C++11：tuple元組

C++11 標準新引入了一種類模板，命名為 tuple（元組）。tuple 最大的特點是：實例化的對象可以存儲任意數量、任意類型的數據。

tuple 的應用場景很廣泛，例如當需要存儲多個不同類型的元素時，可以使用 tuple；當函數需要返回多個數據時，可以將這些數據存儲在 tuple 中，函數只需返回一個 tuple 對象即可。

1. tuple對象的創建

tuple 本質是一個以可變模板參數定義的類模板，它定義在 頭文件並位於 std 命名空間中。因此要想使用 tuple 類模板，程式中需要首先引入以下代碼：

#include <tuple>
using std::tuple;

實例化 tuple 模板類對象常用的方法有兩種，一種是藉助該類的構造函數，另一種是藉助 make_tuple() 函數。

1.1 類的構造函數

tuple 模板類提供有很多構造函數，包括：

1) 預設構造函數
constexpr tuple();
2) 拷貝構造函數
tuple (const tuple& tpl);
3) 移動構造函數
tuple (tuple&& tpl);
4) 隱式類型轉換構造函數
template <class... UTypes>
    tuple (const tuple<UTypes...>& tpl); //左值方式
template <class... UTypes>
    tuple (tuple<UTypes...>&& tpl);      //右值方式
5) 支持初始化列表的構造函數
explicit tuple (const Types&... elems);  //左值方式
template <class... UTypes>
    explicit tuple (UTypes&&... elems);  //右值方式
6) 將pair對象轉換為tuple對象
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

舉個例子：

#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()函數

上面程式中，我們已經用到了 make_tuple() 函數，它以模板的形式定義在 頭文件中，功能是創建一個 tuple 右值對象（或者臨時對象）。

對於 make_tuple() 函數創建了 tuple 對象，我們可以上面程式中那樣作為移動構造函數的參數，也可以這樣用：

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* >

程式中分別創建了 first 和 second 兩個 tuple 對象，它們的類型可以直接用 auto 表示。

2. tuple常用函數

為了方便在實際開發中使用 tuple 對象，tupe 模板類提供了一個功能實用的成員函數， 頭文件中也提供了一些和操作 tuple 對象相關的函數模板和類模板，如下表所示：

tuple 模板類對賦值運算符 = 進行了重載，使得同類型的 tuple 對象可以直接賦值。此外，tuple 模板類還重載了 ==、!=、<、>、>=、<= 這幾個比較運算符，同類型的 tuple 對象可以相互比較（逐個比較各個元素）。

以下程式演示了上表中一部分函數模板和類模板的功能：

#include <iostream>
#include <tuple>

int main()
{
    int size;
    //創建一個 tuple 對象存儲 10 和 'x'
    std::tuple<int, char> mytuple(10, 'x');
    //計算 mytuple 存儲元素的個數
    size = std::tuple_size<decltype(mytuple)>::value;
    //輸出 mytuple 中存儲的元素
    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() 創建一個 tuple 對象
    auto bar = std::make_tuple("test", 3.1, 14);
    //拆解 bar 對象，分別賦值給 mystr、mydou、myint
    const char* mystr = nullptr;
    double mydou;
    int myint;
    //使用 tie() 時，如果不想接受某個元素的值，實參可以用 std::ignore 代替
    std::tie(mystr, mydou, myint) = bar;
    //std::tie(std::ignore, std::ignore, myint) = bar;  //只接收第 3 個整形值
    //將 mytuple 和 bar 中的元素整合到 1 個 tuple 對象中
    auto mycat = std::tuple_cat(mytuple, bar);
    size = std::tuple_size<decltype(mycat)>::value;
    std::cout << size << std::endl;
    return 0;
}

程式執行結果為：

10 x
100
5