tuple元组详解

Posted 2021-02-13 boost

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 = tp.get<0>(); //获取第一个值
int len = tp.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::forward_as_tuple(10, std::string(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 << ")
";
}

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 << 
");
";
}
int two(int i)
{
std::cout << "function two(" << i << ");
";
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。