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1.简介
C++11之后引入了std::tuple，俗称元组，元组(tuple)是一种用于组合多个不同类型的值的数据结构。元组可以将不同类型的数据打包在一起，类似于一个容器，可以按照索引顺序访问其中的元素。元组的大小在编译时确定，不支持动态添加或移除元素。std::tuple的定义如下：
template<class... Types> class tuple;std::tuple类似互C语言的结构体，不需要创建结构体而又有结构体的特征，在某些情况下可以取代结构体而使得程序更加简洁，直观。std::tuple理论上可以定义无数多个不同类型的成员变量。特别是你需要在函数之间返回多个值时，或者需要一次性处理多个相关值时，使用元组可以简化代码并提高可读性。
2.std::ignore介绍
在标头 <tuple> 定义，任何值均可赋给而无效果的未指定类型的对象。目的是令 std::tie 在解包 std::tuple 时作为不使用的参数的占位符使用。例如：解包 set.insert() 所返回的 pair ，但只保存布尔值。
#include <iostream> #include <string> #include <set> #include <tuple> int main() { std::set<std::string> set_of_str; bool inserted = false; std::tie(std::ignore, inserted) = set_of_str.insert("Test"); if (inserted) { std::cout << "Value was inserted successfully\n"; } }输出：Value was inserted successfully
3.创建元组
3.1.直接初始化方式
//显示初始化 std::tuple<bool, int, double, std::string> a(true, 1, 3.0, "1112222");3.2.使用花括号初始化列表方式（C++11及以上版本）
//显示初始化 std::tuple<bool, int, double, std::string> a{true, 1, 3.0, "1112222"};3.3.make_tuple方式
//显示初始化 std::tuple<bool, int, double, std::string> a = make_tuple(true, 1, 3.0, "1112222"); //隐式初始化 auto b = make_tuple(true, 1, 3.0, "1112222");3.4.使用std::tie()函数方式
std::tie定义为：
template<class... Types> constexpr tuple<Types&...> tie (Types&... args) noexcept;std::tie生成一个tuple,此tuple包含的分量全部为实参的引用，与make_tuple完全相反。主要用于从tuple中提取数据。例如：
bool myBool; int myInt; double myDouble; std::string myString; std::tie(myBool, myInt, myDouble, myString) = std::make_tuple(true, 1, 3.0, "1112222");如果是要忽略某个特定的元素，还可以使用第2章节的std::ignore来占位，例如：
bool myBool; std::string myString; std::tie(myBool, std::ignore, std::ignore, myString) = std::make_tuple(true, 1, 3.0, "1112222");4.元素访问
4.1.std::get<index>()方式
使用std::get来访问std::tuple特定的元素，如：
std::tuple<bool, int, std::string> a(true, 0, "sfsfs"); bool b = std::get<0>(a); int c = std::get<1>(a); std::string d = std::get<2>(a); std::get<0>(a) = false; std::get<2>(a) = "s344242";4.2.使用结构化绑定（C++17及以上）
在C++17及以上版本中，还可以使用结构化绑定 (structured bindings) 的方式来创建和访问元组，可以更方便地访问和操作元组中的元素。结构化绑定允许直接从元组中提取元素并赋值给相应的变量。例如：
std::tuple<bool, int, std::string> myTuple(true, false, "Hello"); auto [a, b, c] = myTuple;这将自动创建变量a、b和c，并将元组中相应位置的值赋给它们。
注意：
元组是不可变的（immutable）一旦创建就不能更改其元素的值。但是，可以通过解构赋值或使用std::get<index>(tuple)来获取元组中的值，并将新的值赋给它们，从而修改元组中的值。
std::tuple不支持迭代器，获取元素的值时只能通过元素索引或tie解包。给定的索引必须是在编译期间就已经确定的，不能在运行期间动态传递，否则会产生编译错误
4.3.递归遍历元素
由于 tuple 自身的原因，无法直接遍历，而 get<index> 中 index 必须为运行前设置好的常数
所以 tuple 的遍历需要我们手写，代码如下:
template<class Tuple, std::size_t N> struct VisitTuple { static void Visit(const Tuple& value) { VisitTuple<Tuple, N - 1>::Visit(value); std::cout << ' ' << std::get<N - 1>(value); return void(); } }; template<class Tuple> struct VisitTuple<Tuple, 1> { static void Visit(const Tuple& value) { std::cout << std::get<0>(value); return void(); } }; template<class... Args> void TupleVisit(const std::tuple<Args...>& value) { VisitTuple<decltype(value), sizeof ...(Args)>::Visit(value); }4.4.std::apply方式(C++17及以上)
利用可变参数的折叠表达式规则来访问std::tuple的元素，例如：
#include <iostream> #include <tuple> #include <utility> int add(int first, int second) { return first + second; } template<typename T> T add_generic(T first, T second) { return first + second; } auto add_lambda = [](auto first, auto second) { return first + second; }; template<typename... Ts> std::ostream& operator<<(std::ostream& os, std::tuple<Ts...> const& theTuple) { std::apply ( [&os](Ts const&... tupleArgs) { os << '['; std::size_t n{0}; ((os << tupleArgs << (++n != sizeof...(Ts) ? ", " : "")), ...); os << ']'; }, theTuple ); return os; } int main() { // OK std::cout << std::apply(add, std::pair(1, 2)) << '\n'; // 错误：无法推导函数类型 // std::cout << std::apply(add_generic, std::make_pair(2.0f, 3.0f)) << '\n'; // OK std::cout << std::apply(add_lambda, std::pair(2.0f, 3.0f)) << '\n'; // 进阶示例 std::tuple myTuple(25, "Hello", 9.31f, 'c'); std::cout << myTuple << '\n'; }输出：
3 5 [25, Hello, 9.31, c]上面语句((os << tupleArgs << (++n != sizeof...(Ts) ? ", " : "")), ...);利用了C++17的折叠表达式，折叠表达式是C++17新引进的语法特性。使用折叠表达式可以简化对C++11中引入的参数包的处理，从而在某些情况下避免使用递归。如果有不是很明白的地方，可参考我的博客深入理解可变参数(va_list、std::initializer_list和可变参数模版)-CSDN博客
关于std::applay的使用有不明白的地方，可以参考我的博客std::apply源码分析-CSDN博客
5.获取std::tuple的size
std::tuple_size的定义如下：
template< class... Types > struct tuple_size< std::tuple<Types...> > : std::integral_constant<std::size_t, sizeof...(Types)> { };提供对 tuple 中元素数量的访问，作为编译时常量表达式，计算std::tuple的大小。例如：
#include <iostream> #include <tuple> template <class T> void test(T value) { int a[std::tuple_size_v<T>]; // 能用于编译时 std::cout << std::tuple_size<T>{} << ' ' // 或运行时 << sizeof a << ' ' << sizeof value << '\n'; } int main() { test(std::make_tuple(1, 2, 3.14)); }可能的输出：3 12 16
6.获取元组中的元素类型
std::tuple_element定义如下：
template< std::size_t I, class... Types > class tuple_element< I, tuple<Types...> >;可以使用std::tuple_element<index, tuple>::type来获取元组中特定索引位置的元素类型。
#include <iostream> #include <tuple> template <class... Args> struct type_list { template <std::size_t N> using type = typename std::tuple_element<N, std::tuple<Args...>>::type; }; int main() { std::cout << std::boolalpha; type_list<int, char, bool>::type<2> x = true; std::cout << x << '\n'; }输出：true
7.std::forward_as_tuple
定义如下：
template< class... Types > tuple<Types&&...> forward_as_tuple( Types&&... args ) noexcept; template< class... Types > constexpr tuple<Types&&...> forward_as_tuple( Types&&... args ) noexcept;用于接受右值引用数据生成 tuple, 与 std::make_tuple 不同的是它的右值是引用的，当修改其值的时候，原来赋值所用的右值也将修改，实质上就是赋予了它地址。同std::tie一样，也是生成一个全是引用的tuple,不过std::tie只接受左值，而std::forward_as_tuple左值、右值都接受。主要是用于不损失类型属性的转发数据。
注意此处 tuple 内的类型应为引用，否则相当于 std::make_tuple。例如：
signed main(int argc, char *argv[]) { int a = 123, c = 456; float b = 33.f, d = .155; std::tuple<int&, float&, int&, float&> tu = std::forward_as_tuple(a,b,c,d); std::get<0> (tu) = 2; std::get<1> (tu) = 4.5f; std::get<2> (tu) = 234; std::get<3> (tu) = 22.f; std::cout << a << std::endl; // 2 std::cout << b << std::endl; // 4.5 std::cout << c << std::endl; // 234 std::cout << d << std::endl; // 22 return 0; } 注意：若参数是临时量，则
forward_as_tuple不延续其生存期；必须在完整表达式结尾前使用它们。
8.std::tuple_cat
此函数接受多个tuple作为参数，然后返回一个tuple。返回的这个tuple将tuple_cat的参数中的tuple的所有元素按所属的tuple在参数中的顺序以及其在tuple中的顺序排列成一个新的tuple。新tuple中元素的类型与参数中的tuple中的元素的类型完全一致。例如：
#include <iostream> #include <string> #include <tuple> // 打印任何大小 tuple 的辅助函数 template<class Tuple, std::size_t N> struct TuplePrinter { static void print(const Tuple& t) { TuplePrinter<Tuple, N - 1>::print(t); std::cout << ", " << std::get<N-1>(t); } }; template<class Tuple> struct TuplePrinter<Tuple, 1> { static void print(const Tuple& t) { std::cout << std::get<0>(t); } }; template<class... Args> void print(const std::tuple<Args...>& t) { std::cout << "("; TuplePrinter<decltype(t), sizeof...(Args)>::print(t); std::cout << ")\n"; } // 辅助函数结束 int main() { std::tuple<int, std::string, float> t1(10, "Test", 3.14); int n = 7; auto t2 = std::tuple_cat(t1, std::make_tuple("Foo", "bar"), t1, std::tie(n)); n = 10; print(t2); }输出：(10, Test, 3.14, Foo, bar, 10, Test, 3.14, 10)
9.std::swap
交换两个std::tuple的内容，前提是两个std::tuple的大小和元素类型必须相同，例如：
std::tuple<int, double, char> a1; std::tuple<int, double, char> a2; std::tuple<unsigned int, double, char> a3; std::tuple<int, std::string, char> a4; std::tuple<int, double, char, std::string> a5; a1.swap(a2); //OK a2.swap(a3); //编译出现error a3.swap(a4);//编译出现error a4.swap(a5);//编译出现error上面a1和a2的大小和元素类型都相同，因此可以交换。a2和a3、a3和a4、a4和a5类型不相同，因此不能交换。我们再看一个std::tuple交换的例子：
#include <iostream> #include <string> #include <tuple> int main() { std::tuple<int, std::string, float> p1{42, "ABCD", 2.71}, p2; p2 = std::make_tuple(10, "1234", 3.14); auto print_p1_p2 = [&](auto rem) { std::cout << rem << "p1 = {" << std::get<0>(p1) << ", " << std::get<1>(p1) << ", " << std::get<2>(p1) << "}, " << "p2 = {" << std::get<0>(p2) << ", " << std::get<1>(p2) << ", " << std::get<2>(p2) << "}\n"; }; print_p1_p2("Before p1.swap(p2): "); p1.swap(p2); print_p1_p2("After p1.swap(p2): "); swap(p1, p2); print_p1_p2("After swap(p1, p2): "); }输出：
Before p1.swap(p2): p1 = {42, ABCD, 2.71}, p2 = {10, 1234, 3.14} After p1.swap(p2): p1 = {10, 1234, 3.14}, p2 = {42, ABCD, 2.71} After swap(p1, p2): p1 = {42, ABCD, 2.71}, p2 = {10, 1234, 3.14}10.std::make_from_tuple
std::make_from_tuple是以元组std::tuple的元素作为构造函数的参数构造别的类型对象，如下例子：
#include <iostream> #include <tuple> struct Foo { Foo(int first, float second, int third) { std::cout << first << ", " << second << ", " << third << "\n"; } }; int main() { auto tuple = std::make_tuple(42, 3.14f, 0); std::make_from_tuple<Foo>(std::move(tuple)); }输出：42, 3.14, 0
11.项目实战
11.1.std::tuple的序列化和反序列化
利用QDataStream的序列化数据，重写操作符operator<<和operator>>，代码如下：
template<typename... Ts> QDataStream& operator<<(QDataStream& dataStream, std::tuple<Ts...> const& theTuple) { std::apply ( [&dataStream](Ts const&... tupleArgs){ ((dataStream << tupleArgs), ...); }, theTuple ); return dataStream; } template<typename... Ts> QDataStream& operator>>(QDataStream& dataStream, std::tuple<Ts...>& theTuple) { std::apply ( [&dataStream](Ts&... tupleArgs){ ((dataStream >> tupleArgs), ...); }, theTuple ); return dataStream; } 或 template<typename... Ts> QDataStream& operator<<(QDataStream& dataStream, std::tuple<Ts...> const& theTuple) { std::apply ( [&dataStream](Ts const&... tupleArgs){ (dataStream << ... << tupleArgs); }, theTuple ); return dataStream; } template<typename... Ts> QDataStream& operator>>(QDataStream& dataStream, std::tuple<Ts...>& theTuple) { std::apply ( [&dataStream](Ts&... tupleArgs){ (dataStream >> ... >> tupleArgs); }, theTuple ); return dataStream; }11.2.获取std::tuple的数据大小
获取std::tuple的实际内容大小，但是std::tuple不能包含可变内容长度字段，代码如下：
template<class Tuple, std::size_t N> struct stTupleContentSize{ using first = typename std::tuple_element<N-1, Tuple>::type; using others = stTupleContentSize<Tuple, N-1>; static constexpr std::size_t = sizeof(first) + others::size; }; template<class Tuple> struct stTupleContentSize<Tuple, 1>{ using first = typename std::tuple_element<0, Tuple>::type; static constexpr std::size_t = sizeof(first); };调用方法：
using queryWaveParamData = std::tuple<int, bool, double, long>; constexpr int queryWaveParamDataSize = stTupleContentSize<queryWaveParamData, std::tuple_size_v<queryWaveParamData>>::size;12.总结
std::tuple 是一种重要的数据结构，可以用于在函数参数之间传递数据，也可以作为函数的返回值。在实际项目中，我们可以灵活地使用 std::tuple，以简化代码，提高程序的性能。
后面我们将继续通过分析std::tuple源码的方式来更深层次讲解它的实现原理，值得期待哦。。。
