C++ 初探模板（2）实现一个 Tuple

后端

2023-11-22 12:46:33

介绍

在C++中，tuple是一种能够存储不同类型元素的容器类型。它类似于数组或结构体，但不同之处在于tuple中的每个元素可以有不同的数据类型。本文将探讨如何利用C++的模板特性来创建一个简单的tuple类。

可变长模板参数简介

实现tuple的关键是可变长模板（variadic templates）。通过这种机制，我们可以定义接收任意数量和类型的参数函数或类模板。

原理

可变长模板允许在编译时确定类型和数量。
使用递归技术处理每个参数。

实现Tuple

定义基础结构

首先定义一个基本的tuple，它将包含数据以及存储子元素的方法。这里使用了递归模板来实现这一目标。

template<typename... Args>
class MyTuple;

// 基类：无参数的情况
template<>
class MyTuple<> {};

// 通用版本：包含一个或多个参数
template<typename Head, typename... Tail>
class MyTuple<Head, Tail...> : public MyTuple<Tail...> {
public:
    typedef Head head_type;
    
    // 构造函数初始化第一个元素，并递归调用剩余的元组
    MyTuple(Head h, Tail... t) : MyTuple<Tail...>(t...) { 
        head = h; 
    }
private:
    Head head;
};

访问元素

为了访问tuple中的数据，需要定义一种机制来递归地索引到每个元素。

template<size_t N, typename T>
struct TupleElement;

// 基类：无参数的情况
template<typename T>
struct TupleElement<0, T> {
    static T& get(MyTuple<T>& t) { 
        return t.head; 
    }
};

// 通用版本：递归访问元素
template<size_t N, typename Head, typename... Tail>
struct TupleElement<N, MyTuple<Head, Tail...>> : public TupleElement<N-1, MyTuple<Tail...>> {
    static T& get(MyTuple<Head, Tail...>& t) { 
        return TupleElement<N-1, MyTuple<Tail...>>::get(static_cast<MyTuple<Tail...> &>(t)); 
    }
};

使用示例

现在可以创建一个包含不同类型的tuple，并访问其中的元素了。

int main() {
    MyTuple<int, char, float> t(10, 'A', 3.14f);
    
    std::cout << TupleElement<0, MyTuple<int, char, float>>::get(t) << '\n';
    std::cout << TupleElement<1, MyTuple<int, char, float>>::get(t) << '\n';
    std::cout << TupleElement<2, MyTuple<int, char, float>>::get(t) << '\n';

    return 0;
}