c++中的pair和tuple

一、c++中的複雜數據結構

從C開始，c++發展過來也一樣，在標準庫中一般不支持複雜的數據結構。比如多維的數組，多鍵值的KV,更不用說複雜的一批的樹了。其實也很好理解，c/c++作為一個底層支持語言，追求的是高效和多平臺支持，這就導致無法在複雜的數據結構中對整個數據結構進行極致優化，特別是針對於特定的平臺的極致優化。這也是很多大牛自己手擼一些（如跳表等）的數據結構。
用形象的話來說，STL庫就是一些「短小精悍」的函數和類組成，所以就不會有特別複雜的數據結構表現出來，其實在底層還是有一些複雜數據結構（紅黑樹），比如map的底層實現。

二、pair和tuple

pair和tuple都是用來進行複雜數據封裝的數據結構，前者類似於KV型資料庫，一對一對兒的。後者可以認為是Pair的擴充，可以支持更多的value在一個元素內，早期的標準是支持十個以內，而在c++11以後，可以支持更多的value。其實對於c/c++來說，可以互相封裝，這樣就會產生更大的組合結構，比如可以把兩個tuple組合到pair中。
看一下STL對它們的定義：

//Defined in header <utility>
template<
    class T1,
    class T2
> struct pair;

//Defined in header <tuple>
template< class... Types >
class tuple;

對於pair除了可以使用構造函數，STL提供了一個便捷的方式std::make_pair<>來創建，一般也推薦這麼操作。pair提供了交換、比較等常見的操作，使用越來還是比較方便的。對tuple來說,STL稱它為不定長值組，它比pair要複雜，但可以轉到std::tie。這個std::tie是一個tuple 的左值引用，它比較有意思。tuple也提供了一個std::make_tuple<>來創建，有一就有二嘛。同時它還提供一個tuple_cat()函數，看名字都知道可以把多個tuple連接在一起，這個在特定的場合下很有用。
同樣，在c++11以後可以使用initializer list(初始化列表)來實現整體的賦值構造。pair和tuple可以通過相關的構造函數來實現轉換，但看上去使用仍然不是很靈活。

三、例程

先看一下pair的例程：

#include <iostream>
#include <utility>
#include <functional>

int main()
{
    int n = 1;
    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // build a pair from two ints
    auto p1 = std::make_pair(n, a[1]);
    std::cout << "The value of p1 is "
              << "(" << p1.first << ", " << p1.second << ")\n";

    // build a pair from a reference to int and an array (decayed to pointer)
    auto p2 = std::make_pair(std::ref(n), a);
    n = 7;
    std::cout << "The value of p2 is "
              << "(" << p2.first << ", " << *(p2.second + 2) << ")\n";
}

運行結果：

The value of p1 is (1, 2)
The value of p2 is (7, 3)

再看看tuple:

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

std::tuple<int, int> f() // this function returns multiple values
{
    int x = 5;
    return std::make_tuple(x, 7); // return {x,7}; in C++17
}

int main()
{
    // heterogeneous tuple construction
    //std::tuple<int, int>{1, -1}; // initializer list
    int n = 1;
    auto t = std::make_tuple(10, "Test", 3.14, std::ref(n), n);
    n = 7;
    std::cout << "The value of t is "  << "("
              << std::get<0>(t) << ", " << std::get<1>(t) << ", "
              << std::get<2>(t) << ", " << std::get<3>(t) << ", "
              << std::get<4>(t) << ")\n";

    // function returning multiple values
    int a, b;
    std::tie(a, b) = f();
    std::cout << a << " " << b << "\n";
}

運行結果：

The value of t is (10, Test, 3.14, 7, 1)
5 7

四、總結

這兩個數據結構是挺簡單的一個應用，傳統的程式設計師一般會自己封裝一些數據結構來實現類似的功能。不過STL中實現的東西，多少都是很多大牛們審過的，拿出來搞一搞事情，也可以接受。還是那句話，要善於學習，不要固步自封，這才是進步的動力和源泉。