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C++结构化绑定

article 2025/1/16 6:30:40

本文章主要解释C++17之后的一个语法特性–结构化绑定。

C++结构化绑定

C++版本的发展历程
C++17
什么是“结构化绑定”
结构化绑定有哪些作用

C++版本的发展历程

C++的版本发展主要集中在标准化过程中，由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）负责管理和制定。以下是C++版本的发展历程：

C++98： C++的首个标准版本，也被称为ISO/IEC 14882:1998。它定义了C++的基本语法、语义和标准库，包括面向对象编程、泛型编程、模板、异常处理等特性。
C++03： C++03是对C++98标准的小幅修订，主要是修正一些错误和不一致之处，并添加了一些新的标准库组件，例如智能指针和tr1扩展库。
C++11： C++11是C++语言的重要里程碑，也称为C++0x。它引入了许多新的语言特性和标准库改进，包括自动类型推导、Lambda表达式、右值引用、智能指针、并发编程库等。
C++14： C++14是对C++11的一次小幅修订，主要是修复了一些C++11标准中的缺陷和错误，并添加了一些新的特性，如泛型lambda表达式、二进制字面量、泛型编程改进等。
C++17： C++17是C++语言的下一个标准版本，也称为ISO/IEC 14882:2017。它引入了许多新的语言特性和标准库改进，包括结构化绑定、折叠表达式、if constexpr语句、内联变量、std::optional类型、std::filesystem标准库等。
C++20： C++20是C++语言的下一个标准版本，也称为ISO/IEC 14882:2020。它引入了许多新的语言特性和标准库改进，如概念、协程、范围、模块、三向比较操作符等。C++20标准于2020年12月正式发布。

C++的版本发展主要集中在不断改进和完善语言特性、提高编程效率和性能、加强类型安全和错误检测等方面。

C++17

C++17是C++编程语言的一个标准版本，也被称为ISO/IEC 14882:2017。它是C++11之后的第四个标准版本，于2017年12月发布。C++17引入了许多新的语言特性和标准库改进，旨在提高C++的功能性、易用性和性能。一些C++17的主要特性包括：

结构化绑定（Structured Bindings）： 允许以一种简洁的方式从复合类型中提取成员，并将其绑定到命名变量上。
constexpr if语句（constexpr if Statements）： 允许在编译时根据常量表达式条件进行选择性编译，提高了模板代码的可读性和性能。
折叠表达式（Fold Expressions）： 允许在模板和泛型代码中使用折叠表达式，简化代码编写。
if constexpr语句（if constexpr Statements）： 类似于常规的if语句，但条件表达式在编译时求值，并且只有在编译时为true时才会执行相应的代码块。
内联变量（Inline Variables）： 允许在头文件中定义内联变量，提高了头文件中常量的定义方式。
类模板自动推导（Class Template Argument Deduction）： 允许编译器自动推导类模板参数，使得使用模板类更加简洁。
std::optional 类型： 引入了std::optional类型，用于表示可能不存在的值，可以避免使用指针或者特殊值来表示缺失值。
std::filesystem 标准库： 引入了std::filesystem标准库，用于处理文件系统相关的操作，提供了对文件和目录的操作、路径解析等功能。

除了上述特性之外，C++17还包括一些其他的语言特性和标准库改进，旨在提高C++编程语言的功能性、性能和易用性。C++17的发布标志着C++编程语言的不断演进和发展。

什么是“结构化绑定”

C++17引入了结构化绑定（Structured Bindings）功能，它允许以一种更加简洁和直观的方式从复合类型中提取成员变量，并将它们绑定到命名变量上。结构化绑定提供了一种更加方便和灵活的方法来处理元组、结构体、数组等复合类型数据。

根据C++标准草案 N4659 中的定义，结构化绑定是一种用于绑定表达式的语法扩展，其语法形式为 auto [decl-specifier-seq] ( identifier-list ) = expression;。在这个语法中，identifier-list 是一个标识符列表，用于声明绑定的变量；expression 是要绑定的表达式，可以是元组、数组、结构体等。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用结构化绑定从元组中提取数据：

#include <iostream>
#include <tuple>

int main() {
    std::tuple<int, double, std::string> myTuple(42, 3.14, "Hello");

    auto [a, b, c] = myTuple; // 结构化绑定

    std::cout << "a = " << a << std::endl; // 输出：a = 42
    std::cout << "b = " << b << std::endl; // 输出：b = 3.14
    std::cout << "c = " << c << std::endl; // 输出：c = Hello

    return 0;
}

在这个例子中，myTuple 是一个包含整数、双精度浮点数和字符串的元组。通过结构化绑定，我们可以将元组中的每个元素分别绑定到变量 a、b、c 上，并直接使用这些变量进行操作，而不需要使用 std::get 等函数。

结构化绑定有哪些作用

提高代码的可读性和简洁性：
- 作用：结构化绑定可以使代码更简洁和易读，从而提高代码的可读性。
- 示例：
```
// 从std::pair中提取元素并命名
std::pair<int, double> data{42, 3.14};
auto [num, value] = data;
```

简化迭代标准库容器：

作用：结构化绑定可以简化对标准库容器的迭代，使代码更加简洁。

示例：

// 使用结构化绑定迭代std::map
std::map<int, std::string> dataMap{{1, "one"}, {2, "two"}};
for (const auto& [key, value] : dataMap) {
    // 处理每个键值对
}

提高代码的可维护性和灵活性：

作用：结构化绑定使代码更易维护，同时增加了代码的灵活性和通用性。

示例：

// 使用结构化绑定处理自定义类型
struct MyStruct { int num; double value; };
MyStruct data{42, 3.14};
auto [num, value] = data;

处理多返回值函数：
- 作用：结构化绑定可以用于处理多返回值函数，使代码更加简洁明了。
- 示例：
```
// 处理多返回值函数的结果
auto [num, value] = getValues();
```
增加代码的灵活性和可复用性：
- 作用：结构化绑定可以提高代码的灵活性和可复用性，使其适用于不同类型的数据结构。
- 示例：
```
// 使用结构化绑定处理不同类型的复合数据结构
auto [num, value] = getData(); // getData() 返回不同类型的复合数据结构
```