【C++】Pair实现

C++20 Pair 实现详解

代码概览

这是一个模仿std::pair的现代 C++20 实现，使用了 concepts、完美转发等特性。

关键点

1. 默认成员初始化器

T1 first{};T2 second{};

为什么用{}？

写法	Pair<int, int> p;的结果
T1 first;	first是垃圾值
T1 first{};	first是0

{}确保值初始化，基本类型会被初始化为零。

2. 默认构造函数的约束

constexprPair()requires(std::default_initializable<T1>&&std::default_initializable<T2>)=default;

作用：只有当T1和T2都可以默认构造时，Pair才能默认构造。

structNoDefault{NoDefault(int){}// 没有默认构造函数};Pair<NoDefault,int>p1;// 编译错误，清晰的错误信息Pair<NoDefault,int>p2(NoDefault(1),2);// OK

3. 转发构造函数

template<typenameU1,typenameU2>constexprPair(U1&&x,U2&&y):first(std::forward<U1>(x)),second(std::forward<U2>(y)){}

关键概念：万能引用 vs 右值引用

template<typenameT>voidfoo(T&&x);// T 在此处推导 → 万能引用template<typenameT>structBar{voidbaz(T&&x);// T 已经固定 → 右值引用};

为什么用std::forward？

Pair<Counter,Counter>p1(c,c);// c 是左值 → 拷贝Pair<Counter,Counter>p2(std::move(c),Counter(10));// 右值 → 移动

std::forward保持参数的值类别（左值/右值）。

4. 转换构造函数的约束

template<typenameU1,typenameU2>requires(!std::same_as<Pair<U1,U2>,Pair<T1,T2>>)constexprPair(constPair<U1,U2>&other)

为什么需要这个约束？

防止与拷贝构造函数冲突：

Pair<int,int>p1(1,2);Pair<int,int>p2(p1);// 应该调用拷贝构造函数，不是转换构造函数

如果没有约束，两个构造函数都匹配，可能导致歧义。

5.= default的含义

Pair(constPair&)=default;

意思：让编译器生成默认实现。

注意：= default不等于 “初始化所有成员为零”，而是 “做编译器默认会做的事”。

structS{intx;S()=default;};S s1;// x 是垃圾值（默认初始化）S s2{};// x 是 0（值初始化）

6.make_pair使用std::decay_t

template<typenameT1,typenameT2>constexprPair<std::decay_t<T1>,std::decay_t<T2>>make_pair(T1&&x,T2&&y)

为什么？

输入类型	std::decay_t结果
int&	int
const int&	int
int[10]	int*
int(double)	int(*)(double)

避免存储引用或数组类型：

inta=1;autop=make_pair(a,2);// Pair<int, int>，不是 Pair<int&, int>

7. Swap 的 ADL 技巧

voidswap(Pair&other)noexcept{usingstd::swap;// 引入 std::swap 作为后备swap(first,other.first);// ADL 会找到更好的重载swap(second,other.second);}

如果T1有自定义的swap，会优先使用它。

总结表

构造函数	用途	关键点
Pair()	默认构造	需要约束default_initializable
Pair(U1&&, U2&&)	从任意值构造	完美转发
Pair(const Pair&)	拷贝	= default
Pair(Pair&&)	移动	= default
Pair(const Pair<U1,U2>&)	转换拷贝	需要排除相同类型
Pair(Pair<U1,U2>&&)	转换移动	需要排除相同类型

#include<concepts>#include<type_traits>#include<utility>template<typenameT1,typenameT2>structPair{T1 first{};T2 second{};// ConstructorsconstexprPair()requires(std::default_initializable<T1>&&std::default_initializable<T2>)=default;// Defaulttemplate<typenameU1,typenameU2>constexprPair(U1&&x,U2&&y):first(std::forward<U1>(x)),second(std::forward<U2>(y)){}// ForwardingPair(constPair&)=default;// CopyPair(Pair&&)=default;// Movetemplate<typenameU1,typenameU2>requires(!std::same_as<Pair<U1,U2>,Pair<T1,T2>>)constexprPair(constPair<U1,U2>&other):first(other.first),second(other.second){}// Converting copytemplate<typenameU1,typenameU2>requires(!std::same_as<Pair<U1,U2>,Pair<T1,T2>>)constexprPair(Pair<U1,U2>&&other):first(std::move(other.first)),second(std::move(other.second)){}// Converting move// AssignmentPair&operator=(constPair&other)=default;Pair&operator=(Pair&&other)noexcept=default;template<typenameU1,typenameU2>requires(!std::same_as<Pair<U1,U2>,Pair<T1,T2>>)Pair&operator=(constPair<U1,U2>&other){first=other.first;second=other.second;return*this;}template<typenameU1,typenameU2>requires(!std::same_as<Pair<U1,U2>,Pair<T1,T2>>)Pair&operator=(Pair<U1,U2>&&other){first=std::move(other.first);second=std::move(other.second);return*this;}// Swapvoidswap(Pair&other)noexcept{usingstd::swap;swap(first,other.first);swap(second,other.second);}// Comparison (C++20)booloperator==(constPair&other)const=default;autooperator<=>(constPair&other)const=default;};// Helper functionstemplate<typenameT1,typenameT2>constexprPair<std::decay_t<T1>,std::decay_t<T2>>make_pair(T1&&x,T2&&y){returnPair<std::decay_t<T1>,std::decay_t<T2>>(std::forward<T1>(x),std::forward<T2>(y));}template<typenameT1,typenameT2>voidswap(Pair<T1,T2>&a,Pair<T1,T2>&b)noexcept{a.swap(b);}