【C++ STL】 容器详解：pair 学习

在 C++ STL（标准模板库）中，pair 是一个 简单的键值对数据结构，用于存储 两个相关联的值，将两个值组合成一个单元，可以是相同或不同类型。它常用于 返回多个值、存储映射关系、排序 等场景。

1. pair 的基本特点

• 存储两个值，可以是不同类型。

• 支持比较运算（按 第一个元素 比较，若相同则比较第二个元素）。

• 适用于存储键值对或返回多个值。

2. pair 的基本用法

2.1 pair 的定义与初始化

// 默认构造函数
pair<int, string> p1;

// 带参数的构造函数
pair<int, string> p2(10, "Hello");

// 使用make_pair函数
auto p3 = make_pair(20, "World");
//auto 自动识别类型pair<int, string>

#include <iostream>
#include <utility>  // 包含 pair
using namespace std;

int main() {
    pair<int, string> p1(1, "Apple");
    pair<int, string> p2 = {2, "Banana"};
    
    cout << "p1: (" << p1.first << ", " << p1.second << ")\n";
    scout << "p2: (" << p2.first << ", " << p2.second << ")\n";
    
    return 0;
}

输出：

p1: (1, Apple)
p2: (2, Banana)

pair的内部实现

pair的实现非常简单，它是一个结构体模板，包含两个公有成员first和second。以下是pair的简化实现：

template <class T1, class T2>
struct pair {
    T1 first;
    T2 second;

    // 默认构造函数
    pair() : first(T1()), second(T2()) {}

    // 带参数的构造函数
    pair(const T1& x, const T2& y) : first(x), second(y) {}

    // 拷贝构造函数
    template <class U1, class U2>
    pair(const pair<U1, U2>& p) : first(p.first), second(p.second) {}
};

2.2 访问 pair 的元素

pair的成员first和second可以直接访问

cout << p1.first << " " << p1.second << endl;

2.3 使用 make_pair() 进行初始化

pair<int, double> p = make_pair(10, 3.14);

3. pair 在 STL 容器中的应用

3.1 pair 作为 map 的元素

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> mp;
    mp.insert(pair<int, string>(1, "One"));
    mp.insert(make_pair(2, "Two"));
    
    for (auto &p : mp) {
        cout << p.first << ": " << p.second << endl;
    }
    return 0;
}

3.2 pair 作为 vector 的元素

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<pair<int, string>> v;
    v.push_back({1, "Alice"});
    v.push_back({2, "Bob"});
    
    for (auto &p : v) {
        cout << p.first << " " << p.second << endl;
    }
    return 0;
}

3.3 返回多个值

当函数需要返回多个值时，可以使用pair。例如，一个函数可以返回一个pair，其中包含计算结果和状态信息。

#include <iostream>
#include <utility>
using namespace std;

pair<int, bool> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return make_pair(0, false);  // 返回错误状态
    }
    return make_pair(a / b, true);  // 返回结果和成功状态
}

int main() {
    auto result = divide(10, 2);
    if (result.second) {
        cout << "Result: " << result.first << endl;
    } else {
        cout << "Error: Division by zero" << endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Result: 5

3.4 作为容器元素

pair可以作为容器的元素，例如vector<pair<int, int>>，用于存储一组相关联的值。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <utility>
using namespace std;

int main() {
    vector<pair<int, int>> vec;
    vec.push_back(make_pair(1, 10));
    vec.push_back(make_pair(2, 20));

    for (const auto& p : vec) {
        cout << "First: " << p.first << ", Second: " << p.second << endl;
    }
    return 0;
}

//First: 1, Second: 10
//First: 2, Second: 20

4. pair 的比较规则

pair 按 字典序 进行比较：pair支持比较操作（==, !=, <, <=, >, >=）。

1. 先比较 first，小者优先。

2. 若 first 相等，则比较 second。

示例：

pair<int, int> a = {1, 5};
pair<int, int> b = {1, 3};
if (a > b) {
    cout << "a 更大" << endl;
} else {
    cout << "b 更大" << endl;
}

输出：

a 更大

5. pair 与 tuple 的区别

特性	pair	tuple
元素个数	2	任意个
访问方式	.first .second	get<n>(tuple)
适用场景	键值对、映射关系	多个不同类型的数据

6. 总结

pair 是 C++ STL 中 存储两个相关值的简单工具，可广泛用于 映射、排序、返回多个值 等场景。掌握 pair 及其 STL 结合使用方式，可以提高代码的 简洁性 和 可读性！

pair最常见的用途是存储键值对。例如，在map和unordered_map中，每个元素都是一个pair，其中first是键，second是值。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> myMap;
    myMap.insert(make_pair(1, "Apple"));
    myMap.insert(make_pair(2, "Banana"));

    for (const auto& p : myMap) {
        cout << "Key: " << p.first << ", Value: " << p.second << endl;
    }
    return 0;
}

Key: 1, Value: Apple
Key: 2, Value: Banana