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", "https://www.xinbaoku.com/c/">
<"Python教程", "https://www.xinbaoku.com/python/">
<"Java教程", "https://www.xinbaoku.com/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","https://www.xinbaoku.com/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", "https://www.xinbaoku.com/cplus/"));
    // 调用第 5 种构造函数
    pair <string, string> pair5(string("Python教程"), string("https://www.xinbaoku.com/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 https://www.xinbaoku.com/stl/
pair3: STL教程 https://www.xinbaoku.com/stl/
pair4: C++教程 https://www.xinbaoku.com/cplus/
pair5: Python教程 https://www.xinbaoku.com/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 = "https://www.xinbaoku.com/java/";
cout << "new pair1: " << pair1.first << " " << pair1.second << endl;

执行结果为：

new pair1: Java教程 https://www.xinbaoku.com/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", "https://www.xinbaoku.com/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