[C++] std::tuple

【C++】std::tuple

1、什么是tuple

​ std::tuple是C++11新标准引入的一个类模板，又称为元组，是一个固定大小的异构值集合，由std::pair泛化而来。pair可以看作是tuple的一种特殊情况，成员数目限定为两个。tuple可以有任意个成员数量，但是每个确定的tuple类型的成员数目是固定的。

​ 从概念上讲，它们类似于C的结构体，但是不具有命名的数据成员，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。

​ tuple 的应用场景很广泛，例如当需要存储多个不同类型的元素时，可以使用 tuple；当函数需要返回多个数据时，可以将这些数据存储在 tuple 中，函数只需返回一个 tuple 对象即可。

2、tuple的基本用法

①tuple对象的创建和初始化

tuple 本质上是一个以可变模板参数定义的类模板，它定义在 头文件并位于 std 命名空间中。因此要想使用 tuple 类模板，程序中需要首先引入以下代码：

#include <tuple>
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实例化 tuple 模板类对象常用的方法有两种，一种是借助该类的构造函数，另一种是借助 make_tuple() 函数。

1）类的构造函数

constexpr tuple(); 				//无参构造函数
tuple( const Types&... args ); 	//拷贝构造函数
tuple (tuple&& tpl);			//移动构造函数

/*隐式类型转换构造函数*/
template< class... UTypes >
	tuple(const tuple<UTypes...>& other );	//左值方式
template< class... UTypes >
	tuple( tuple<UTypes...>&& other );		//右值方式

/*支持初始化列表的构造函数*/
explicit tuple (const Types&... elems);  	//左值方式
template <class... UTypes>
    explicit tuple (UTypes&&... elems);  	//右值方式

/*将pair对象转换为tuple对象*/
template< class U1, class U2 >
	tuple( const std::pair<U1, U2>& p );
template< class U1, class U2 >
	tuple( std::pair<U1, U2>&& p );

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Example:

#include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    std::tuple<std::string, int> t1;    //无参构造
    std::tuple<std::string, int> t2(t1);//拷贝构造
    std::tuple<std::string, int> t3(std::make_tuple("Lily", 1));
    std::tuple<std::string, long> t4(t3);   //隐式类型转换构造的左值方式
    std::tuple<std::string, int> t5("Mike", 2); //初始化列表构造的右值方式
    std::tuple<std::string, int> t6(std::make_pair("Jack",3));  //将pair对象转换为tuple对象
    return 0;
}
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2) make_tuple()函数

make_tuple() 函数以模板的形式定义在 头文件中，功能是创建一个 tuple 右值对象（或者临时对象）。

Exmaple:

	std::tuple<std::string, double ,int> t1 = std::make_tuple("Jack", 66.6, 88);
    auto t2 = std::make_tuple(1, "Lily", 'c');
//t2的类型实际是std::tuple<int, const char *, char>
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②获取tuple的值

1)std::get(std::tuple)

Example:

#include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    auto t1 = std::make_tuple(1, "PI", 3.14);
    std::cout << '(' << std::get<0>(t1) << ',' << std::get<1>(t1) <<
            ',' << std::get<2>(t1) <<  ')' << '\n';
    return 0;
}
/*
output: (1,PI,3.14)
*/
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值得注意的是，由于get的特性，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

2) std::tie()

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

Example

#include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    auto t1 = std::make_tuple(1, "PI", 3.14);
    auto t2 = std::make_tuple(2, "MAX", 999);
    std::cout << '(' << std::get<0>(t1) << ',' << std::get<1>(t1) <<
            ',' << std::get<2>(t1) <<  ')' << '\n';
    int num = 0;
    std::string name;
    double value;
    std::tie(num, name, value) = t1;
    std::cout << '(' << num << ',' << name << ',' << value << ')' << '\n';
    num = 0, name = "", value = 0;
    std::tie(std::ignore, name, value) = t2;
    std::cout << '(' << num << ',' << name << ',' << value << ')' << '\n';
    return 0;
}
/*
output:
(1,PI,3.14)
(1,PI,3.14)
(0,MAX,999)
*/
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③其他方法

1)获取元素个数

可以采用std::tuple_size<T>::value来获得，其中T必须要显式给出tuple的类型；

Example:

#include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    auto t1 = std::make_tuple(2, "MAX", 999, 888, 65.6);
    std::cout << "The t1 has elements: " << std::tuple_size<decltype(t1)>::value << '\n';
    return 0;
}
/*
output: The t1 has elements: 5
*/
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2) 获取元素类型

可以直接采用std::tuple<size_t i,decltype(tuple)>::type来获取；

include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    auto t1 = std::make_tuple(2, "MAX", 999.9);
    std::cout << "The t1 has elements: " << std::tuple_size<decltype(t1)>::value << '\n';
    std::tuple_element<0, decltype(t1)>::type type0;
    std::tuple_element<1, decltype(t1)>::type type1;
    std::tuple_element<2, decltype(t1)>::type type2;
    type0 = std::get<0>(t1);
    type1 = std::get<1>(t1);
    type2 = std::get<2>(t1);
    std::cout << "type0 : " << type0 << '\n';
    std::cout << "type1 : " << type1 << '\n';
    std::cout << "type2 : " << type2 << '\n';
    return 0;
}
/*
output:
The t1 has elements: 3
type0 : 2
type1 : MAX
type2 : 999.9
*/
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3)使用tuple引用来改变tuple内元素的值

std::tuple<T1&> t3(ref&); // tuple的元素类型可以是一个引用

引用声明代表对于创建tuple的对应元素而言，改变tuple的值会影响原有变量；

Example:

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <functional>

int main() {
    auto t1 = std::make_tuple("test", 85.8, 185);
    std::string name;
    double weight;
    int height;

    auto t2 = std::make_tuple(std::ref(name), std::ref(weight),std::ref(height)) = t1;
    std::cout << "Before change : " << '\n';
    std::cout << '(' << name << ' ' << weight << ' ' << height << ')' << '\n';

    name = "spark", weight = 95.6, height = 188;
    std::cout << "After change : " << '\n';
    std::cout << '(' << std::get<0>(t2) << ' ' << std::get<1>(t2) << ' ' << std::get<2>(t2) << ')' << '\n';
    return 0;
}
/*
output:
Before change : 
(test 85.8 185)
After change : 
(spark 95.6 188)
*/
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3.参考

https://cplusplus.com/reference/tuple/