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C++ STL pair用法详解

我们知道,关联式容器存储的是“键值对”形式的数据,比如:

<"C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/">
<"Python教程", "http://c.biancheng.net/python/">
<"Java教程", "http://c.biancheng.net/java/">

如上所示,每行都表示一个键值对,其中第一个元素作为键(key),第二个元素作为值(value)。

注意,基于各个关联式容器存储数据的特点,只有各个键值对中的键和值全部对应相等时,才能使用 set 和 multiset 关联式容器存储,否则就要选用 map 或者 multimap 关联式容器。

考虑到“键值对”并不是普通类型数据,C++ STL 标准库提供了 pair 类模板,其专门用来将 2 个普通元素 first 和 second(可以是 C++ 基本数据类型、结构体、类自定的类型)创建成一个新元素<first, second>。通过其构成的元素格式不难看出,使用 pair 类模板来创建“键值对”形式的元素,再合适不过。

注意,pair 类模板定义在<utility>头文件中,所以在使用该类模板之前,需引入此头文件。另外值得一提的是,在 C++ 11 标准之前,pair 类模板中提供了以下 3 种构造函数:
#1) 默认构造函数,即创建空的 pair 对象
pair();
#2) 直接使用 2 个元素初始化成 pair 对象
pair (const first_type& a, const second_type& b);
#3) 拷贝(复制)构造函数,即借助另一个 pair 对象,创建新的 pair 对象
template<class U, class V> pair (const pair<U,V>& pr);
在 C++ 11 标准中,在引入右值引用的基础上,pair 类模板中又增添了如下 2 个构造函数:
#4) 移动构造函数
template<class U, class V> pair (pair<U,V>&& pr);
#5) 使用右值引用参数,创建 pair 对象
template<class U, class V> pair (U&& a, V&& b);

除此之外,C++ 11 标准中 pair 类模板还新增加了如下一种构造函数:pair (piecewise_construct_t pwc, tuple<Args1...> first_args, tuple<Args2...> second_args);

,该构造 pair 类模板的方式很少用到,因此本节不再对其进行详细介绍,感兴趣的读者可自行查阅资料。
下面程序演示了以上几种创建 pair 对象的方法:
#include <iostream>
#include <utility>      // pair
#include <string>       // string
using namespace std;
int main() {
    // 调用构造函数 1,也就是默认构造函数
    pair <string, double> pair1;
    // 调用第 2 种构造函数
    pair <string, string> pair2("STL教程","http://c.biancheng.net/stl/");  
    // 调用拷贝构造函数
    pair <string, string> pair3(pair2);
    //调用移动构造函数
    pair <string, string> pair4(make_pair("C++教程", "http://c.biancheng.net/cplus/"));
    // 调用第 5 种构造函数
    pair <string, string> pair5(string("Python教程"), string("http://c.biancheng.net/python/"));  
   
    cout << "pair1: " << pair1.first << " " << pair1.second << endl;
    cout << "pair2: "<< pair2.first << " " << pair2.second << endl;
    cout << "pair3: " << pair3.first << " " << pair3.second << endl;
    cout << "pair4: " << pair4.first << " " << pair4.second << endl;
    cout << "pair5: " << pair5.first << " " << pair5.second << endl;
    return 0;
}
程序输出结果为:

pair1:  0
pair2: STL教程 http://c.biancheng.net/stl/
pair3: STL教程 http://c.biancheng.net/stl/
pair4: C++教程 http://c.biancheng.net/cplus/
pair5: Python教程 http://c.biancheng.net/python/

上面程序在创建 pair4 对象时,调用了 make_pair() 函数,它也是 <utility> 头文件提供的,其功能是生成一个 pair 对象。因此,当我们将 make_pair() 函数的返回值(是一个临时对象)作为参数传递给 pair() 构造函数时,其调用的是移动构造函数,而不是拷贝构造函数。

在上面程序的基础上,C++ 11 还允许我们手动为 pair1 对象赋值,比如:
pair1.first = "Java教程";
pair1.second = "http://c.biancheng.net/java/";
cout << "new pair1: " << pair1.first << " " << pair1.second << endl;
执行结果为:

new pair1: Java教程 http://c.biancheng.net/java/

同时,上面程序中 pair4 对象的创建过程,还可以写入如下形式,它们是完全等价的:
pair <string, string> pair4 = make_pair("C++教程", "http://c.biancheng.net/cplus/");
cout << "pair4: " << pair4.first << " " << pair4.second << endl;

<utility>头文件中除了提供创建 pair 对象的方法之外,还为 pair 对象重载了 <、<=、>、>=、==、!= 这 6 的运算符,其运算规则是:对于进行比较的 2 个 pair 对象,先比较 pair.first 元素的大小,如果相等则继续比较 pair.second 元素的大小。

注意,对于进行比较的 2 个 pair 对象,其对应的键和值的类型比较相同,否则将没有可比性,同时编译器提示没有相匹配的运算符,即找不到合适的重载运算符。

举个例子:
#include <iostream>
#include <utility>      // pair
#include <string>       // string
using namespace std;
int main() {
    pair <string, int> pair1("STL教程", 20);
    pair <string, int> pair2("C++教程", 20);
    pair <string, int> pair3("C++教程", 30);
    //pair1和pair2的key不同,value相同
    if (pair1 != pair2) {
        cout << "pair != pair2" << endl;
    }
    //pair2和pair3的key相同,value不同
    if (pair2 != pair3) {
        cout << "pair2 != pair3" << endl;
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

pair != pair2
pair2 != pair3


最后需要指出的是,pair类模板还提供有一个 swap() 成员函数,能够互换 2 个 pair 对象的键值对,其操作成功的前提是这 2 个 pair 对象的键和值的类型要相同。例如:
#include <iostream>
#include <utility>      // pair
#include <string>       // string
using namespace std;
int main() {
    pair <string, int> pair1("pair", 10);                   
    pair <string, int> pair2("pair2", 20);
    //交换 pair1 和 pair2 的键值对
    pair1.swap(pair2);
    cout << "pair1: " << pair1.first << " " << pair1.second << endl;
    cout << "pair2: " << pair2.first << " " << pair2.second << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

pair1: pair2 20
pair2: pair 10

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