【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>

pair 本身是一个固定大小的结构，只能存储 两个元素（first 和 second），因此不能直接插入多个元素。

#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（==, !=, <, <=, >, >=）。

先比较 first，小者优先。
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

使用 tuple

tuple 是 C++ 标准库中的一个模板类，可以存储多个元素（数量不限）。它的用法类似于pair，但可以容纳更多的元素。

#include <iostream>
#include <tuple> // 包含 std::tuple 的头文件
using namespace std;int main() {// 创建一个包含 3 个元素的 tupletuple<int, string, double> t1(1, "Apple", 3.14);// 访问 tuple 的元素cout << "ID: " << get<0>(t1) << ", Name: " << get<1>(t1) << ", Price: " << get<2>(t1) << endl;return 0;
}

如果你需要存储多个键值对，可以使用 map 或 unordered_map。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;int main() {// 创建一个 map，存储多个键值对map<int, string> fruitMap = {{1, "Apple"},{2, "Banana"},{3, "Cherry"}};// 插入新的键值对fruitMap.insert(make_pair(4, "Durian"));// 输出所有键值对for (const auto& entry : fruitMap) {cout << "Key: " << entry.first << ", Value: " << entry.second << endl;}return 0;
}

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