std::pair和std::tuple在只有两个成员时的区别是什么？

Question

std::pair 和仅包含两个成员的 std::tuple 之间有什么区别吗？（除了显而易见的 std::pair 需要恰好两个成员，而 tuple 可能有更多或更少成员…）

- Casey

Answer 1

有一些不同之处：

1. std::tuple 不要求标准始终是 标准布局。如果 T 和 Y 都是标准布局，则每个 std::pair<T，Y> 都是标准布局。

2. 获取 pair 的内容比获取 tuple 更容易。在 tuple 的情况下，您必须使用函数调用，而在 pair 的情况下只需使用成员字段。

但仅此而已。

- Nicol Bolas

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“从一对中获取数据比从元组中获取数据稍微容易些。稍微。”我注意到了。:P 尽管 .first 和 .second 很方便，但如果代码变更需要第三个（或更多）成员，则它们并没有提供任何帮助。我已经注意到，在任何 Getter 中，我倾向于始终使用 std::get，这样我就不需要改变所有内容，只需改变数据类型和任何 make_pair 调用为 make_tuple 调用即可。 - Casey

我按下“.”，我的IDE会弹出一个成员列表。我觉得人们不需要把这个说得那么明白。 - Nicol Bolas

我想知道C++17中的结构化绑定是否已经使得这个答案的第1点和第2点都无效了？如果是这样，请再添加一个C++17版本。 - sandthorn

@sandthorn：使用结构化绑定如何使 tuple 满足标准布局？ - Nicol Bolas

我想补充一点，其实两种方法并没有太大的区别，这样做只会让人感到困惑。std::pair 可能比 std::tuple 更容易实现 constexpr。在我看来，现代代码应该使用 std::tuple，除非需要使用 constexpr。 - Tanveer Badar

Answer 2

std::tuple 的名称较长（多了一个字母）。其中更多的字母需要用右手输入，所以对大多数人来说更容易输入。

话虽如此，std::pair 只能有两个值——不是零、一个、三个或更多。只有两个值。相比之下，元组几乎没有关于值数量的语义限制。因此，如果您想要指定一对值，std::pair 是更准确、类型安全的类型。

- Arafangion

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哈哈！很棒，你考虑了输入的方式！但我想指出，我打字时“pair”比“tuple”快20％以上。这是因为我的手交替输入每个字符，即右手边：p，左手边：a，右手边：i，左手边：r。至少对我来说，我觉得这样更容易！ - 不过你还是得到了+1分！ - Richard Corden

因此，如果你想指定一对值，使用std::pair会更准确、类型安全。它只是（可能）更直接地表达了意图，而并非更加类型安全或“准确”。 - ildjarn

@Arafangion：std::tuple<>也是类型安全的（它怎么可能不是呢？），而2在语义上与pair没有区别。 - ildjarn

因此，std::pair是一种更准确、类型安全的类型，我认为任何英语使用者都会认为'pair'和'two'是完全同义的。:-] - ildjarn

我们在进行微小的区分，但是它们并非完全同义。当你说“two shoes”时，你是指“可能是两只左鞋”的“两只鞋”，还是指“一双鞋”（其中一只始终是左脚，另一只始终是右脚）？ - Arafangion

Answer 3

这是一个非常晚的回答，但需要注意的是，因为std::pair 是使用成员变量定义的，所以它的大小不能使用空基类优化进行优化(first和second必须占用不同的地址，即使其中一个或两个是一个空类也是如此)。由于 second_type 的任何对齐要求都会加剧这种情况，所以在最坏的情况下，结果得到的 std::pair 实际上需要的大小基本上是两倍。

std::tuple 只允许通过辅助函数访问，所以如果其中之一为空，则可以从中派生出它，从而节省开销。至少GCC的实现肯定这样做了...您可以浏览头文件来验证这一点，但这里也是证据。

- Stephen Lin

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当然，C++20 [[no_unique_address]] 应该消除 std::pair 的不利之处。 - Deduplicator

"std::tuple 只允许通过辅助函数进行访问"，或者使用 C++17 的结构化绑定。很遗憾，如此多合理的 C++ 答案这些天很快就过时了。 :-( - cosimo193

思考一下，这个答案实际上是错误的。考虑一个空的、平凡可复制的 T。最后一个意味着从另一个现有的 T 中进行 memcpy 是可以的。这将复制一个字节，因为空类型的大小为 1。如果你有一个 tuple<T, int>，如果你得到一个对 T 的引用，你可以复制一个字节到它上面。如果 tuple 优化了 T 的存储，那么它无疑会与 int 重叠。因此，复制该字节部分地复制了 int，从而破坏了它。 - Nicol Bolas

这种情况不会发生在基类中，因为规则中有一个明确的例外，即何时可以对对象进行memcpy：如果对象是基类子对象，则不可以（注意：在C++20中，这个例外扩展到了no_unique_address成员子对象）。但是对于元组的成员，没有这样的例外。 - Nicol Bolas

Answer 4

请注意，在C++17中，可以使用相同的接口从具有两个元素的pair和tuple中读取数据。

auto [a, b] = FunctionToReturnPairOrTuple();

无需使用 get<> :)

- bhardwajs

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这很棒，但无法检测引用。非常适合使用std：touple进行参数化单元测试。 - no one special

Answer 5

值得注意的是，cppreference网站指出：

“pair是std::tuple的一种特殊情况，它只有两个元素。”

- Eoin Roe

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回顾[std::pair]的更改历史，当问题被提出时，这段文字并未出现。这段文字在历史记录中最早出现的时间是[两年后]。 - Casey

Answer 6

就我个人而言，我发现 std::tuple 在 GDB 输出方面要难以阅读得多。显然，如果您需要的值超过2个，则 std::pair 将无法满足需求，但我认为这是结构体的一个优点。

- tgoodhart

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这就是为什么当我在类中使用它们时，我会将粗略的行std::get<0>(tupleName)包装在getter中; GetX()更容易阅读和更短。它有一个小缺点，如果您忘记将其设置为const方法，则某人可能会做一些愚蠢的事情，例如：GetX() = 20;。 - Casey