MakePair：自定义的高效数据结构，让你的编程更简单

在编程中，数据结构是非常重要的。尤其是在处理大量数据时，选择一个高效的数据结构可以大大提高程序的性能。常见的数据结构如数组、链表、树等都有各自的优劣。这里介绍一种自定义的数据结构——MakePair，它可以让你的编程更简单，并且在一些场景下比其他数据结构更高效。

什么是MakePair？

MakePair又称二元组，它是由两个值组成的数据结构。两个值的类型可以是相同的，也可以是不同的。在C++中，我们可以使用std::pair模板类来表示一个二元组。pair类定义如下：

template

struct pair {

typedef T1 first_type;

typedef T2 second_type;

T1 first;

T2 second;

inline pair();

inline pair(const T1& x, const T2& y);

template inline pair(const pair& p);

};

在pair类中，first表示第一个元素，second表示第二个元素。T1和T2是模板类型，表示first和second的类型。pair类还包含了一些构造函数，也可以通过成员函数对两个元素进行操作。使用pair类时，我们通常会使用std::make_pair来构造一个二元组：

std::pair p = std::make_pair(123, "hello");

在这个例子中，我们定义了一个二元组，第一个元素是一个整数，第二个元素是一个字符串。使用make_pair函数可以方便地构造出这个二元组。pair类还支持比较运算符和输出运算符，以及其他一些常用的操作。

MakePair的好处

MakePair有许多好处，下面列举了一些比较重要的。

1. 方便的构造和初始化

使用MakePair可以方便地构造和初始化一个二元组，比如：

auto p = MakePair(123, "hello");

这种方式不仅可以省略std命名空间，而且可以自动推导出元素的类型。这样可以大大简化代码，让程序看起来更加简洁。

2. 更短的代码

在一些场景下，使用MakePair可以让代码更短更简单。比如，我们可以使用MakePair来实现一个返回两个值的函数：

auto func() {

int a = 1, b = 2;

return MakePair(a, b);

}

在这个例子中，我们定义了一个函数func，它返回一个二元组。这种方式比使用数组或结构体返回两个值更加方便和简单。

3. 更高效的访问

在C++中，使用pair类访问元素时，我们通常会使用first和second成员。在MakePair中，我们可以使用get函数来访问元素：

auto p = MakePair(123, "hello");

auto a = get<0>(p);

auto b = get<1>(p);

在这个例子中，我们定义了一个二元组p，使用get函数可以访问元素的值。使用get函数的好处是，它可以避免对元素进行拷贝或移动，从而提高程序的性能。另外，get函数也可以处理不同类型的元素。

4. 更好的容器支持

MakePair也可以用于扩展现有容器的功能。比如，我们可以使用MakePair来将多个容器合并成一个容器：

std::vector vec1 = {1, 2, 3};

std::vector vec2 = {4, 5, 6};

std::vector> vec3;

std::transform(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), std::back_inserter(vec3), MakePair);

在这个例子中，我们将两个vector合并成一个vector，每个元素是一个二元组。使用MakePair和std::transform函数可以让代码更加简单和易读。另外，使用MakePair也可以在容器中存储不同类型的元素。

MakePair的应用

MakePair在许多场景下都有应用。下面列举了一些常见的应用。

1. 在排序时进行比较

在对一些复杂的数据结构进行排序时，需要定义一个比较函数或者比较器，来判断两个元素的大小关系。比如，我们可以使用pair类来表示一个学生的信息，包括学号、姓名和成绩：

typedef std::pair> Student;

在这个例子中，pair类表示一个学生的信息，第一个元素是学号，第二个元素是姓名和成绩。如果要按照成绩从高到低排序，可以定义如下的比较器：

struct Compare {

bool operator()(const Student& x, const Student& y) const {

return x.second.second > y.second.second;

}

};

在这个比较器中，我们定义了一个小于号运算符，以便在排序时进行比较。使用MakePair和pair类可以让程序更加简单和易读。

2. 在图的遍历中记录状态

在图的遍历中，常常需要记录每个节点的状态，比如是否已经遍历过。在这种情况下，我们可以使用MakePair来记录状态：

std::vector> visited(n, {0, false});

在这个例子中，我们定义了一个vector，每个元素是一个二元组，第一个元素是节点的编号，第二个元素表示节点是否已经被访问。使用MakePair和pair类可以让我们更加方便地完成这项工作。

3. 在迭代器中保存值和它的位置

在一些算法中，需要在迭代器中保存元素的值和它的位置。比如，在std::unique函数中，需要去重相邻的元素，同时保存元素的位置。这种情况下，我们可以使用MakePair来保存元素和它的位置：

template

auto Unique(ForwardIterator first, ForwardIterator last) {

typedef typename std::iterator_traits::value_type Type;

std::vector> v;

size_t i = 0;

for(auto it = first; it != last; ++it, ++i) {

v.emplace_back(*it, i);

}

auto Pred = [](const auto& x, const auto& y) { return x.first == y.first; };

auto comp = [](const auto& x, const auto& y) { return x.second < y.second; };

v.erase(std::unique(v.begin(), v.end(), Pred), v.end());

std::sort(v.begin(), v.end(), comp);

std::vector res;

for(const auto& p : v) {

res.push_back(p.second);

}

return res;

}

在这个例子中，我们定义了一个函数Unique，它接受一个前向迭代器和一个结束迭代器，返回不重复元素的位置。使用MakePair和vector容器可以让代码更加清晰和易读。

总结

MakePair是一种自定义的数据结构，它由两个值组成。在C++中，我们可以使用std::pair来表示一个二元组，并可以使用std::make_pair来构造一个二元组。MakePair有许多好处，包括方便的构造和初始化、更短的代码、更高效的访问和更好的容器支持。在许多场景下，MakePair都有应用，比如在排序时进行比较、在图的遍历中记录状态和在迭代器中保存值和它的位置等。使用MakePair可以让你的编程更简单，提高程序的效率和可读性。