pair

std::pair 是标准库中定义的一个类模板。用于将两个变量关联在一起,组成一个“对”,而且两个变量的数据类型可以是不同的。

类模板

类模板(class template)本身不是一个类,而是可以根据 不同数据类型 产生 不同类 的“模板”。

在使用时,编译器会根据传入的数据类型产生对应的类,再创建对应实例。

模板属于 C++ 较为高级的语言特性,在信息学竞赛中几乎不会出现。如果对此感兴趣,可以进一步阅读《C++ Primer》以学习更深层次的 C++ 知识。

通过灵活使用 pair,可以轻松应对 需要将关联数据捆绑存储、处理 的场景。

Pair与自定义struct

与自定义的 struct 相比,pair 不需要额外定义结构与重载运算符,因此使用起来更加简便。

然而,自定义 struct 的变量命名往往更加清晰(pair 只能使用 firstsecond 访问包含的两个变量)。同时,如果需要将两个以上的变量进行关联,自定义 struct 会更加合适。

使用

初始化

可以在定义时直接完成 pair 的初始化。

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pair<int, double> p0(1, 2.0);

也可以使用先定义,后赋值的方法完成 pair 的初始化。

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pair<int, double> p1;
p1.first = 1;
p1.second = 2.0;

还可以使用 std::make_pair 函数。该函数接受两个变量,并返回由这两个变量组成的 pair

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pair<int, double> p2 = make_pair(1, 2.0);

一种常用的方法是使用宏定义 #define make_pair mp,将有些冗长的 make_pair 化简为 mp

在 C++11 以及之后的版本中,make_pair 可以配合 auto 使用,以避免显式声明数据类型。

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auto p3 = make_pair(1, 2.0);

关于 auto 的在信息学竞赛中的使用,参见 迭代器 部分的说明。

访问

通过成员函数 firstsecond,可以访问 pair 中包含的两个变量。

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int i = p0.first;
double d = p0.second;

也可以对其进行修改。

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p1.first++;

比较

pair 已经预先定义了所有的比较运算符,包括 <><=>===!=。当然,这需要组成 pair 的两个变量所属的数据类型定义了 == 和/或 < 运算符。

其中,<><=>= 四个运算符会先比较两个 pair 中的第一个变量,在第一个变量相等的情况下再比较第二个变量。

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if (p2 >= p3) {
  cout << "do something here" << endl;
}

由于 pair 定义了 STL 中常用的 <==,使得其能够很好的与其他 STL 函数或数据结构配合。比如,pair 可以作为 priority_queue 的数据类型。

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priority_queue<pair<int, double> > q;

赋值与交换

可以将 pair 的值赋给另一个类型一致的 pair

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p0 = p1;

也可以使用 swap 函数交换 pair 的值。

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swap(p0, p1);
p2.swap(p3);

应用举例

离散化

pair 可以轻松实现离散化。

我们可以创建一个 pair 数组,将原始数据的值作为每个 pair 第一个变量,将原始数据的位置作为第二个变量。在排序后,将原始数据值的排名(该值排序后所在的位置)赋给该值原本所在的位置即可。

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// a为原始数据
pair<int, int> a[MAXN];
// ai为离散化后的数据
int ai[MAXN];
for (int i = 0; i < n; i++) {
  // first为原始数据的值,second为原始数据的位置
  scanf("%d", &a[i].first);
  a[i].second = i;
}
// 排序
sort(a, a + n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
  // 将该值的排名赋给该值原本所在的位置
  ai[a[i].second] = i;
}

Dijkstra

如前所述,pair 可以作为 priority_queue 的数据类型。

那么,在 Dijkstra 算法的堆优化中,可以使用 pairpriority_queue 维护节点,将节点当前到起点的距离作为第一个变量,将节点编号作为第二个变量。

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priority_queue<pair<int, int>, std::vector<pair<int, int> >,
               std::greater<pair<int, int> > >
    q;
... while (!q.empty()) {
  // dis为入堆时节点到起点的距离,i为节点编号
  int dis = q.top().first, i = q.top().second;
  q.pop();
  ...
}

pair 与 map

map 的是 C++ 中存储键值对的数据结构。很多情况下,map 中存储的键值对通过 pair 向外暴露。

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map<int, double> m;
m.insert(make_pair(1, 2.0));

关于 map 更多的内容,请见 关联式容器无序关联式容器 中相关部分。


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