【C++ 11 模板类】tuple 元组

【 1. 基础概念 】

std::tuple 在 C++11 引入，用于将不同类型的数据组合成一个单一的对象。它类似于 std::pair，但可以包含任意数量的元素（包括零个）。

• 定义：std::tuple 是一个模板类，可以存储固定数量的、不同类型的数据元素。
• 头文件：#include <tuple>
• 命名空间：std
• 编译时确定大小：tuple 的大小（即包含的元素个数）在编译时就已经完全确定，并且不可改变。它不是动态容器。

与 pair 和 struct 的对比

特性	std::tuple	std::pair	struct
元素数量	任意	2	任意
元素命名	无（通过索引）	first, second	自定义
可读性	低	中	高
灵活性	高	低	中
适用场景	临时组合、泛型	键值对	有明确语义的数据

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【 2. tuple 的创建 】

2.1 构造函数的方式创建

tuple<int, string, double> t1(10, "Zhen", 95.5);

2.2 使用花括号初始化

tuple<int, string> t2{42, "Sheng"};
tuple<int, string> t3 = {42, "Wo"};
tuple<int, double> t4{}; // 所有成员被默认初始化
tuple<int, double> t5 = {}; // 所有成员被默认初始化

2.3 使用 std::make_tuple

auto t4 = make_tuple(20, "Ai", 88.0);
// 类型自动推导，推荐使用

2.4 使用 std::tie（用于解包，但也可用于初始化空 tuple）

int a; 
string b ;
double c;
auto t3 = tie(a, b, c); // 创建引用 tuple

2.5 empty_tuple 创建空 tuple

tuple<> empty_tuple;

2.6 从 tuple 创建另一个 tuple（类型转换）

auto t1 = make_tuple(1, 2.5);
auto t2 = make_tuple<long, float>(t1); // 类型转换

【 3. 访问 tuple 元素 】

3.1 使用 std::get<index>(tuple)

• 通过索引访问元素（索引从 0 开始）

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <string>
using namespace std;
int main() {tuple <int,float,string>(1314, 0.521, "Ni");// 通过索引访问元素（索引从 0 开始）cout << "Index 0: " << get<0>(t) << "\n";cout << "Index 1: " << get<1>(t) << "\n";cout << "Index 2: " << get<2>(t) << "\n";return 0;
}

• 注意： 索引 inde 必须是编译时常量，不能是变量 。

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <string>
using namespace std;
int main() {tuple <int,float,string> t(1314, 0.521, "Ni");int index = 0;// 报错:get<>() 的 <> 中必须是常量cout << "Index 0: " << get<index>(t) << "\n";//正确cout << "Index 0: " << get<0>(t) << "\n";return 0;
}

• std::get 也可以用于修改元素：

tuple <int,float,string> t(1314, 0.521, "Ni");
get<2>(t) = "new";

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3.2 结构化绑定（C++17，强烈推荐）

• 这是访问 tuple 最优雅的方式：

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <string>
using namespace std;
int main() {auto t = make_tuple(42, 3.14, string("Modern C++"));// 结构化绑定：将 tuple 解包为独立变量auto [id, value, name] = t; // 这行代码的含义是：“把这个 tuple 类型的变量 t 的第一个元素绑定到名为 id 的变量，第二个绑定到 value，第三个绑定到 name。”cout << "ID: " << id << ", Value: " << value << ", Name: " << name << "\n";// 也可以声明为引用以修改原 tupleauto& [ref_id, ref_value, ref_name] = t;ref_id = 99;cout << "Modified ID: " << get<0>(t) << "\n"; // 99return 0;
}

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【 4. tuple 的操作 】

4.1 获取 tuple 大小 tuple_size_v<decltype(t)>

tuple_size_v<decltype(t)>

auto t = std::make_tuple(1, 2.5, "hello", true);
constexpr size_t size = tuple_size_v<decltype(t)>; // C++17// 输出为 3

4.2 获取特定位置的类型

auto t = std::make_tuple(1, 2.5, "hello", true);
using ThirdType = tuple_element_t<2, decltype(t)>;
// ThirdType 是 std::string

4.3 比较操作

• tuple 支持完整的比较操作（==, !=, <, <=, >, >=），按字典序比较：
• tuple 内的元素依次比较，直到比较出结果

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <string>
using namespace std;
int main() {auto t1 = make_tuple(1, "apple");auto t2 = make_tuple(1, "banana");auto t3 = make_tuple(2, "apple");cout << (t1 < t2) << "\n";  // 1cout << (t1 < t3) << "\n";  // 1cout << (t2 < t3) << "\n";  // 1return 0;
}

4.4 拼接 tuple std::tuple_cat

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <string>
using namespace std;
int main() {auto t1 = make_tuple(1, 2);auto t2 = make_tuple(3.14, "pi");auto t3 = make_tuple(true);// 拼接多个 tupleauto combined = tuple_cat(t1, t2, t3);// combined 类型: tuple<int, int, double, const char*, bool>cout << "Combined size: " << tuple_size_v<decltype(combined)> << "\n";return 0;
}

4.5 遍历 tuple

// C++17 示例：打印 tuple 所有元素
template<typename Tuple, std::size_t... I>
void print_tuple_impl(const Tuple& t, std::index_sequence<I...>) {((std::cout << (I == 0 ? "" : ", ") << std::get<I>(t)), ...);std::cout << "\n";
}template<typename... Args>
void print_tuple(const std::tuple<Args...>& t) {print_tuple_impl(t, std::index_sequence_for<Args...>{});
}// 使用
auto t = std::make_tuple(1, 2.5, "hello");
print_tuple(t); // 输出: 1, 2.5, hello

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【 5. 应用场景 】

5.1 函数返回多个值

#include <tuple>
#include <iostream>
using namespace  std;tuple<int, int, double> divide_with_remainder(int a, int b) {return make_tuple(a / b, a % b, static_cast<double>(a) / b);
}int main() {auto [quotient, remainder, decimal] = divide_with_remainder(10, 3);cout << "Quotient: " << quotient << ", Remainder: " << remainder << ", Decimal: " << decimal << "\n";return 0;
}

5.2 作为容器的键

map<tuple<int, string>, double> student_grades;
student_grades[{1, "Math"}] = 95.5;
student_grades[{1, "English"}] = 87.0;