C++ Tuple详解

在C++11中，引入了一个新的类模板tuple，tuple通过将多个不同类型的变量打包成一个单一对象，提供了方便的组织和传递多个值的方法。在本篇文章中，我们将从多个方面对C++ tuple进行详细的阐述。

一、定义tuple

template <class... Types>
class tuple;

tuple 是一个类模板，它定义了一个通用的数据结构，可以用来保存多个值。我们可以在其括号内直接声明多个变量或者通过make_tuple() 函数来创建。

例如：

tuple<int, float, std::string> myTuple (10, 2.5, "hello");
auto myTuple2 = std::make_tuple("world", 5, 7.5);

上面的代码中，我们使用了不同的方式来声明tuple。在第一段代码中，我们直接在括号内声明了tuple的实例，并初始化为三个不同的类型的变量。在第二段代码中，我们使用了make_tuple()函数来创建tuple。

二、获取tuple中元素的值

针对tuple中元素的获取可以使用get()函数。

tuple<int, float, std::string> myTuple (10, 2.5, "hello");
int i = get<0>(myTuple);
float f = get<1>(myTuple);
std::string s = get<2>(myTuple);

我们通过get()函数可以快速的获取tuple中的元素值，并且不需要涉及到任何的运算符重载。

三、使用tie()函数

在C++中，有时候我们需要从一个函数中返回多个值。我们可以通过将这些值保存在tuple中，那么我们应该如何将它们展开，以便一起返回呢？

tuple<int, std::string> returnTuple() {
    int i = 10;
    std::string s = "hello";
    return std::make_tuple(i, s);
}
int main() {
    auto tpl = returnTuple();
    return 0;
}

上面的代码中，我们定义了一个返回tuple的函数returnTuple()，程序将返回一个tuple对象，其中包括整数和字符串值。

但是，我们如何将这两个值拆分到不同的变量中呢？这当然是不可能的，因为这个函数返回单一的tuple对象。或者吗？如果我们在我的main()函数中创建一个匿名元组，并且使用std::tie（）函数将其与返回的元组相关联，我们可以将元组值拆分成两个单独的变量。

tuple<int, std::string> returnTuple() {
    int i = 10;
    std::string s = "hello";
    return std::make_tuple(i, s);
}
int main() {
    auto tpl = returnTuple();
    int i;
    std::string s;
    std::tie(i, s) = tpl;
    return 0;
}

在上面的代码中，我们使用std::tie()来解包时，会按照tuple中元素的顺序赋值给对应的变量，最后i的值为10，s的值为”hello”。

四、使用tuple进行排序

在使用C++ tuple时，我们可以使用pair和tuple对数据进行排序

typedef std::tuple<int, std::string> myTuple;
struct compare {
  bool operator()(const myTuple& a, const myTuple& b) {
    return (std::get<0>(a)  < std::get<0>(b));
  }
};
// ...
std::set<myTuple, compare> mySet;
mySet.insert(std::make_tuple(1, "one"));
mySet.insert(std::make_tuple(10, "ten"));
mySet.insert(std::make_tuple(5, "five"));

上面的代码中，我们使用了tuple定义了一个myTuple结构体，并使用set和compare函数进行排序，根据myTuple中第一个参数（int）的顺序进行了从小到大的排序。

五、结构化绑定

C++17 支持从tuple中结构化绑定。在C++17之前，需要使用std::tie()函数，但是std::tuple_size和std::get可以统一到结构化绑定中。

tuple<int, float, std::string> myTuple (10, 2.5, "hello");
auto[i, f, s] = myTuple;

在上面的代码中，我们使用结构化绑定来获取myTuple的元素值，并且赋值给i，f和s。它是通过自动构造一个std::tuple_size对象和std::tuple_element来找到tuple的大小，以及tuple中元素类型的方法。

六、特殊内存分配

tuple中元素值存放在一段连续的内存空间中，这个内存空间的大小也会影响到程序的性能。

typedef std::tuple<char, int, std::string> myTuple;
size_t len = std::tuple_size<myTuple>::value;
size_t szA = std::max(sizeof(char), std::max(sizeof(int), sizeof(std::string)));
size_t szB = sizeof(myTuple);
std::cout << "tuple size: " << len << ", individual size: " 
          << szA << ", collective size: " << szB << std::endl;

在上面的代码中，我们使用tuple_size来计算myTuple元素的个数，同时迭代其元素来计算内存大小，最后输出到标准输出。

总结

在本篇文章中，我们介绍了C++ tuple的定义、获取元素、使用tie()函数、排序、结构化绑定以及特殊内存分配。tuple是一个非常实用的存储和传递多个值的工具，在C++程序中经常使用。通过掌握C++ tuple的各个方面，我们可以更好地使用tuple进行多个值的组织和传递。

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