C/C++序列化/反序列化之Tuple

一、對象序列化通常用於兩個目的：  

（1） 將對象存儲於硬盤上  ，便於以后反序列化使用

（2）在網絡上傳送對象的字節序列

　　例如：有一個數據結構，里面存儲的數據是經過很多其它數據通過非常復雜的算法生成的，由於數據量很大，算法又復雜，因此生成該數據結構所用數據的時間可能要很久 （也許幾個小時，甚至幾天），生成該數據結構后又要用作其它的計算，那么你在調試階段，每次運行個程序，就光生成數據結構就要花上這么長的時間，無疑代價 是非常大的。如果你確定生成數據結構的算法不會變或不常變，那么就可以通過序列化技術生成數據結構數據存儲到磁盤上，下次重新運行程序時只需要從磁盤上讀 取該對象數據即可，所花費時間也就讀一個文件的時間，可想而知是多么的快，節省了我們的開發時間。

二、C++對象序列化的四種方法

 1、Google Protocol Buffers（protobuf）

　　Google Protocol Buffers (GPB)是Google內部使用的數據編碼方式，旨在用來代替XML進行數據交換。可用於數據序列化與反序列化。主要特性有：

• 高效
• 語言中立(Cpp, Java, Python)
• 可擴展

2、Boost.Serialization

　　Boost.Serialization可以創建或重建程序中的等效結構，並保存為二進制數據、文本數據、XML或者有用戶自定義的其他文件。該庫具有以下吸引人的特性：

• 代碼可移植（實現僅依賴於ANSI C++）。
• 深度指針保存與恢復。
• 可以序列化STL容器和其他常用模版庫。
• 數據可移植。
• 非入侵性。

3、 MFC Serialization

　　Windows平台下可使用MFC中的序列化方法。MFC 對 CObject 類中的序列化提供內置支持。因此，所有從 CObject 派生的類都可利用 CObject 的序列化協議。

4、Net Framework

　　.NET的運行時環境用來支持用戶定義類型的流化的機制。它在此過程中，先將對象的公共字段和私有字段以及類的名稱（包括類所在的程序集）轉換為字節流，然后再把字節流寫入數據流。在隨后對對象進行反序列化時，將創建出與原對象完全相同的副本。

---->[比較]這幾種序列化方案各有優缺點，各有自己的適用場景。其中MFC和.Net框架的方法適用范圍很窄，只適用於Windows下，且.Net框架方法還需要.Net的運行環境。參考文獻1從序列化時間、反序列化時間和產生數據文件大小這幾個方面比較了前三種序列化方案，得出結論如下（僅供參考）：

• Google Protocol Buffers效率較高，但是數據對象必須預先定義，並使用protoc編譯，適合要求效率，允許自定義類型的內部場合使用。
• Boost.Serialization 使用靈活簡單，而且支持標准C++容器。
• 相比而言，MFC的效率較低，但是結合MSVS平台使用最為方便。

　　為了考慮平台的移植性、適用性和高效性，推薦大家使用Google的protobuf和Boost的序列化方案。

三、C++11中的tuple（元組）：

#include "Common.hpp"
#define META(...) auto Meta()->decltype(std::tie(__VA_ARGS__)){return std::tie(__VA_ARGS__);}
struct Person {  int age; std::string name; std::string city; META(age, name, city) }; //宏替換后就是
struct Person { int age; std::string name; std::string city; //准確的說是返回std::tuple<int&, std::string&, std::string&>
    std::tuple<int, std::string, std::string> Meta() { return std::tie(age, name, city); } }; 

　　tuple看似簡單，其實它是簡約而不簡單，可以說它是c++11中一個既簡單又復雜的東東，關於它簡單的一面是它很容易使用，復雜的一面是它內部隱藏了太多細節，要揭開它神秘的面紗時又比較困難。

　　tuple是一個固定大小的不同類型值的集合，是泛化的std::pair。和c#中的tuple類似，但是比c#中的tuple強大得多。我們也可以把他當做一個通用的結構體來用，不需要創建結構體又獲取結構體的特征，在某些情況下可以取代結構體使程序更簡潔，直觀。

1、基本用法

　　（1）構造一個tuple： tuple<const char*, int>tp = make_tuple(sendPack,nSendSize); //構造一個tuple

這個tuple等價於一個結構體 struct A { 　　char* p; 　　int len; };

　　用tuple<const char*, int>tp就可以不用創建這個結構體了，而作用是一樣的，是不是更簡潔直觀了。還有一種方法也可以創建元組，用std::tie，它會創建一個元組的左值引用。

auto tp = return std::tie(1, "aa", 2);
//tp的類型實際是：
std::tuple<int&,string&, int&>

　　（2）再看看如何獲取它的值：

const char* data = std::get<0>();  //獲取第一個值
int len = std::get<1>(); 　　　　　　//獲取第二個值

　　還有一種方法也可以獲取元組的值，通過std::tie解包tuple

int x,y; string a; std::tie(x,a,y) = tp; 

　　通過tie解包后，tp中三個值會自動賦值給三個變量。解包時，我們如果只想解某個位置的值時，可以用std::ignore占位符來表示不解某個位置的值。比如我們只想解第三個值時：

std::tie(std::ignore, std::ignore, y) = tp; //只解第三個值了

　　還有一個創建右值的引用元組方法：forward_as_tuple。它實際上創建了一個類似於std::tuple<int&&, std::string&&>類型的tuple。

m.emplace(std::piecewise_construct,
std::forward_as_tuple(10),
std::forward_as_tuple(20, 'a'));

　　我們還可以通過tuple_cat連接多個tupe

int main()
{
    std::tuple<int, std::string, float> t1(10, "Test", 3.14);
    int n = 7;
    auto t2 = std::tuple_cat(t1, std::make_pair("Foo", "bar"), t1, std::tie(n));
    n = 10;
    print(t2);
}

輸出結果：

(10, Test, 3.14, Foo, bar, 10, Test, 3.14, 10)

　　到這里tuple的用法介紹完了，是不是很簡單，也很容易使用，相信你使用它之后就離不開它了。我前面說過tuple是簡約而不簡單。它有很多高級的用法。它和模板元關系密切,要介紹它的高級用法的時候，讀者需要一定的模板元基礎，如果你只是把它當一個泛型的pair去使用時，這部分可以不看，如果你想用它高級用法的時候就往下看。讓我們要慢慢揭開tuple神秘的面紗。

2、tuple的高級用法

　　（1）獲取tuple中某個位置元素的類型

　　通過std::tuple_element獲取元素類型。

template<typename Tuple>
void Fun(Tuple& tp)
{
　　std::tuple_element<0,Tuple>::type first = std::get<0>(mytuple);
　　std::tuple_element<1,Tuple>::type second = std::get<1>(mytuple);
}

　　獲取tuple中元素的個數：

　　tuple t;

　　int size = std::tuple_size<decltype(t))>::value;

　　（2）遍歷tuple中的每個元素

　　因為tuple的參數是變長的，也沒有for_each函數，如果我們想遍歷tuple中的每個元素，需要自己寫代碼實現。比如我要打印tuple中的每個元素。

template<class Tuple, std::size_t N>
struct TuplePrinter {
    static void print(const Tuple& t)
    {
        TuplePrinter<Tuple, N - 1>::print(t);
        std::cout << ", " << std::get<N - 1>(t);
    }
};
template<class Tuple>
struct TuplePrinter<Tuple, 1>{
    static void print(const Tuple& t)
    {
        std::cout << std::get<0>(t);
    }
};
template<class... Args>
void PrintTuple(const std::tuple<Args...>& t)
{
    std::cout << "(";
    TuplePrinter<decltype(t), sizeof...(Args)>::print(t);
    std::cout << ")\n";
}

　　（3）根據tuple元素值獲取其對應的索引位置

namespace detail { template<int I, typename T, typename... Args>
    struct find_index { static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val) { return (std::get<I - 1>(t) == val) ? I - 1 : find_index<I - 1, T, Args...>::call(t, std::forward<T>(val)); } }; template<typename T, typename... Args>
    struct find_index<0, T, Args...> { static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val) { return (std::get<0>(t) == val) ? 0 : -1; } }; } template<typename T, typename... Args>
int find_index(std::tuple<Args...> const& t, T&& val) { return detail::find_index<0, sizeof...(Args) - 1, T, Args...>:: call(t, std::forward<T>(val)); } int main() { std::tuple<int, int, int, int> a(2, 3, 1, 4); std::cout << find_index(a, 1) << std::endl; // Prints 2
    std::cout << find_index(a, 2) << std::endl; // Prints 0
    std::cout << find_index(a, 5) << std::endl; // Prints -1 (not found)
}

　　（4）展開tuple，並將tuple元素作為函數的參數。這樣就可以根據需要對tuple元素進行處理了

#include <tuple> #include <type_traits> #include <utility> template<size_t N>
struct Apply { template<typename F, typename T, typename... A>
static inline auto apply(F && f, T && t, A &&... a)-> decltype(Apply<N-1>::apply( ::std::forward<F>(f), ::std::forward<T>(t), ::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), ::std::forward<A>(a)... )) { return Apply<N-1>::apply(::std::forward<F>(f), ::std::forward<T>(t), ::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), ::std::forward<A>(a)... ); } }; template<>
struct Apply<0> { template<typename F, typename T, typename... A>
static inline auto apply(F && f, T &&, A &&... a) -> decltype(::std::forward<F>(f) (::std::forward<A>(a)...)) { return ::std::forward<F>(f)(::std::forward<A> (a)...); } }; template<typename F, typename T> inline auto apply(F && f, T && t) -> decltype(Apply< ::std::tuple_size< typename ::std::decay<T>::type >::value>::apply(::std::forward<F>(f), ::std::forward<T>(t))) { 　　return Apply< ::std::tuple_size < typename ::std::decay<T>::type >::value>::apply(::std::forward<F>(f), ::std::forward<T>(t)); } void one(int i, double d) { 　　std::cout << "function one(" << i << ", " << d << ");\n"; } int two(int i) { 　　std::cout << "function two(" << i << ");\n"; 　　return i; } //測試代碼
int main() { std::tuple<int, double> tup(23, 4.5); apply(one, tup); int d = apply(two, std::make_tuple(2)); return 0; }

　　看到這里，想必大家對tuple有了一個全面的認識了吧，怎么樣，它是簡約而不簡單吧。對模板元不熟悉的童鞋可以不看tuple高級用法部分，不要為看不懂而捉急，沒事的，高級部分一般用不到，知道基本用法就夠用了。

tuple和vector比較：

　　vector只能容納同一種類型的數據，tuple可以容納任意類型的數據；

vector和variant比較：

　　二者都可以容納不同類型的數據，但是variant的類型個數是固定的，而tuple的類型個數不是固定的，是變長的，更為強大。