boost之路 十四 数据结构



​​Boost.Tuple​​ 库提供了一个更一般的版本的

​​std::pair​​ ——

​​boost::tuple​​ 。 不过

​​std::pair​​ 只能储存两个值而已,

​​boost::tuple​​ 则给了我们更多的选择。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string, std::string> person; 
  person p("Boris", "Schaeling"); 
  std::cout << p << std::endl; 
}

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为了使用 ​​boost::tuple​​​， 你必须要包含头文件： ​​ boost/tuple/tuple.hpp​​​ 。 若想要让元组和流一起使用， 你还需要包含头文件： ​​boost/tuple/tuple_io.hpp​​ 才行。

其实， ​​boost::tuple​​​ 的用法基本上和 ​​ std::pair​​​ 一样。 就像我们在上面的例子里看到的那样， 两个值类型的 ​​std::string​​ 通过两个相应的模板参数存储在了元组里。

当然 ​​person​​​ 类型也可以用 ​​std::pair​​​ 来实现。 所有 ​​boost::tuple​​​ 类型的对象都可以被写入流里。 再次强调， 为了使用流操作和各种流操作运算符， 你必须要包含头文件： ​​boost/tuple/tuple_io.hpp​​​ 。 显然，我们的例子会输出： ​​ (Boris Schaeling)​​ 。

​​boost::tuple​​​ 和 ​​std::pair​​ 之间最重要的一点不同点： 元组可以存储无限多个值！

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p("Boris", "Schaeling", 43); 
  std::cout << p << std::endl; 
}

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我们修改了实例， 现在的元组里不仅储存了一个人的firstname和lastname， 还加上了他的鞋子的尺码。 现在， 我们的例子将会输出： ​​ (Boris Schaeling 43)​​ 。

就像 ​​std::pair​​​ 有辅助函数 ​​std::make_pair()​​​ 一样， 一个元组也可以用它的辅助函数 ​​boost::make_tuple()​​ 来创建。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  std::cout << boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43) << std::endl; 
}

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就像下面的例子所演示的那样， 一个元组也可以存储引用类型的值。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  std::string s = "Boris"; 
  std::cout << boost::make_tuple(boost::ref(s), "Schaeling", 43) << std::endl; 
}

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因为 "Schaeling" 和 43 是按值传递的，所以就直接存储在了元组中。 与他们不同的是： person 的第一个元素是一个指向 s 的引用。 Boost.Ref 中的 ​​boost::ref()​​​ 就是用来创建这样的引用的。 相对的， 要创建一个常量的引用的时候， 你需要使用 ​​boost::cref()​​ 。

在学习了创建元组的方法之后， 让我们来了解一下访问元组中元素的方式。 ​​std::pair​​ 只包含两个元素， 故可以使用属性 first 和 second

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  std::cout << p.get<0>() << std::endl; 
  std::cout << boost::get<0>(p) << std::endl; 
}

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我们可以用两种方式来访问元组中的元素： 使用成员函数 ​​get()​​​ ， 或者将元组传给一个独立的函数 ​​boost::get()​​​ 。 使用这两种方式时， 元素的索引值都是通过模板参数来指定的。 例子中就分别使用了这两种方式来访问 p 中的第一个元素。 因此， ​​Boris​​ 会被输出两次。

另外， 对于索引值合法性的检查会在编译期执行， 故访问非法的索引值会引起编译期错误而不是运行时的错误。

对于元组中元素的修改， 你同样可以使用 ​​get()​​​ 和 ​​ boost::get()​​ 函数。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  p.get<1>() = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

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​​get()​​​ 和 ​​boost::get()​​​ 都会返回一个引用值。 例子中修改了 lastname 之后将会输出： ​​(Boris Becker 43)​​ 。

Boost.Tuple 除了重载了流操作运算符以外， 还为我们提供了比较运算符。 为了使用它们， 你必须要包含相应的头文件： ​​ boost/tuple/tuple_comparison.hpp​​ 。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_comparison.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string, std::string, int> person; 
  person p1 = boost::make_tuple("Boris", "Schaeling", 43); 
  person p2 = boost::make_tuple("Boris", "Becker", 43); 
  std::cout << (p1 != p2) << std::endl; 
}

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上面的例子将会输出 ​​1​​ 因为两个元组 p1 和 p2

同时， 头文件 ​​boost/tuple/tuple_comparison.hpp​​ 还定义了一些其他的比较操作， 比如用来做字典序比较的大于操作等。

Boost.Tuple 还提供了一种叫做 Tier 的特殊元组。 Tier 的特殊之处在于它包含的所有元素都是引用类型的。 它可以通过构造函数 ​​ boost::tie()​​ 来创建。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string&, std::string&, int&> person; 

  std::string firstname = "Boris"; 
  std::string surname = "Schaeling"; 
  int shoesize = 43; 
  person p = boost::tie(firstname, surname, shoesize); 
  surname = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

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上面的例子创建了一个 tier p， 他包含了三个分别指向 firstname， surname 和 shoesize 的引用值。 在修改变量 surname

就像下面的例子展示的那样，你当然可以用 ​​boost::make_tuple()​​​ 和 ​​ boost::ref()​​​ 来代替构造函数 ​​boost::tie()​​ 。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <boost/tuple/tuple_io.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  typedef boost::tuple<std::string&, std::string&, int&> person; 

  std::string firstname = "Boris"; 
  std::string surname = "Schaeling"; 
  int shoesize = 43; 
  person p = boost::make_tuple(boost::ref(firstname), boost::ref(surname), boost::ref(shoesize)); 
  surname = "Becker"; 
  std::cout << p << std::endl; 
}

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​​boost::tie()​​ 在一定程度上简化了语法， 同时， 也可以用作“拆箱”元组。 在接下来的这个例子里， 元组中的各个元素就被很方便的“拆箱”并直接赋给了其他变量。

#include <boost/tuple/tuple.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

boost::tuple<std::string, int> func() 
{ 
  return boost::make_tuple("Error message", 2009); 
}

int main() 
{ 
  std::string errmsg; 
  int errcode; 

  boost::tie(errmsg, errcode) = func(); 
  std::cout << errmsg << ": " << errcode << std::endl; 
}

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通过使用 ​​boost::tie()​​​ ， 元组中的元素：字符串“Error massage”和错误代码“2009”就很方便地经 ​​func()​​ 的返回值直接赋给了 errmsg 和 errcode

14.3. Boost.Any

像 C++ 这样的强类型语言要求给每个变量一个确定的类型。 而以 JavaScript 为代表的弱类型语言却不这样做， 弱类型的每个变量都可以存储数组、 布尔值、 或者是字符串。

库 ​​Boost.Any​​​ 给我们提供了 ​​boost::any​​ 类， 让我们可以在 C++ 中像 JavaScript 一样的使用弱类型的变量。

#include <boost/any.hpp> 

int main() 
{ 
  boost::any a = 1; 
  a = 3.14; 
  a = true; 
}

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为了使用 ​​boost::any​​​， 你必须要包含头文件： ​​ boost/any.hpp​​​。 接下来， 你就可以定义和使用 ​​boost::any​​ 的对象了。

需要注明的是： ​​boost::any​​​ 并不能真的存储任意类型的值； Boost.Any 需要一些特定的前提条件才能工作。 任何想要存储在 ​​boost::any​​​ 中的值，都必须是可拷贝构造的。 因此，想要在 ​​ boost::any​​​ 存储一个字符串类型的值， 就必须要用到 ​​std::string​​ ， 就像在下面那个例子中做的一样。

#include <boost/any.hpp> 
#include <string> 

int main() 
{ 
  boost::any a = 1; 
  a = 3.14; 
  a = true; 
  a = std::string("Hello, world!"); 
}

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如果你企图把字符串 "Hello, world!" 直接赋给 a ， 你的编译器就会报错， 因为由基类型 ​​ char​​ 构成的字符串在 C++ 中并不是可拷贝构造的。

想要访问 ​​boost::any​​​ 中具体的内容， 你必须要使用转型操作： ​​ boost::any_cast​​ 。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  boost::any a = 1; 
  std::cout << boost::any_cast<int>(a) << std::endl; 
  a = 3.14; 
  std::cout << boost::any_cast<double>(a) << std::endl; 
  a = true; 
  std::cout << boost::any_cast<bool>(a) << std::endl; 
}

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通过由模板参数传入 ​​boost::any_cast​​​ 的值， 变量会被转化成相应的类型。 一旦你指定了一种非法的类型， 该操作会抛出 ​​boost::bad_any_cast​​ 类型的异常。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  try 
  { 
    boost::any a = 1; 
    std::cout << boost::any_cast<float>(a) << std::endl; 
  } 
  catch (boost::bad_any_cast &e) 
  { 
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
}

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上面的例子就抛出了一个异常， 因为 ​​float​​​ 并不能匹配原本存储在 a 中的 ​​ int​​​ 类型。 记住， 在任何情况下都保证 ​​boost::any​​​ 中的类型匹配是很重要的。 在没有通过模板参数指定 ​​short​​​ 或 ​​long​​ 类型时， 同样会有异常抛出。

既然 ​​boost::bad_any_cast​​​ 继承自 ​​ std::bad_cast​​​， ​​catch​​ 当然也可以捕获相应类型的异常。

想要检查 ​​boost::any​​​ 是否为空， 你可以使用 ​​ empty()​​​ 函数。 想要确定其中具体的类型信息， 你可以使用 ​​type()​​ 函数。

#include <boost/any.hpp> 
#include <typeinfo> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  boost::any a = 1; 
  if (!a.empty()) 
  { 
    const std::type_info &ti = a.type(); 
    std::cout << ti.name() << std::endl; 
  } 
}

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上面的例子同时用到了 ​​empty()​​​ 和 ​​ type()​​​ 函数。 ​​empty()​​​ 将会返回一个布尔值， 而 ​​ type()​​​ 则会返回一个在 ​​typeinfo​​​ 中定义的 ​​ std::type_info​​ 值。

作为对这一节的总结， 最后一个例子会向你展示怎样用 ​​boost::any_cast​​​ 来定义一个指向 ​​ boost::any​​ 中内容的指针。

#include <boost/any.hpp> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  boost::any a = 1; 
  int *i = boost::any_cast<int>(&a); 
  std::cout << *i << std::endl; 
}

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你需要做的就是传递一个 ​​boost::any​​​ 类型的指针， 作为 ​​ boost::any_cast​​ 的参数； 模板参数却没有任何改动。

14.4. Boost.Variant

​​Boost.Variant​​ 和 Boost.Any 之间的不同点在于 Boost.Any 可以被视为任意的类型， 而 Boost.Variant 只能被视为固定数量的类型。 让我们来看下面这个例子。

#include <boost/variant.hpp> 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char> v; 
  v = 3.14; 
  v = 'A'; 
}

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Boost.Variant 为我们提供了一个定义在 ​​boost/variant.hpp​​​ 中的类： ​​boost::variant​​​ 。 既然 ​​boost::variant​​​ 是一个模板， 你必须要指定至少一个参数。 Variant 所存储的数据类型就由这些参数来指定。 上面的例子就给 v 指定了 ​​double​​​ 类型和 ​​char​​​ 类型。 注意， 一旦你将一个 ​​int​​ 值赋给了 v， 你的代码将不会编译通过。

当然， 上面的例子也可以用一个 ​​union​​​ 类型来实现， 但是与 union 不同的是： ​​ boost::variant​​​ 可以储存像 ​​std::string​​ 这样的 class 类型的数据。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  v = 'A'; 
  v = "Hello, world!"; 
}

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要访问 v 中的数据， 你可以使用独立的 ​​boost::get()​​ 函数。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  std::cout << boost::get<double>(v) << std::endl; 
  v = 'A'; 
  std::cout << boost::get<char>(v) << std::endl; 
  v = "Hello, world!"; 
  std::cout << boost::get<std::string>(v) << std::endl; 
}

• ​​下载源代码​​

​​boost::get()​​ 需要传入一个模板参数来指明你需要返回的数据类型。 若是指定了一个非法的类型， 你会遇到一个运行时而不是编译期的错误。

所有 ​​boost::variant​​ 类型的值都可以被直接写入标准输入流这样的流中， 这可以在一定程度上让你避开运行时错误的风险。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  std::cout << v << std::endl; 
  v = 'A'; 
  std::cout << v << std::endl; 
  v = "Hello, world!"; 
  std::cout << v << std::endl; 
}

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想要分别处理各种不同类型的数据， Boost.Variant 为我们提供了一个名为 ​​boost::apply_visitor()​​ 的函数。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <boost/any.hpp> 
#include <vector> 
#include <string> 
#include <iostream> 

std::vector<boost::any> vector; 

struct output : 
  public boost::static_visitor<> 
{ 
  void operator()(double &d) const 
  { 
    vector.push_back(d); 
  } 

  void operator()(char &c) const 
  { 
    vector.push_back(c); 
  } 

  void operator()(std::string &s) const 
  { 
    vector.push_back(s); 
  } 
}; 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = 'A'; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = "Hello, world!"; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
}

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​​boost::apply_visitor()​​​ 第一个参数需要传入一个继承自 ​​ boost::static_visitor​​​ 类型的对象。 这个类必须要重载 ​​operator()()​​​ 运算符来处理 ​​boost::variant​​​ 每个可能的类型。 相应的， 例子中的 v 就重载了三次 operator() 来处理三种可能的类型： ​​double​​​， ​​char​​​ 和 ​​ std::string​​。

再仔细看代码， 不难发现 ​​boost::static_visitor​​​ 是一个模板。 那么，当 ​​ operator()()​​ 有返回值的时候， 就必须返回一个模板才行。 如果 operator() 像例子那样没有返回值时， 你就不需要模板了。

​​boost::apply_visitor()​​​ 的第二个参数是一个 ​​ boost::variant​​ 类型的值。

在使用时， ​​boost::apply_visitor()​​​ 会自动调用跟第二个参数匹配的 ​​ operator()()​​​ 。 示例程序中的 ​​boost::apply_visitor()​​​ 就自动调用了三个不同的 operator 第一个是 ​​double​​​ 类型的， 第二个是 ​​char​​​ 最后一个是 ​​ std::string​​。

​​boost::apply_visitor()​​​ 的优点不只是“自动调用匹配的函数”这一点。 更有用的是， ​​boost::apply_visitor()​​​ 会确认是否 ​​ boost::variant​​ 中的每个可能值都定义了相应的函数。 如果你忘记重载了任何一个函数， 代码都不会编译通过。

当然， 如果对每种类型的操作都是一样的， 你也可以像下面的示例一样使用一个模板来简化你的代码。

#include <boost/variant.hpp> 
#include <boost/any.hpp> 
#include <vector> 
#include <string> 
#include <iostream> 

std::vector<boost::any> vector; 

struct output : 
  public boost::static_visitor<> 
{ 
  template <typename T> 
  void operator()(T &t) const 
  { 
    vector.push_back(t); 
  } 
}; 

int main() 
{ 
  boost::variant<double, char, std::string> v; 
  v = 3.14; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = 'A'; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
  v = "Hello, world!"; 
  boost::apply_visitor(output(), v); 
}

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既然 ​​boost::apply_visitor()​​​ 可以在编译期确定代码的正确性， 你就该更多的使用它而不是 ​​boost::get()​​。