C++11：tuple元组

C++11 标准新引入了一种类模板，命名为 tuple（元组）。tuple 最大的特点是：实例化的对象可以存储任意数量、任意类型的数据。

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。

1. tuple对象的创建

tuple 本质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>
using std::tuple;

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。

1.1 类的构造函数

tuple 模板类提供有很多构造函数，包括：

1) 默认构造函数
constexpr tuple();
2) 拷贝构造函数
tuple (const tuple& tpl);
3) 移动构造函数
tuple (tuple&& tpl);
4) 隐式类型转换构造函数
template <class... UTypes>
    tuple (const tuple<UTypes...>& tpl); //左值方式
template <class... UTypes>
    tuple (tuple<UTypes...>&& tpl);      //右值方式
5) 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
6) 将pair对象转换为tuple对象
template <class U1, class U2>
    tuple (const pair<U1,U2>& pr);       //左值方式
template <class U1, class U2>
    tuple (pair<U1,U2>&& pr);            //右值方式

举个例子：

#include <iostream>     // std::cout
#include <tuple>        // std::tuple
using std::tuple;

int main()
{
    std::tuple<int, char> first;                             // 1)   first{}
    std::tuple<int, char> second(first);                     // 2)   second{}
    std::tuple<int, char> third(std::make_tuple(20, 'b'));   // 3)   third{20,'b'}
    std::tuple<long, char> fourth(third);                    // 4)的左值方式, fourth{20,'b'}
    std::tuple<int, char> fifth(10, 'a');                    // 5)的右值方式, fifth{10.'a'}
    std::tuple<int, char> sixth(std::make_pair(30, 'c'));    // 6)的右值方式, sixth{30,''c}
    return 0;
}

1.2 make_tuple()函数

上面程序中，我们已经用到了 make_tuple() 函数，它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）。

对于 make_tuple() 函数创建了 tuple 对象，我们可以上面程序中那样作为移动构造函数的参数，也可以这样用：

auto first = std::make_tuple (10,'a');   // tuple < int, char >
const int a = 0; int b[3];
auto second = std::make_tuple (a,b);     // tuple < int, int* >

程序中分别创建了 first 和 second 两个 tuple 对象，它们的类型可以直接用 auto 表示。

2. tuple常用函数

为了方便在实际开发中使用 tuple 对象，tupe 模板类提供了一个功能实用的成员函数， 头文件中也提供了一些和操作 tuple 对象相关的函数模板和类模板，如下表所示：

tuple 模板类对赋值运算符 = 进行了重载，使得同类型的 tuple 对象可以直接赋值。此外，tuple 模板类还重载了 ==、!=、<、>、>=、<= 这几个比较运算符，同类型的 tuple 对象可以相互比较（逐个比较各个元素）。

以下程序演示了上表中一部分函数模板和类模板的功能：

#include <iostream>
#include <tuple>

int main()
{
    int size;
    //创建一个 tuple 对象存储 10 和 'x'
    std::tuple<int, char> mytuple(10, 'x');
    //计算 mytuple 存储元素的个数
    size = std::tuple_size<decltype(mytuple)>::value;
    //输出 mytuple 中存储的元素
    std::cout << std::get<0>(mytuple) << " " << std::get<1>(mytuple) << std::endl;
    //修改指定的元素
    std::get<0>(mytuple) = 100;
    std::cout << std::get<0>(mytuple) << std::endl;
    //使用 makde_tuple() 创建一个 tuple 对象
    auto bar = std::make_tuple("test", 3.1, 14);
    //拆解 bar 对象，分别赋值给 mystr、mydou、myint
    const char* mystr = nullptr;
    double mydou;
    int myint;
    //使用 tie() 时，如果不想接受某个元素的值，实参可以用 std::ignore 代替
    std::tie(mystr, mydou, myint) = bar;
    //std::tie(std::ignore, std::ignore, myint) = bar;  //只接收第 3 个整形值
    //将 mytuple 和 bar 中的元素整合到 1 个 tuple 对象中
    auto mycat = std::tuple_cat(mytuple, bar);
    size = std::tuple_size<decltype(mycat)>::value;
    std::cout << size << std::endl;
    return 0;
}

程序执行结果为：

10 x
100
5