在常规的编程任务中使用新的 库

在常规的编程任务中使用新的 <tuple> 库

作者：Danny Kalev
编译：MTT 工作室

原文出处：Tackle Common Programming Tasks Using the New <tuple> Library

　　C++ 标准委员会目前正在进行标准库的更新和增强。Tuple 类型是最近添加到 C++ 标准中的内容之一。Tuple 是一个大小固定的异构对象集合。Tuple 类型非常强大，它有助于简化一些常见的编程任务。
　　本文代码所依赖的常规编译器均支持 C++ 98 规范，但是目前<tulpe>库还并不一定是 IDE 标准库的一部分。因此，要想使用这个库必须到 Boost 下载并安装。但今后的大多数开发环境肯定都会支持<tuple>库的。

如何模拟从一个函数中返回多个类型？如何同时进行多个值的赋值和比较？
 
使用 <tuple> 库定义 tuple 对象并处理之。

1、构造和初始化
　　tuple 类型 tuple 类模板的特化或实例。目前的标准库支持 0-10个元素的 tuple。每个元素可以有不同的类型。在下面的例子中，t 被定义为 tuple 类型，它包含两个元素，类型分别为 int 和 double：

#include <tuple>
tuple <int, double> t(1, 3.14);

　　为简单起见，我不使用名字空间的限定。tuple 所在的实际名字空间及其辅助函数是根据所使用的库声明的。Boost 库在 boost::tuples 中声明 tuple。 标准 C++ 通常会在 std 中声明。
如果你省略初始化例程，那么将应用默认的初始化替代：

tuple <std::string, int*> u; //initialized to: string(),0

2、辅助函数
　　为了得到 tuple 的元素个数，使用 tuple_size()：

int sz=tuple_size <tuple <int, const double, std::string> >::value;//3

make_tuple() 用于构造 tuple 类型。该函数按照其参数创建一个 tuple 类型：

void f(int i);
T1=make_tuple(&f); // returns: tuple<void (*)(int)>
T2=make_tuple("hi", 2); // tuple< const char (&)[3], int>

tuple_element() 函数返回单个元素的类型。该函数以索引和 tuple 类型为参数：

//获得第一个元素的类型
T=tuple_element <0, tuple<int, int, char> >::type;//int

　　如果你需要存取实际的元素，而非类型，那么就用 get<N>() 函数。注意 tuple 使用基于 0 的索引。

tuple <int, double> t;
int n=get<0>(t); //获得第一个元素
get<1>(t)=0.5; //给第二个元素赋值 

3、现实世界中的 tuple
　　下面让我们考察一下 tuple 类型的应用，假设你需要实现这样一个函数：将某个文件名转换为FILE * 和文件描述符。大家知道，C++ 不允许一个函数返回多个类型的值。通常的做法是定义两个名字稍有差别的函数来解决这个问题的，例如：

int convert_filename(const char * path);
FILE * fconvert_filename(const char * path);

　　POSIX 库充满了这样的函数集。在这种情况下是不会用重载机制的，因为你无法定义仅有返回值不同的函数的重载版本。例如：

int convert_filename(const char* path);
FILE* convert_filename(const char* path); //出错

　　通过使用 tuple 类型来包装两个返回类型，你可以模拟单个函数返回多个类型。像往常一样，使用 typedef 来隐藏繁琐的语法：

typedef tuple<int, FILE *> file_t;
file_t convert_filename(const char* path);

在面向对象环境中，你也可以扩展 file_t 为一个适合的 fstream 对象。
　　tuple 提供了一个优雅的解决方案来解决另外一个问题，就是用整型来仿真浮点值。现在你可以借助 tuple 用两个纯粹的整型替代：

typedef tuple<__int64, int> Currency;

例如，有一个 USD 类：

class USD
{
private:
        Currency curr;
public:
        explicit USD(__int64 d=0, int c=0): curr(d,c) {}
        //..
};

　　注意有一个非常重要的地方是数据成员声明为私有。该类的使用者将不会注意其实现已经改变，因为接口完好无损。
　　这样做非常好，你可能会问：“难道不能把两个整型打包在一个定义良好的结构里来实现吗？”当然可以，但是，tuple 有一个结构所没有的优势：那就是它已经重载了关系操作符 <、>、== 等。因此，你可以象下面这样轻松地比较两个货币的值：

bool operator==(const USD& u1, const USD& u2)
{
     return u1.curr==u2.curr;
}

　　这里，当且仅当 u1 中的每一个元素与 u2 中对应的元素相等时，tuple 重载的 == 才返回true，例如：

Currency curr1(100,99); 
Currency curr2(100,98);
Currency curr3(100,98);

bool res=curr1==curr2; //false
res=curr2==curr3; //true

4、tuple 使用之最
　　Tuple 有许多其它用途。例如，你可以象下面这样创建一个 tuple 引用和 cv 限定类型：

int i; char c; 
make_tuple(ref(i),ref(c)); // tuple <int &, char&>
make_tuple(cref(i), c); // tuple <const int &, char>

　　ref 类模板充当引用包装器。同样，cref 将引用包装成常量（const）对象。为了简化引用元素的 tuple 的创建过程，可以用 tie()函数：

tie(i, c); //等同于：make_tuple(ref(i), ref(c));

　　包含非常量引用元素的 tuple 可被用于将另外的 tuple “解包（unpack）”成实际的对象。

tie(i, c)=make_tuple(1, ''a'');

经过这样的赋值，i=1,c=''a''。这个技术在解包返回 tuple 的函数时很有用。

作者简介
　　Danny Kalev 是一名通过认证的系统分析师，专攻 C++ 和形式语言理论的软件工程师。1997 年到 2000 年期间，他是 C++ 标准委员会成员。最近他以优异成绩完成了他在普通语言学研究方面的硕士论文。 业余时间他喜欢听古典音乐，阅读维多利亚时期的文学作品，研究 Hittite、Basque 和 Irish Gaelic 这样的自然语言。其它兴趣包括考古和地理。Danny 时常到一些 C++ 论坛并定期为不同的 C++ 网站和杂志撰写文章。他还在教育机构讲授程序设计语言和应用语言课程。