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_fstream_exit(out_stream);
tb_console_print("Failed to write data to destination file: %s\n", argv[2]);
return 1;
}
}
// 关闭文件流
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_fstream_exit(out_stream);
return 0;
}
应用场景
TBOX 适合于多种应用场景，特别是在资源受限的系统中，如嵌入式系统、移动设备和低功耗设备。它的跨平台特性使其成为开发跨平台应用程序的理想选择。这是一个功能丰富、性能卓越的 C 语言库，它为资源受限环境和嵌入式系统提供了强大的支持。无论是在内存管理、字符串操作还是日志记录方面，TBOX 都能满足现代软件开发的需求。
通过xmake支持各种编译模式：
Release: 正式版编译，禁用调试信息、断言，各种检测机制，启用编译器优化
Debug: 调试模式，默认启用详细调试信息、断言、内存越界检测、内存泄漏、锁竞争分析等检测机制
Small: 最小化编译，默认禁用所有扩展模块，启用编译器最小化优化
Micro: 针对嵌入式平台，仅仅编译tbox微内核，仅提供最基础的跨平台接口，生成库仅64K左右（内置轻量libc接口实现）
最新版本：1.x
官方主页：https://tboox.org/
A glib-like cross-platform C library.
该项目的目的是为了使 C 开发更加的简单高效，作者力争将其打造与GLib库相当的框架库产品。使用ApacheV2.0协议授权。
并且提供微内核编译模式，针对嵌入式平台进行优化，仅生成 64K 大小的精简库。目前支持的平台有：Windows、Macosx、Linux、Android、iOS。不过其官方提供的文档有相当部分仍是不完全的。
核心优势
TBOX 的设计理念是简洁和高效，它提供了一系列基础而强大的工具，包括但不限于：
数据结构：TBOX 提供了多种数据结构，如链表、队列、栈等，这些结构用于存储和组织数据。
内存管理：它包含了一套高效的内存管理机制，帮助开发者有效管理内存使用，避免内存泄漏和碎片化。
字符串操作：TBOX 内置了一套强大的字符串处理工具，包括字符串复制、连接、分割和查找等功能。
日志记录：它提供了灵活的日志记录系统，支持不同级别的日志信息输出，包括 DEBUG、INFO、WARNING、ERROR 等。
特性
这是一个跨平台开发库，针对各个平台封装了统一的接口，简化了各类开发过程中的常用操作。它提供了丰富的功能模块，包括流库（支持多种流数据的读写模式和过滤操作）、协程库（快速高效的协程切换支持）、数据库（统一简化的数据库操作接口）、XML库（提供两种解析模式）、内存库（高效的内存管理）、容器库（多种常用容器）、算法库、网络库等。
流库
针对http、file、socket、data等流数据，实现统一接口进行读写，并且支持: 阻塞、非阻塞、异步 三种读写模式。 支持中间增加多层filter流进行流过滤，实现边读取，内部边进行解压、编码转换、加密等操作，极大的减少了内存使用。
主要提供以下模块：
stream：通用非阻塞流，用于一般的单独io处理，同时支持协程以实现异步传输。
transfer：流传输器，维护两路流的传输。
static_stream：针对静态数据buffer优化的静态流，用于轻量快速的数据解析。
协程库
快速高效的协程切换支持
提供跨平台支持，核心切换算法参考boost，并且对其进行重写和优化，目前支持架构：x86, x86_64, arm, arm64, mips32
提供channel协程间数据通信支持，基于生产、消费者模型
提供信号量、协程锁支持
socket、stream都模块原生支持协程，并且可在线程和协程间进行无缝切换
提供http、file等基于协程的简单服务器实例，只需几百行代码，就可以从socket开始写个高性能io服务器，代码逻辑比异步回调模式更加清晰
同时提供stackfull, stackless两种协程模式支持，stackless协程更加的轻量（每个协程只占用几十个bytes），切换更快（会牺牲部分易用性）
支持epoll, kqueue, poll, select 和 IOCP
在协程和poller中支持同时等待和调度socket，pipe io和process
数据库
统一并简化数据库操作接口，适配各种数据源，通过统一的url来自动连接打开支持的数据库，数据的枚举采用迭代器模型。
目前支持sqlite3以及mysql两种关系型数据库，也可自定义扩展使用其他关系型数据库。
xml库
针对xml提供DOM和SAX两种解析模式，SAX方式采用外部迭代模式，灵活性和性能更高，并且可以选择指定路径，进行解析。
解析过程完全基于stream，所以是高度流化的，可以实现边下载、边解压、边转码、边解析一条龙服务，使用较低的内存也可以解析大规模数据。
提供xml writer以支持对xml生成
内存库
参考linux内核内存管理机制的实现，并对其进行各种改造和优化，所实现的TBOX独有的一整套内存池管理架构。
调试模式下，可以轻松检测并定位内存泄露、内存越界溢出、内存重叠覆盖等常见内存问题，并对整体内存的使用进行了统计和简要分析。
针对大块数据、小块数据、字符串数据进行了充分的利用，避免了大量外部碎片和内部碎片的产生。分配操作进行了各种优化，96%的情况下，效率都是在O(1)。
容器库
提供哈希、链表、数组、队列、堆栈、最小最大堆等常用容器。
支持各种常用成员类型，在原有的容器期初上，其成员类型还可以完全自定义扩展。
所有容器都支持迭代器操作。
大部分容器都可以支持基于stream的序列化和反序列化操作。
算法库
提供各种排序算法：冒泡排序、堆排序、快速排序、插入排序。
提供各种查找算法：线性遍历、二分法搜索。
提供各种遍历、删除、统计算法。
以迭代器为接口，实现算法和容器的分离，类似stl，但是c实现的，更加轻量。
网络库
实现http客户端模块
实现cookies
实现dns解析与缓存
实现ssl(支持openssl, polarssl, mbedtls)
支持ipv4、ipv6
支持通过协程实现异步模式
数学运算库
提供各种精度的定点运算支持
提供随机数生成器
libc库
libc的一个轻量级实现，完全跨平台，并且针对不同架构进行了优化。
支持大部分字符串、宽字符串操作。
扩展字符串、宽字符串的各种大小写不敏感操作接口
扩展memset_u16、memset_u32等接口，并对其进行高度优化，尤其适合图形渲染程序
libm库
libm部分接口的一个轻量级实现，以及对常用系统接口的封装。（目前只实现了部分，之后有时间会完全实现掉）
扩展部分常用接口，增加对sqrt、log2等常用函数的整数版本计算，进行高度优化，不涉及浮点运算，适合嵌入式环境使用。
object库
轻量级类apple的CoreFoundation库，支持object、dictionary、array、string、number、date、data等常用对象，并且可以方便扩展自定义对象的序列化。
支持对xml、json、binary以及apple的plist(xplist/bplist)格式序列化和反序列化。 并且实现自有的binary序列化格式， 针对明文进行了简单的加密，在不影响性能的前提下，序列化后的大小比bplist节省30%。
平台库
提供file、directory、socket、thread、time等常用系统接口
提供atomic、atomic64接口
提供高精度、低精度定时器
提供高性能的线程池操作
提供event、mutex、semaphore、spinlock等事件、互斥、信号量、自旋锁操作
提供获取函数堆栈信息的接口，方便调试和错误定位
提供跨平台动态库加载接口（如果系统支持的话）
提供io轮询器，针对epoll, poll, select, kqueue进行跨平台封装
提供跨平台上下文切换接口，主要用于协程实现，切换效率非常高
压缩库
支持zlib/zlibraw/gzip的压缩与解压（需要第三方zlib库支持）。
字符编码库
支持utf8、utf16、gbk、gb2312、uc2、uc4 之间的互相转码，并且支持大小端格式。
实用工具库
实现base64/32编解码
实现crc32、adler32、md5、sha1等常用hash算法
实现日志输出、断言等辅助调试工具
实现url编解码
实现位操作相关接口，支持各种数据格式的解析，可以对8bits、16bits、32bits、64bits、float、double以及任意bits的字段进行解析操作，并且同时支持大端、小端和本地端模式，并针对部分操作进行了优化，像static_stream、stream都有相关接口对其进行了封装，方便在流上进行快速数据解析。
实现swap16、swap32、swap64等位交换操作，并针对各个平台进行了优化。
实现一些高级的位处理接口，例如：位0的快速统计、前导0和前导1的快速位计数、后导01的快速位计数
实现单例模块，可以对静态对象、实例对象进行快速的单例封装，实现全局线程安全
实现option模块，对命令行参数进行解析，提供快速方便的命令行选项建立和解析操作，对于写终端程序还是很有帮助的
正则表达式库
支持匹配和替换操作
支持全局、多行、大小写不敏感等模式
使用pcre, pcre2和posix正则库
使用场景：如果开发者需要开发一个跨平台的应用程序，并且希望能够简化开发过程中的各种繁琐操作，tbox 库是一个很好的选择。例如，开发一个同时支持 Windows、Linux 和 Mac 系统的网络应用程序，tbox 可以提供很大的便利。
代码示例
以下是使用 TBOX 进行内存分配和字符串操作的简单示例：
#include <tbox/tbox.h>
int main() {
void *ptr = tb_malloc(100); // 分配100字节的内存
if (ptr == NULL) {
fprintf(stderr, "Memory allocation failed.\n");
return -1;
}
// 使用内存...
char *str = tb_strdup("Hello, World!");
printf("Copied string: %s\n", str);
tb_free(ptr); // 释放内存
tb_free(str); // 释放字符串
return 0;
}
在这个示例中使用 tb_malloc 函数分配了 100 字节的内存，并使用 tb_strdup 函数复制了一个字符串。最后使用 tb_free 函数释放了分配的内存和字符串所占用的内存。
以下是使用流库进行文件复制的示例：
#include "tbox/tbox.h"
int main(int argc, char **argv) {
if (argc!= 3) {
tb_console_print("Usage: %s <source_file> <destination_file>\n", argv[0]);
return 1;
}
// 打开源文件流
tb_stream_ref_t in_stream = tb_fstream_init_from_file(argv[1], TB_STREAM_OPEN_READ);
if (in_stream == NULL) {
tb_console_print("Failed to open source file: %s\n", argv[1]);
return 1;
}
// 打开目标文件流
tb_stream_ref_t out_stream = tb_fstream_init_from_file(argv[2], TB_STREAM_OPEN_WRITE | TB_STREAM_OPEN_CREATE);
if (out_stream == NULL) {
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_console_print("Failed to open destination file: %s\n", argv[2]);
return 1;
}
// 从源文件流读取数据并写入目标文件流
tb_byte_t buffer[1024];
tb_size_t size;
while ((size = tb_stream_read(in_stream, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {
if (tb_stream_write(out_stream, buffer, size)!= size) {
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_fstream_exit(out_stream);
tb_console_print("Failed to write data to destination file: %s\n", argv[2]);
return 1;
}
}
// 关闭文件流
tb_fstream_exit(in_stream);
tb_fstream_exit(out_stream);
return 0;
}
应用场景
TBOX 适合于多种应用场景，特别是在资源受限的系统中，如嵌入式系统、移动设备和低功耗设备。它的跨平台特性使其成为开发跨平台应用程序的理想选择。这是一个功能丰富、性能卓越的 C 语言库，它为资源受限环境和嵌入式系统提供了强大的支持。无论是在内存管理、字符串操作还是日志记录方面，TBOX 都能满足现代软件开发的需求。
通过xmake支持各种编译模式：
Release: 正式版编译，禁用调试信息、断言，各种检测机制，启用编译器优化
Debug: 调试模式，默认启用详细调试信息、断言、内存越界检测、内存泄漏、锁竞争分析等检测机制
Small: 最小化编译，默认禁用所有扩展模块，启用编译器最小化优化
Micro: 针对嵌入式平台，仅仅编译tbox微内核，仅提供最基础的跨平台接口，生成库仅64K左右（内置轻量libc接口实现）
最新版本：1.x
官方主页：https://tboox.org/