std::pair是什么

• 核心概念：std::pair是一个标准库模板，它用于把两个相同或不同的类型的值组合成一个单一的对象
• 具象化理解：你可以把它想象成一个坐标点，一个坐标点(x, y)中必然包含两个x和y两个值，他们共同构成了一个整体你可以把它当做是一个坐标点，可以将两个数据“捆绑”在一起，例如你可以使用下面这行代码来表示一个人的姓名和年龄

std::pair<std::string, int>

为什么需要std::pair ——告别繁琐的定义结构体

• 场景：当一个函数需要两个返回值怎么办？

  • 传统做法：自定义一个结构体，修改函数的返回值为struct name或者提供一个输出型参数，但是这样会影响代码的可读性，显得很笨重
  • std::pair的优雅之处：提供了一个轻量级、标准化的解决方案，无需额外定义结构体即可方便地组合和传递两个值。最典型的应用就是在 std::map 中作为键值对的存储单元。

标准库中对于pair的介绍

• 我们来看一下cplusplus对pair的介绍

• 介绍中说“这个类把一对值耦合在一起，它们可能是不同的类型，各自的值可以通过公有成员first 和second访问”，pair是tuple的一个特例，tuple可以构造多个值返回

• 成员类型和成员变量()

  • 它需要两个模板参数，并提供两个公有成员first和second用于访问值这两个模板参数
    

• 它的成员函数很简单，构造函数，operator=以及swap

• 接下来我们简单演示一下如何使用

• 创建与初始化：

  • 显式构造：std::pair<int, std::string> p1(1, "hello");

  • 使用 std::make_pair：auto p2 = std::make_pair(2, "world");

  • 优势：利用模板参数推导，代码更简洁。

• 访问元素：

  • 访问第一个元素：p1.first

  • 访问第二个元素：p1.second

• 做函数返回值：

std::pair<bool, int> find_element(const std::vector<int>& vec, int value) {
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        if (vec[i] == value) {
            return {true, i}; // C++11 及以上版本支持列表初始化
        }
    }
    return {false, -1};
}

• 在std::map中使用：

也可以直接使用{}构造，会走隐式类型转换
std::map<std::string, int> word_counts;
word_counts.insert(std::make_pair("apple", 5));
word_counts["banana"] = 10;

动手实现一个自己的 pair—— 揭开神秘面纱

• 了解了pair的一些相关知识后，我们来动手实现一个自己的pair把

• 第一步：定义模板结构体

  • 我们需要一个接受两种类型的模板结构体 Pair。

  • 它包含两个公开成员变量 first 和 second。

  • 提供一个构造函数来初始化这两个成员。

template <typename T1, typename T2>
struct pair
{
public:
   T1 first;
   T2 second;
};

• 按照前面我们介绍的函数进行实现，这里我还提供了移动构造，移动语义是C++11提出的新概念，如果提供了移动构造函数，在进行大量值的拷贝时，转移资源的所有权，而不是深拷贝

 pair() : first(), second() {}

 pair(const T1 &t1, const T2 &t2) : first(t1), second(t2) {}

 template <typename F, typename S>
 pair(const pair<F, S> &other) : first(other.first), second(other.second) {}

 // 移动语义的诉求是转移资源，避免深拷贝，为了提高性能，这里如果给了模板参数，
 // 传进来的参数类型和现在不一样，一来要走隐式类型转换，二来还可能进行深拷贝，不符合移动语义的诉求
 pair(const pair &&other) : first(std::move(other.first)), second(std::move(other.second)) {}

 // 移动赋值运算符
 pair &operator=(const pair &&other)
 {
     first = std::move(other.first);
     second = std::move(other.second);
     return *this;
 }

 void swap(pair &other)
 {
     swap(first, other.first);
     swap(second, other.second);
 }

• 类内还提供了一个模板函数，可能会需要使用已经存在的pair进行构造一个新的pair，如果原来的数据类型是float，需要一个double类型，这里可以方便使用，而不需要重新定义一个pair

 template <typename F, typename S>
 pair(const pair<F, S> &other) : first(other.first), second(other.second) {}

• 接下来我们在实现一个make_pair，它用于构造一个pair对象并返回

    template <typename T1, typename T2>
    const pair<T1, T2> make_pair(const T1 first, const T2 second)
    {
        return pair<T1, T2>(first, second);
    }

现代C++对std::pair的一个扩展

• 如果想要访问pair的两个值，我们需要使用first和second，这样写有点麻烦，C++17中提供了一种更方便的访问pair的成员的方法——结构化绑定（Structured Bindings），可以通过auto直接获取值

std::pair<std::string, int> person("Alice", 25);
auto [name, age] = person; // 直接解包到变量 name 和 age
std::cout << name << " is " << age << " years old." << std::endl;

std::tuple的简单介绍

• 可以看到标准库的介绍“tuple是一个可以容纳多个元素的对象，每个元素都可以是不同类型”，从介绍我们就可以看出为什么在pair的介绍那里说pair是tuple的一个特例了
  
• 简单使用

// tuple example
#include <iostream>     // std::cout
#include <tuple>        // std::tuple, std::get, std::tie, std::ignore

int main ()
{
  std::tuple<int,char> foo (10,'x');
  auto bar = std::make_tuple ("test", 3.1, 14, 'y');

  std::get<2>(bar) = 100;                                    // access element

  int myint; char mychar;

  std::tie (myint, mychar) = foo;                            // unpack elements
  std::tie (std::ignore, std::ignore, myint, mychar) = bar;  // unpack (with ignore)

  mychar = std::get<3>(bar);

  std::get<0>(foo) = std::get<2>(bar);
  std::get<1>(foo) = mychar;

  std::cout << "foo contains: ";
  std::cout << std::get<0>(foo) << ' ';
  std::cout << std::get<1>(foo) << '\n';

  return 0;
}

• 如何选择pair和tuple？
  -如果你需要返回两个值，那么就优先使用pair，多个值就使用tuple，还是按照个人喜好来

总结与展望

• 这篇文章讲了关于C++的std::pair的使用与实现，std::pair 是一个用于捆绑两个值的轻量级、标准化的容器，是 C++ 程序员工具箱中不可或缺的一员，知道怎么用，更要知道背后的原理。
• 了解了pair后，相信你对tuple也应该能有了一个简单的认识，如果感兴趣你可以阅读cplusplus-std::tuple

对std::pair的介绍就到这里了，如果觉得写的还不错的话，欢迎点赞加关注，如果有写的不对的地方，欢迎批评指正( •̀ ω •́ )✧