td::tuple 是 C++ 标准库中的一个模板类，C++11引入， 它用于创建一个固定大小的异质容器，其中可以存储不同类型的对象。std::tuple 提供了一种方便的方式来组合不同类型的对象到一个单一的实体中，而无需创建一个新的结构体或类。std::tuple 通常用于函数返回多个值，或者作为一种通用的容器来存储不同类型的数据。

1. 介绍

1.1 定义

template <class... _Types>
class tuple;

1.2 成员函数

1.3 非成员函数

1.3 辅助类

2. 示例

2.1 创建

#include<iostream>
#include <utility>
int main() {

class A {
    int val = 0;
public:
    A(int x) : val(x) {
        std::cout << "A(int x) : " << val <<std::endl;
    }
    A(std::string str, int x) : val(x) {
        std::cout << "A(std::string str, int x) : " << val << std::endl;
    }
};

//直接初始化
{
    std::tuple<int, std::string> x(1, "1234");
    std::tuple<A, std::string> y(1, "1234");
}

//std::make_tuple
{
    auto x = std::make_tuple<int, std::string>(1, "123");
    auto y = std::make_tuple(A(2), "string", 0.1f);
    auto z = std::make_tuple(std::string(""), A("", 3), 2);
    std::tuple<A, float> h = std::make_tuple(4, 9);
}

//创建空的元组然后赋值
{
    //std::tuple<A, std::string, int> x;
    //错误，这里会调用A、std::string、int的默认构造函数，
    //而A没有定义默认构造函数。
    //可以对A添加默认构造函数：
    //A(){} 或 A(int x = 0)
        
    std::tuple<std::string, int> x;
    std::get<0>(x) = "hello";
    std::get<1>(x) = 999;

    //std::tuple<std::string, int> x();
    //这也是错误的， 它会调用创建一个空的tuple
    //推测是实例化了 
    // template <> class tuple<> { // empty tuple
}

//std::tuple_cat
{
    auto x = std::make_tuple(1, 0.3);
    std::tuple<std::string, A> y("hello", 20);
    auto z = std::tuple_cat(x, y);
    //z元素个数
    std::cout << std::tuple_size<decltype(z)>::value << std::endl;
    std::cout << std::tuple_size_v<decltype(z)> << std::endl;
}

//other
{
    A a(10);
    std::string b("hello");
    auto x = std::make_tuple(std::ref(a), std::ref(b));
    auto y = std::tie(a, b);
    //注意里面的元素只是引用而已， 随a、b改变
    b = "world";
    std::cout << "x: " << std::get<1>(x) << std::endl;
    std::cout << "tie: " << std::get<1>(y) << std::endl;

    //std::forward_as_tuple
    auto func = [](std::tuple<A, std::string>&& tt) {
        std::cout <<"lambda: " << std::get<1>(tt) << std::endl;
    };
    func(std::forward_as_tuple(a, b));
    
    //operator=
    auto z = x;
}
return 0;
}

2.2 函数

#include<iostream>
#include <utility>

int main() {

    //打印输出
    auto printf_tuple = [](const char* str, 
        std::tuple<int, std::string, double>& x) {
            std::cout << str << " : 0=" << std::get<0>(x);
            std::cout <<" 1=" << std::get<1>(x);
            std::cout << " 2=" << std::get<2>(x) << std::endl;
    };

    //operator= operator==
    auto t = std::make_tuple(10, std::string("hello"), 0.3);
    std::tuple<int, std::string, double> t2(10, "hello", 0.3);
    auto t3(t2);
    auto t4 = t2;
    if (t == t2 && t == t4) {
        std::cout << "same" << std::endl;
    }

    //std::tuple_size
    int size = std::tuple_size<decltype(t)>();
    std::cout << size << std::endl;
    
    //std::get
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        //std::get<i>(t);
        //错误，编译时期展开，所以i要常量
    }
    std::cout << "0=" << std::get<0>(t);
    std::cout << " 1=" << std::get<1>(t);
    std::cout << " 2=" << std::get<2>(t) << std::endl;

    //swap std::swap
    std::get<0>(t4) = 100;
    std::get<1>(t4) = "world";
    std::get<2>(t4) = 0.9;
    t4.swap(t2);
    printf_tuple("t2", t2);
    printf_tuple("t4", t4);
    std::swap(t2, t4);
    printf_tuple("t2", t2);
    printf_tuple("t4", t4);

    //std::tie 创建
    int x = 10;
    std::string y("std::tie");
    double z = 0.3;
    auto t5 = std::tie(x, y, z);
    //t5 = std::tuple<int&, std::string&, double&>
    
    //std::tie 解包 
    //std::ignore
    std::tie(x, std::ignore, z) = t;
    std::cout << "x=" << x;
    std::cout << " z=" << z<<std::endl;
    
    //std::tuple_element
    std::tuple_element<0, std::tuple<bool, int>>::type v1 = false;
    std::tuple_element<0, std::tuple<bool, int>>::type v2 = 100;
    return 0;
}

2.3 场景

高级场景还是应用于模板元编程，不讨论。

普通场景就是减少结构体或类的应用：

• 返回值 与 参数

#include<iostream>
#include <utility>

std::tuple<bool, int, std::string> Ret1() {
    return std::make_tuple(true, 10, std::string("Ret1"));
}

decltype(auto) Ret2() {
    return std::make_tuple(true, 10, std::string("Ret1"));
}

auto Ret3(std::tuple<bool, int, std::string>&& arg) {
    return arg;
}

std::tuple<bool, int, std::string>&& Ret4(std::tuple<bool, int, std::string>&& arg) {
    return std::forward<std::tuple<bool, int, std::string>>(arg);
}

int main() {

    auto r1 = Ret1();
    auto r2 = Ret2();
    if (r1 == r2) {
        std::cout << "r1=r2 same" << std::endl;
    }

    auto r3 = Ret3(std::move(r2));
    auto&& r4 = Ret4(std::move(r3));
    //相当于
    //std::tuple<bool, int, std::string>&& r4 = std::move(r3);

    auto r5 = Ret4(std::move(r4));
    return 0;
}

• 与容器结合

#include<iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <map>

int main() {

    using TUPLE = std::tuple<int, double, std::string>;

    //vector
    std::vector<TUPLE> vec{ {1, 0.1, "str0.1"}, {2, 0.2, "str0.2"} };
    vec.emplace_back(3, 0.3, "str0.3");
    vec.push_back(std::make_tuple(4, 0.4, std::string("str0.4")));
    for (auto& elem : vec) {
        std::cout << "0=" << std::get<0>(elem);
        std::cout << " 1=" << std::get<1>(elem);
        std::cout << " 2=" << std::get<2>(elem) << std::endl;
    }

    //map
    std::map<int, TUPLE> map({ {1, {1, 0.1, "str0.1"}}, {2, {2, 0.2, "str0.2"}} });
    map.insert({ { 3, {3,0.3,"str0.3"} }, { 4, {4,0.4,"str0.4"} } });
    map.emplace(5, std::make_tuple(5, 0.5, std::string("str0.5")));
    std::cout << "\n\n" << std::endl;
    for (auto& elem : map) {
        std::cout << "0=" << std::get<0>(elem.second);
        std::cout << " 1=" << std::get<1>(elem.second);
        std::cout << " 2=" << std::get<2>(elem.second) << std::endl;
    }
    return 0;
}

• 与智能指针结合

#include<iostream>
#include <utility>
#include <list>
#include <memory>

int main() {

    using TUPLE = std::tuple<int, double, std::string>;
    //被指针包含
    std::shared_ptr<TUPLE> x(new TUPLE(1, 0.1, "1111"));
    x = std::make_shared<TUPLE>(2, 0.2, "2222");

    //tuple包含指针
    using TUPLE_01 = std::tuple<int, std::shared_ptr<std::string>>;
    TUPLE_01 a;
    {
        TUPLE_01 b(100, std::make_shared<std::string>("hi"));
        a = b;
    }
    std::cout << std::get<1>(a)->c_str() << std::endl;
    
    //list and std::shared_ptr
    std::list<std::shared_ptr<TUPLE>> lst;
    std::shared_ptr<TUPLE> ptr(new std::tuple(1, 0.1, std::string("str0.1")));
    lst.emplace_back(ptr);
    lst.push_back(std::make_shared<TUPLE>(2, 0.2, "str0.2"));
    lst.insert(lst.end(), std::make_shared<TUPLE>(3, 0.3, "str0.3"));
    for (auto& elem : lst) {
        std::cout << "0=" << std::get<0>(*elem.get());
        std::cout << " 1=" << std::get<1>(*elem.get());
        std::cout << " 2=" << std::get<2>(*elem.get()) << std::endl;
    }
    return 0;
}

• 与函数调用

#include <iostream>  
#include <utility>  

template <typename Func, typename Tuple>
auto apply_impl(Func&& f, Tuple&& t){
    return std::apply(std::forward<Func>(f), std::forward<Tuple>(t));
}

template <typename Func, typename... Args>
auto perfect_forward_apply(Func&& f, Args&&... args){
    return apply_impl(std::forward<Func>(f), \
        std::forward_as_tuple(std::forward<Args>(args)...));
}

void test_01(int a, double b) {
    std::cout << "test_01(" << a \
        << "," << b << ")" << std::endl;
}

int main()
{
    int a = 42;
    double b = 3.14;

    perfect_forward_apply(test_01, a, b);
    std::apply(test_01, std::forward_as_tuple(a, b));

    auto lamdba_01 = [](int x, const char* y) {
        std::cout << "lamdba_01(" << x << ", " << y << ")\n";
        return x * 2;
    };

    perfect_forward_apply(lamdba_01, 100, "hello world!");
    std::apply(lamdba_01, std::forward_as_tuple(100, "hello world"));
    
    std::invoke(lamdba_01, 100, "hello world!");
    return 0;
}

小言解析:

这段C++代码主要展示了如何使用std::apply、std::forward_as_tuple以及自定义的perfect_forward_apply函数来调用函数或lambda表达式，并将参数完美转发给它们。

首先，代码定义了两个模板函数：apply_impl和perfect_forward_apply。

0. apply_impl函数接收一个函数f和一个元组t，然后使用std::apply来调用函数f并将元组t中的元素作为参数传递给f。std::apply是一个函数模板，它接受一个可调用对象和一个元组，并使用元组中的元素作为参数来调用该对象。
1. perfect_forward_apply函数则是一个便利函数，它接收一个函数f和一系列参数args，然后使用std::forward_as_tuple将这些参数打包成一个元组，并调用apply_impl来应用这个函数和元组。std::forward_as_tuple是一个函数模板，它生成一个元组，并将参数完美转发给元组。

test_01函数是一个简单的函数，它接受一个int和一个double作为参数，并将它们打印到标准输出。

在main函数中，代码首先创建了两个变量a和b，然后使用perfect_forward_apply和std::apply来调用test_01函数，并将a和b作为参数传递给它。

接下来，代码定义了一个lambda表达式lamdba_01，它接受一个int和一个const char*作为参数，并将它们打印到标准输出，然后返回x的两倍。然后，代码再次使用perfect_forward_apply、std::apply和std::invoke来调用这个lambda表达式，并传递相应的参数。

注意，这里使用了std::forward来完美转发参数。完美转发意味着保持参数的原始类型（例如，lvalue或rvalue）和值类别（例如，const或非const）不变地传递给函数或lambda表达式。这对于避免不必要的拷贝和保持代码的通用性非常重要。

最后，main函数返回0，表示程序正常结束。

3. 源码探索

实现比较有意思， 类似于套娃。

参考标准文档std::tuple - cppreference.com

就不展开解析了, 参见这篇文章

<C++中VS2019下STL的std::tuple元组深入剖析>https://zhuanlan.zhihu.com/p/397720700

c++ 疑难杂症(1) std::thread

c++ 疑难杂症(2) std::move

c++ 疑难杂症(3) 模板特化

c++ 疑难杂症(4) std:vector

c++ 疑难杂症(5) std::pair

c++ 疑难杂症(6) std::map

c++ 疑难杂症(8) std::multimap