如何在 C++ 中建立、存取及列印 std::tuple

當單一值需要組合固定數量、型別各異的欄位時，例如姓名、識別碼與分數，可以使用 std::tuple。本指南將說明如何使用 std::make_tuple 建立這類值、使用 std::get 讀取及更新元素，以及列印不同大小元組中的所有元素。元組元素的位置屬於其型別的一部分，因此適合用來表示欄位已知的小型資料記錄，不適合用作執行期間會增長的集合。

std::tuple 儲存什麼，以及何時使用

std::tuple 是表示固定大小值序列的類別範本。每個位置都可以有不同型別，而且所有位置的型別與順序在編譯時就已確定。例如，元組可以同時存放字串、整數與浮點數。它的型別是 std::tuple；它不是函式或命令。

元組的位置沒有名稱，因此適合用於簡短的結果或區域性資料分組；若欄位需要在大型程式中始終以固定名稱表示，元組就較不容易表達其意義。欄位名稱能讓資料更容易理解時，請使用 struct；元素數量會變動時，請使用容器。

使用 std::make_tuple 建立元組

std::make_tuple 接受值並推導對應的元素型別，因此建立元組時不必在呼叫處寫出冗長的 std::tuple<...> 型別。元素會依照引數順序排列。使用 std::tuple 和 std::make_tuple 時，請納入 <tuple>；若要儲存 std::string 值，也請納入 <string>。下方完整程式中的 shortTuple 由 std::string、int 和 double 建立；std::make_tuple 會根據引數推導這些元素型別。值會依其型別複製或移動到元組中。這是建立值的方式，不是建立大小可動態變化序列的方法。

使用 std::get 讀取及更新元組元素

使用 std::get<I>(value) 存取位置 I 的元素；I 是從零開始、在編譯時決定的索引。三元素元組的有效位置是 0、1 和 2。下方完整程式會使用 std::get<1>(profile)，將整數欄位讀入 originalId，接著再將相同運算式放在指定運算的左側，以更新該欄位。選取的位置必須有效，因此不能將只在執行時才計算出的索引傳給 std::get。

std::tuple 沒有方括號索引方式。若索引需要在執行時選定，請改用其他表示方式，例如元素同質的容器，或針對元組中已知的位置撰寫明確的分派邏輯。使用 std::get 讀取時會保留元素型別，因此編譯器可以依實際欄位型別檢查指定運算及函式呼叫。

使用可變參數範本列印所有元素

可變參數範本能接受元素數量不同的元組。下方範例需要 C++17 或更新版本，因為它使用摺疊運算式。程式以 std::index_sequence 產生編譯時的位置，再用摺疊運算式將各位置對應的值輸出至串流。輸出會加上括號，並以逗號分隔各值；每種元素型別都必須支援插入 std::ostream。程式會建立並更新一個元組，接著列印另外兩個大小不同的元組。輸出如下；其中的 Ada、Lin 和 C++ 依原例保留，並非翻譯後的標籤：

執行此範例：

本節中的程式碼以及顯示的標籤或輸出仍為英文。

#include <iostream>
#include <string>
#include <tuple>
#include <utility>

using namespace std;

template <class Tuple, size_t... I>
void printTupleImpl(const Tuple& values, index_sequence<I...>) {
  size_t printed = 0;
  ((cout << (printed++ ? ", " : "") << get<I>(values)), ...);
}

template <class... Values>
void printTuple(const tuple<Values...>& values) {
  cout << "(";
  printTupleImpl(values, index_sequence_for<Values...>{});
  cout << ")\n";
}

int main() {
  auto profile = make_tuple(string("Ada"), 7, 9.5);
  const int originalId = get<1>(profile);
  get<1>(profile) = originalId + 1;

  auto shortTuple = make_tuple(string("Ada"), 7, 9.5);
  auto longTuple = make_tuple(string("Lin"), 12, 8.25, string("C++"));
  printTuple(shortTuple);
  printTuple(longTuple);
}

(Ada, 7, 9.5)
(Lin, 12, 8.25, C++)

輔助函式會依照 std::index_sequence_for 提供的每個索引，展開一個 std::get<I> 運算式。逗號摺疊會依序處理這些運算式，因此同一個函式無須為每種長度分別撰寫多載，就能處理不同大小的元組。它也能處理空元組：摺疊運算不會插入任何值，函式仍會輸出括號。列印的值本身仍必須能輸出至串流；若元組包含自訂型別，就需要為該型別提供適當的串流插入多載。

如何選擇 std::tuple 或 std::pair

std::pair 恰好儲存兩個值，而 std::tuple 可以儲存任意固定數量的值，包括兩個。若資料自然由兩個相關欄位組成，例如鍵和值，優先使用 std::pair，因為它的型別能直接表達這種結構。若精簡的資料組包含三個以上型別不同的值，或介面刻意將多個值一併回傳，則選用 std::tuple。

若資料會在整個程式碼庫中廣泛使用，具名 struct 通常比這兩種型別更能傳達意圖。若只是暫時分組或用於簡潔的回傳值，std::tuple 可以省去另行定義型別。在這兩種情況下，都應讓欄位順序清楚，並使用 std::get 存取元組位置，讓讀者能辨認每個索引代表的值。