为什么我们不能通过索引访问元组的元素？

Question

tuple <int, string, int> x=make_tuple(1, "anukul", 100);
cout << x[0];       //1
cout << get<0>(x);  //2

2 作品。 1 没有。

为什么会这样？

我从 Lounge C++ 了解到，这可能是因为编译器不知道该索引处存储的数据类型。 但这对我来说没有多大意义，因为编译器可以只查找该元组的声明并确定数据类型，或者在通过索引访问其他数据结构的元素时执行其他任何操作。

Answer 1

因为 [] 是一个运算符（名为 operator[]），因此是一个成员函数，并且在运行时被调用。

虽然获取元组项是一种模板机制，但它必须在编译时解决。这意味着这只能通过 模板语法来完成。

为了更好地理解，一个元组可以存储不同的类型。模板函数可能会根据传递的索引返回不同的类型，因为这是在编译时解决的。 无论传递的参数的值是什么，operator[] 都必须返回一个唯一的类型。因此无法实现元组功能。

get<0>(x) 和get<1>(x) 是编译时生成的两个不同的函数，返回不同的类型。编译器实际上生成了两个函数，它们将被修改为类似

int get_tuple_int_string_int_0(x)

和

string get_tuple_int_string_int_1(x)

Answer 2

这里的其他答案解决了为什么这不可能实现的问题，但也值得提出它是否应该可能的问题。 （答案是否定的。）

下标运算符[] 在语义上应该表示对集合元素的动态解析访问，例如数组或列表（任何实现）。访问模式通常意味着某些事情：周围的代码可能不知道元素的数量，正在访问的元素可能在运行时会有所不同，并且元素都是相同的可观察类型（因此，对于调用代码，可互换）。

问题是，元组不是（那种）集合。它实际上是一个匿名的struct，它的元素根本不是可互换的插槽——从语义上讲，它们是常规字段。可能让你失望的是它们碰巧用数字标记，但这实际上只是一种匿名命名模式 - 类似于访问 x._0、x._1 等元素。（事实上你可以计算字段名称 在编译时是由 C++ 的类型系统启用的一个巧合的好处，并且与元组是什么没有根本关系；元组和这个答案并不是真正特定于 C++。）

所以它不支持operator[]，原因与普通旧结构不支持operator[] 相同：在这种情况下，它没有语义上有效的用途。结构具有一组固定的不可互换或动态计算的字段，并且由于元组 是 一个结构，而不是一个集合，它遵循相同的规则。它的字段名称只是看起来不同。

Answer 3

可以支持，只需要编译时索引。由于不能将函数的参数设为constexpr，因此我们需要将索引包装在一个类型中并传递它。 （例如std::integral_constant<std::size_t, N>。

以下是支持operator[]的std::tuple的扩展。

template <typename... Ts>
class tuple : public std::tuple<Ts...> {
  public:
  using std::tuple<Ts...>::tuple;

  template <std::size_t N>
  decltype(auto) operator[](std::integral_constant<std::size_t, N>) {
    return std::get<N>(*this);
  }
};

它会这样使用：

tuple<int, std::string> x(42, "hello");
std::cout << x[std::integral_constant<std::size_t, 0>{}] << std::endl;
// prints: 42

为了缓解std::integral_constant 的疯狂，我们可以使用变量模板：

template <std::size_t N>
std::integral_constant<std::size_t, N> ic;

有了这个，我们可以说：

std::cout << x[ic<1>] << std::endl;  // prints: hello

这样就可以了。关于为什么目前不可用的一种猜测是因为std::integral_constant 和变量模板等功能在引入std::tuple 时可能还不存在。至于为什么有这些特性却不存在，我猜是因为还没有人提出来。

Answer 4

支持operator[] 不是很干净，因为您不能改变静态返回类型以匹配访问的元素。如果标准库包含boost::any 或boost::variant 之类的东西，那就更有意义了。

换一种说法，如果你写这样的东西：

int n = atoi(argv[1]);
int x = x[n];

如果n 没有寻址到tuple 的int 成员，那该怎么办？为了支持检查，您需要为tuples 存储某种形式的运行时类型信息，这是可执行文件/内存中的额外开销。

Answer 5

支持下标运算符（即operator[]）的容器，例如std::vector 或std::array，是同质值的集合.无论提供给下标运算符的索引是什么，要返回的值总是相同的类型。因此，这些容器可以定义一个成员函数，声明如下：

T& operator[](int);

其中T 是集合中每个元素的类型。

另一方面，std::tupe 是 异构 值的集合。 std::tuple 的假设下标运算符的返回值需要随索引而变化。因此，它的返回类型取决于索引。

在上面给出的operator[] 的声明中，索引作为函数参数提供，因此可以在运行时确定。但是，函数的返回类型需要在编译时确定，而不是在运行时确定。

由于此类函数的返回类型取决于索引但必须在编译时确定，因此解决方案是定义一个函数 template 来接受索引作为 (非类型）模板参数。这样，索引作为编译时常量提供，并且返回类型能够随着索引而改变：

template<std::size_t I, class... Types>
typename std::tuple_element<I, tuple<Types...>>::type& get(tuple<Types...>&) noexcept;

如您所见，std::get 的返回类型取决于索引，I：

std::tuple_element<I, tuple<Types...>>::type&

Answer 6

因为元组没有运算符“括号”。
为什么会这样？您不能仅根据返回值解析模板。你不能写

template<typename T>
T tuple::operator [](size_t i) const ;

这对于允许x[0] 之类的语句是绝对必要的