c++11：tuple元组详解_c++ tuple

本文根据众多互联网博客内容整理后形成，引用内容的版权归原始作者所有，仅限于学习研究使用。

1，元组简介

       c++11中的tuple（元组）。tuple看似简单，其实它是简约而不简单，可以说它是c++11中一个既简单又复杂的东东，关于它简单的一面是它很容易使用，复杂的一面是它内部隐藏了太多细节，要揭开它神秘的面纱时又比较困难。

　　tuple是一个固定大小的不同类型值的集合，是泛化的std::pair。和c#中的tuple类似，但是比c#中的tuple强大得多。我们也可以把他当做一个通用的结构体来用，不需要创建结构体又获取结构体的特征，在某些情况下可以取代结构体使程序更简洁，直观。

2，tuple的创建和初始化

std::tuple<T1, T2, TN> t1; //创建一个空的tuple对象（使用默认构造），它对应的元素分别是T1和T2...Tn类型，采用值初始化。
 
std::tuple<T1, T2, TN> t2(v1, v2, ... TN); //创建一个tuple对象，它的两个元素分别是T1和T2 ...Tn类型; 要获取元素的值需要通过tuple的成员get<Ith>(obj)进行获取(Ith是指获取在tuple中的第几个元素，请看后面具体实例)。
 
std::tuple<T1&> t3(ref&); // tuple的元素类型可以是一个引用
 
std::make_tuple(v1, v2); // 像pair一样也可以通过make_tuple进行创建一个tuple对象

tuple的元素类型为引用：

std::string name;
std::tuple<string &, int> tpRef(name, 30);
 
// 对tpRef第一个元素赋值，同时name也被赋值 - 引用
std::get<0>(tpRef) = "Sven";
 
// name输出也是Sven
std::cout << "name: " << name << '\n';

3，有关tuple元素的操作

1. 等价结构体

      开篇讲过在某些时候tuple可以等同于结构体一样使用，这样既方便又快捷。如：

struct person {
    char *m_name;
    char *m_addr;
    int *m_ages;
};
 
//可以用tuple来表示这样的一个结构类型，作用是一样的。
std::tuple<const char *, const char *, int>

    2. 如何获取tuple元素个数

    当有一个tuple对象但不知道有多少元素可以通过如下查询：

// tuple_size
#include <iostream> // std::cout
#include <tuple> // std::tuple, std::tuple_size
 
int main ()
{
    std::tuple<int, char, double> mytuple (10, 'a', 3.14);
 
    std::cout << "mytuple has ";
 
    std::cout << std::tuple_size<decltype(mytuple)>::value;
 
    std::cout << " elements." << '\n';
 
return 0;
}
 
//输出结果：
mytuple has 3 elements

    3.如何获取元素的值

获取tuple对象元素的值可以通过get<Ith>(obj)方法进行获取；

Ith - 是想获取的元素在tuple对象中的位置。

obj - 是想获取tuple的对象

// tuple_size
#include <iostream> // std::cout
#include <tuple> // std::tuple, std::tuple_size
 
int main ()
{
std::tuple<int, char, double> mytuple (10, 'a', 3.14);
 
std::cout << "mytuple has ";
std::cout << std::tuple_size<decltype(mytuple)>::value;
std::cout << " elements." << '\n';
 
 
//获取元素
std::cout << "the elements is: ";
std::cout << std::get<0>(mytuple) << " ";
std::cout << std::get<1>(mytuple) << " ";
std::cout << std::get<2>(mytuple) << " ";
 
std::cout << '\n';
return 0;
}

//输出结果：

mytuple has 3 elements.

the elements is: 10 a 3.14

   tuple不支持迭代，只能通过元素索引(或tie解包)进行获取元素的值。但是给定的索引必须是在编译器就已经给定，不能在运行期进行动态传递，否则将发生编译错误：

for(int i=0; i<3; i++)
    std::cout << std::get<i>(mytuple) << " "; //将引发编译错误

4.获取元素的类型

 要想得到元素类型可以通过tuple_element方法获取，如有以下元组对象：

std::tuple<std::string, int> tp("Sven", 20);
 
// 得到第二个元素类型
std::tuple_element<1, decltype(tp)>::type ages;  // ages就为int类型
 
ages = std::get<1>(tp);
 
std::cout << "ages: " << ages << '\n';

//输出结果：

ages: 20

 5.利用tie进行解包元素的值

 如同pair一样也是可以通过tie进行解包tuple的各个元素的值。如下tuple对象有4个元素，通过tie解包将会把这4个元素的值分别赋值给tie提供的4个变量中。

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <utility>
 
 
int main(int argc, char **argv) {
 
std::tuple<std::string, int, std::string, int> tp;
 
tp = std::make_tuple("Sven", 25, "Shanghai", 21);
 
 
// 定义接收变量
std::string name;
std::string addr;
int ages;
int areaCode;
 
std::tie(name, ages, addr, areaCode) = tp;
 
std::cout << "Output: " << '\n';
std::cout << "name: " << name <<", ";
std::cout << "addr: " << addr << ", ";
std::cout << "ages: " << ages << ", ";
std::cout << "areaCode: " << areaCode << '\n';
return 0;
}
 

//输出结果：

Output:

name: Sven, addr: Shanghai, ages: 25, areaCode: 21

但有时候tuple包含的多个元素时只需要其中的一个或两个元素，如此可以通过std::ignore进行变量占位，这样将会忽略提取对应的元素。可以修改上述例程：

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <utility>
 
int main(int argc, char **argv) {
 
std::tuple<std::string, int, std::string, int> tp;
tp = std::make_tuple("Sven", 25, "Shanghai", 21);
 
// 定义接收变量
std::string name;
std::string addr;
int ages;
int areaCode = 110;
 
std::tie(name, ages, std::ignore, std::ignore) = tp;
 
std::cout << "Output: " << '\n';
std::cout << "name: " << name <<", ";
std::cout << "addr: " << addr << ", ";
std::cout << "ages: " << ages << ", ";
std::cout << "areaCode: " << areaCode << '\n';
return 0;
}

//输出结果：

Output:

name: Sven, addr: , ages: 25, areaCode: 110

   6. tuple元素的引用

      前面已经列举了将引用作为tuple的元素类型。下面通过引用搭配make_tuple()可以提取tuple的元素值，将某些变量值设给它们，并通过改变这些变量来改变tuple元素的值：

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <functional>
 
int main(int argc, char **agrv) {
 
std::tuple<std::string, int, float> tp1("Sven Cheng", 77, 66.1);
 
std::string name;
 
int weight;
 
float f;
 
auto tp2 = std::make_tuple(std::ref(name), std::ref(weight), std::ref(f)) = tp1;
 
std::cout << "Before change: " << '\n';
std::cout << "name: " << name << ", ";
std::cout << "weight: " << weight << ", ";
std::cout << "f: " << f << '\n';
 
name = "Sven";
 
weight = 80;
 
f = 3.14;
 
std::cout << "After change: " << '\n';
std::cout << "element 1st: " << std::get<0>(tp2) << ", ";
std::cout << "element 2nd: " << std::get<1>(tp2) << ", ";
std::cout << "element 3rd: " << std::get<2>(tp2) << '\n';
 
return 0;
}

//输出结果：

Before change:

name: Sven Cheng, weight: 77, f: 66.1

After change:

element 1st: Sven, element 2nd: 80, element 3rd: 3.14

 

基本用法

构造一个tuple：

tuple<const char*, int>tp = make_tuple(sendPack,nSendSize); //构造一个tuple

这个tuple等价于一个结构体

struct A { char* p;   int len; };

用tuple<const char*, int>tp就可以不用创建这个结构体了，而作用是一样的，是不是更简洁直观了。

还有一种方法也可以创建元组，用std::tie，它会创建一个元组的左值引用。

auto tp = return std::tie(1, "aa", 2);
//tp的类型实际是：
std::tuple<int&, string&, int&>

再看看如何获取它的值：

const char* data = std::get<0>(); //获取第一个值
int len = std::get<1>(); //获取第二个值

还有一种方法也可以获取元组的值，通过std::tie解包tuple

int x,y;
string a;
std::tie(x,a,y) = tp; 

通过tie解包后，tp中三个值会自动赋值给三个变量。

解包时，我们如果只想解某个位置的值时，可以用std::ignore占位符来表示不解某个位置的值。比如我们只想解第三个值时：

std::tie(std::ignore,  std::ignore,  y) = tp; //只解第三个值了

还有一个创建右值的引用元组方法：forward_as_tuple。

std::map<int, std::string> m;
m.emplace(std::piecewise_construct,  std::forward_as_tuple(10),   std::forward_as_tuple(20, 'a'));

它实际上创建了一个类似于std::tuple<int&&, std::string&&>类型的tuple。

 

我们还可以通过tuple_cat连接多个tupe

int main()
{
    std::tuple<int, std::string, float> t1(10, "Test", 3.14);
    int n = 7;
    auto t2 = std::tuple_cat(t1, std::make_pair("Foo", "bar"), t1, std::tie(n));
    n = 10;
    print(t2);
}

输出结果：

(10, Test, 3.14, Foo, bar, 10, Test, 3.14, 10)

　　到这里tuple的用法介绍完了，是不是很简单，也很容易使用，相信你使用它之后就离不开它了。我前面说过tuple是简约而不简单。它有很多高级的用法。它和模板元关系密切,要介绍它的高级用法的时候，读者需要一定的模板元基础，如果你只是把它当一个泛型的pair去使用时，这部分可以不看，如果你想用它高级用法的时候就往下看。让我们要慢慢揭开tuple神秘的面纱。

tuple的高级用法

获取tuple中某个位置元素的类型

　　通过std::tuple_element获取元素类型。

template<typename Tuple>
void Fun(Tuple& tp)
{
    std::tuple_element<0,Tuple>::type first = std::get<0> (mytuple);
    std::tuple_element<1,Tuple>::type second = std::get<1> (mytuple);
}

获取tuple中元素的个数：

tuple t;

int size = std::tuple_size<decltype(t))>::value;

在标准库中，tuple（一个N元组：N-tuple）被定义为N个值的有序序列。在这里，N可以是从0到文件中所定义的最大值中的任何一个常数。你可以认为tuple是一个未命名的结构体，该结构体包含了特定的tuple元素类型的数据成员。特别需要指出的是，tuple中元素是被紧密地存储的（位于连续的内存区域），而不是链式结构。

可以显式地声明tuple的元素类型，也可以通过make_tuple()来推断出元素类型。另外，可以使用get()来通过索引（和C++的数组索引一样，从0而不是从1开始）来访问tuple中的元素。

tuple<string,int> t2(“Kylling”,123);
 
// t的类型被推断为tuple
auto t = make_tuple(string(“Herring”),10, 1.23);    
// 获取元组中的分量
string s = get<0>(t);
int x = get<1>(t);
double d = get<2>(t);

有时候，我们需要一个编译时异构元素列表（a heterogeneous list of elements at compile time），但又不想定义一个有名字的结构来保存。这种情况下，我们就可以使用tuple（直接地或间接地）. 例如，我们在std::function and std::bind中使用tuple来保存参数。

最常用的tuple是2-tuple(二元组)，也就是一个pair。但是标准库已经定义了pair：std::pair (20.3.3 Pairs)。 我们可以使用pair来初始化一个tuple，然而反之则不可。

另外，需要为tuple中的元素类型定义比较操作（==, !=, < , <=, >, 和 >=）.

tuple元组定义了一个有固定数目元素的容器,其中的每个元素类型都可以不相同,这与其他容器有着本质的区别.是对pair的泛化。

首先来介绍元组的创建和元组元素的访问。通过make_tuple()创建元组，通过get<>()来访问元组的元素。通过下面这段程序来认识这两个函数的用法：

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <functional>
 
int main()
{
    auto t1 = std::make_tuple(10, "Test", 3.14);
    std::cout << "The value of t1 is "
              << "(" << std::get<0>(t1) << ", " << std::get<1>(t1)
              << ", " << std::get<2>(t1) << ")\n";
 
    int n = 1;
    auto t2 = std::make_tuple(std::ref(n), n);//ref表示引用
    n = 7;
 
    std::cout << "The value of t2 is "
              << "(" << std::get<0>(t2) << ", " << std::get<1>(t2) << ")\n";
}

运行结果为：

The value of t1 is (10, Test, 3.14)
The value of t2 is (7, 1)

接下来介绍tie()函数。 tie()函数可以将变量连接到一个给定的tuple上，生成一个元素类型全是引用的tuple,相当于make_tuple(ref(a),ref(b),…)。可以通过tie()函数的使用方便的对tuple进行“解包”操作。看下面的代码：

#include <iostream>
#include <tuple>
int main ()
{
  int myint;
  char mychar;
  float myfloat;
 
  std::tuple<int,float,char> mytuple;
  mytuple = std::make_tuple (10, 2.6, 'a');          // packing values into tuple
 
  //std::tie (myint, std::ignore, mychar) = mytuple;   // unpacking tuple into variables  【1】
  std::tie (myint,myfloat, mychar) = mytuple;
 
  std::cout << "myint contains: " << myint << std::endl;
  std::cout << "mychar contains: " << mychar << std::endl;
  std::cout << "myfloat contains: "<< myfloat <<std::endl;
 
  std::get<0>(mytuple) = 100;//修改tuple的值
 
  std::cout <<"After assignment myint contains: "<< std::get<0>(mytuple) << std::endl;
 
  return 0;
}

运行结果：

myint contains: 10
mychar contains: a
myfloat contains: 2.6
After assignment myint contains: 100
注：正如【1】处我们可以使用std::ignore,从而不用关联tuple中的第二个元素.

最后介绍一个tuple_cat()函数，通过该函数可以将多个tuple连接起来形成一个tuple（注：在VC11中只能连接两个tuple并不是真正的多个tuple）。

#include <iostream>
#include <utility>
#include <string>
#include <tuple>
 
int main ()
{
  std::tuple<float,std::string> mytuple (3.14,"pi");
  std::pair<int,char> mypair (10,'a');
 
  auto myauto = std::tuple_cat ( mytuple, mypair );
 
  std::cout << "myauto contains: " << std::endl;
  std::cout << std::get<0>(myauto) << std::endl;
  std::cout << std::get<1>(myauto) << std::endl;
  std::cout << std::get<2>(myauto) << std::endl;
  std::cout << std::get<3>(myauto) << std::endl;
 
  return 0;
}

运行结果：

myauto contains:
3.14
pi
10
a

这次要讲的内容是：c++11中的tuple（元组）。tuple看似简单，其实它是简约而不简单，可以说它是c++11中一个既简单又复杂的东东，关于它简单的一面是它很容易使用，复杂的一面是它内部隐藏了太多细节，要揭开它神秘的面纱时又比较困难。

tuple是一个固定大小的不同类型值的集合，是泛化的std::pair。和c#中的tuple类似，但是比c#中的tuple强大得多。我们也可以把他当做一个通用的结构体来用，不需要创建结构体又获取结构体的特征，在某些情况下可以取代结构体使程序更简洁，直观。

基本用法

构造一个tuple

tuple<const char*, int>tp = make_tuple(sendPack,nSendSize); //构造一个tuple

这个tuple等价于一个结构体

struct A
{
  char* p;
  int len;
};

用tuple<const char*, int>tp就可以不用创建这个结构体了，而作用是一样的，是不是更简洁直观了。还有一种方法也可以创建元组，用std::tie，它会创建一个元组的左值引用。

auto tp = return std::tie(1, "aa", 2);
//tp的类型实际是：
std::tuple<int&,string&, int&>

再看看如何获取它的值：

const char* data = std::get<0>(); //获取第一个值
int len = std::get<1>(); //获取第二个值

还有一种方法也可以获取元组的值，通过std::tie解包tuple

int x,y;
string a;
std::tie(x,a,y) = tp;

通过tie解包后，tp中三个值会自动赋值给三个变量。

解包时，我们如果只想解某个位置的值时，可以用std::ignore占位符来表示不解某个位置的值。比如我们只想解第三个值时：

  std::tie(std::ignore,std::ignore,y) = tp; //只解第三个值了

还有一个创建右值的引用元组方法：forward_as_tuple。

std::map<int, std::string>m;
m.emplace(std::piecewise_construct,
std::forward_as_tuple(10),
std::forward_as_tuple(20, 'a'));

它实际上创建了一个类似于std::tuple<int&&, std::string&&>类型的tuple。

我们还可以通过tuple_cat连接多个tupe

int main()
{
  std::tuple<int, std::string, float> t1(10, "Test", 3.14);
  int n = 7;
  auto t2 = std::tuple_cat(t1, std::make_pair("Foo", "bar"), t1, std::tie(n));
  n = 10;
  print(t2);
}

输出结果：

  (10, Test, 3.14, Foo, bar, 10, Test, 3.14, 10)

到这里tuple的用法介绍完了，是不是很简单，也很容易使用，相信你使用它之后就离不开它了。我前面说过tuple是简约而不简单。它有很多高级的用法。它和模板元关系密切,要介绍它的高级用法的时候，读者需要一定的模板元基础，如果你只是把它当一个泛型的pair去使用时，这部分可以不看，如果你想用它高级用法的时候就往下看。让我们要慢慢揭开tuple神秘的面纱。

tuple的高级用法

获取tuple中某个位置元素的类型

---

通过std::tuple_element获取元素类型。

template<typename Tuple>
void Fun(Tuple& tp)
{  
  std::tuple_element<0,Tuple>::type first = std::get<0> (mytuple);
  std::tuple_element<1,Tuple>::type second = std::get<1> (mytuple);
}

获取tuple中元素的个数：

tuple t;
int size = std::tuple_size<decltype(t))>::value;

遍历tuple中的每个元素

---

因为tuple的参数是变长的，也没有for_each函数，如果我们想遍历tuple中的每个元素，需要自己写代码实现。比如我要打印tuple中的每个元素。

template<class Tuple, std::size_t N>
struct TuplePrinter { 
  static void print(const Tuple& t) 
  { 
    TuplePrinter<Tuple, N - 1>::print(t); 
    std::cout << ", " << std::get<N - 1>(t); 
  }
};
 
template<class Tuple>
struct TuplePrinter<Tuple, 1>{ 
  static void print(const Tuple& t) 
  { 
    std::cout << std::get<0>(t); 
  }
};
 
template<class... Args>
void PrintTuple(const std::tuple<Args...>& t)
{ 
  std::cout << "(";
  TuplePrinter<decltype(t), sizeof...(Args)>::print(t); 
  std::cout << ")\n";
}

根据tuple元素值获取其对应的索引位置

namespace detail{ 
 
  template<int I, typename T, typename... Args> 
  struct find_index { 
    static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val) 
    { 
      return (std::get<I - 1>(t) == val) ? I - 1 : 
        find_index<I - 1, T, Args...>::call(t, std::forward<T>(val)); 
    } 
  }; 
 
  template<typename T, typename... Args> 
  struct find_index<0, T, Args...>
  { 
    static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val) 
    { 
      return (std::get<0>(t) == val) ? 0 : -1; 
    } 
  };
 
}
template<typename T, typename... Args>
int find_index(std::tuple<Args...> const& t, T&& val)
{ 
  return detail::find_index<0, sizeof...(Args) - 1, T, Args...>:: 
    call(t, std::forward<T>(val));
}
 
int main()
{ 
  std::tuple<int, int, int, int> a(2, 3, 1, 4); 
  std::cout << find_index(a, 1) << std::endl; // Prints 2 
  std::cout << find_index(a, 2) << std::endl; // Prints 0 
  std::cout << find_index(a, 5) << std::endl; // Prints -1 (not found)
}

展开tuple，并将tuple元素作为函数的参数。这样就可以根据需要对tuple元素进行处理了

#include <tuple>
#include <type_traits>
#include <utility>
 
template<size_t N>
struct Apply {
  template<typename F, typename T, typename... A>
  static inline auto apply(F && f, T && t, A &&... a)
    -> decltype
    (
       Apply<N-1>::apply
      (
        ::std::forward<F>(f), 
        ::std::forward<T>(t),
        ::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), 
        ::std::forward<A>(a)...
      )
    )
{
    return Apply<N-1>::apply
    (
      ::std::forward<F>(f), 
      ::std::forward<T>(t),
      ::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), 
      ::std::forward<A>(a)...
    );
  }
};
 
template<>
struct Apply<0> {
  template<typename F, typename T, typename... A>
  static inline auto apply(F && f, T &&, A &&... a)
    -> decltype
    (
      ::std::forward<F>(f) 
      (::std::forward<A>(a)...)
    )
  {
    return ::std::forward<F>(f)(::std::forward<A> (a)...);
  }
};
 
template<typename F, typename T>
inline auto apply(F && f, T && t)
  -> decltype
  (
    Apply< ::std::tuple_size<typename ::std::decay<T>::type>::value>::apply
    (
      ::std::forward<F>(f), 
      ::std::forward<T>(t)
    )
  )
{
  return Apply< ::std::tuple_size<typename ::std::decay<T>::type>::value>::apply
  (
    ::std::forward<F>(f), 
    ::std::forward<T>(t)
  );
}
 
void one(int i, double d)
{
  std::cout << "function one(" << i << ", " << d << ");\n";
}
 
int two(int i)
{
  std::cout << "function two(" << i << ");\n";
  return i;
}
 
//测试代码
int main()
{
  std::tuple<int, double> tup(23, 4.5);
  apply(one, tup);
  int d = apply(two, std::make_tuple(2));
 
  return 0;
}

看到这里，想必大家对tuple有了一个全面的认识了吧，怎么样，它是简约而不简单吧。对模板元不熟悉的童鞋可以不看tuple高级用法部分，不要为看不懂而捉急，没事的，高级部分一般用不到，知道基本用法就够用了。

tuple和vector比较：
vector只能容纳同一种类型的数据，tuple可以容纳任意类型的数据；

vector和variant比较：
二者都可以容纳不同类型的数据，但是variant的类型个数是固定的，而tuple的类型个数不是固定的，是变长的，更为强大。

参考资料

https://www.jianshu.com/p/e25540292ede

https://blog.csdn.net/sevenjoin/article/details/88420885