【C++入門】tupleとpairを使って関数から複数の値を返す方法

はじめに

C言語やC++では、関数は原則として1つの値しか返すことができません。複数の値を返したい場合、従来はポインタや参照を使った「出力パラメータ」（引数経由で結果を受け渡す方法）を利用する必要がありました。

しかしC++では、STLが提供する std::tuple と std::pair を活用することで、出力パラメータに頼らずに関数から複数の値を直接返すことができます。本記事では、その具体的な方法をサンプルコードとともにわかりやすく解説します。

tuple（タプル）とは

std::tuple は、複数の要素をまとめて保持できるオブジェクトです。最大の特徴は、各要素にそれぞれ異なる型を指定できる点です。たとえば「int型・string型・char型」のように、型の異なる複数の値をひとつの戻り値として扱うことができます。

pair（ペア）とは

std::pair は、2つの値を組み合わせて保持できるシンプルな構造です。こちらも2つの値の型は異なっていても問題ありません。実は pair は tuple の特殊な形であり、「要素がちょうど2つに限定されたタプル」と考えることができます。

サンプルコード

以下の例では、tuple を返す関数と pair を返す関数をそれぞれ定義し、呼び出し側でその値を受け取っています。

#include<iostream>
#include<tuple>
#include<utility>
using namespace std;

// 3つの値を持つtupleを返す関数
tuple<int, string, char> my_function_tuple(int x, string y) {
    return make_tuple(x, y, 'A'); // 値からtupleを生成して返す
}

// 2つの値を持つpairを返す関数
std::pair<int, string> my_function_pair(int x, string y) {
    return std::make_pair(x, y); // 値からpairを生成して返す
}

main() {
    int a;
    string b;
    char c;
    tie(a, b, c) = my_function_tuple(48, "Hello"); // tupleを展開して受け取る
    pair<int, string> my_pair = my_function_pair(89, "World"); // 関数からpairを受け取る

    cout << "Values in tuple: ";
    cout << "(" << a << ", " << b << ", " << c << ")" << endl;
    cout << "Values in Pair: ";
    cout << "(" << my_pair.first << ", " << my_pair.second << ")" << endl;
}

実行結果

Values in tuple: (48, Hello, A)
Values in Pair: (89, World)

コードのポイント

• make_tuple / make_pair：渡した値から tuple や pair を簡単に生成できるヘルパー関数です。テンプレート引数を明示的に書く必要がなく、型推論によって自動的に決まります。
• tie：関数が返した tuple を既存の変数へ展開（アンパック）するための関数です。これにより、戻り値の各要素を個別の変数として扱えます。
• first / second：pair の1つ目・2つ目の要素には、それぞれ .first と .second というメンバでアクセスします。

C++17以降なら構造化束縛がさらに便利

C++17以降では、構造化束縛（structured bindings）を使うことで、tie を使わずともより直感的に複数の戻り値を受け取れます。

auto [a, b, c] = my_function_tuple(48, "Hello"); // 変数宣言と受け取りを同時に
auto [x, y]   = my_function_pair(89, "World");

この書き方なら、事前に変数を宣言する必要がなく、コードが格段に簡潔になります。新しいプロジェクトでは積極的に活用するとよいでしょう。

まとめ

C++では std::tuple と std::pair を使うことで、関数から複数の値をスマートに返すことができます。要素数が2つだけなら pair、それ以上の場合は tuple を選ぶのが基本です。また、C++17以降の環境では構造化束縛と組み合わせることで、さらに読みやすく保守しやすいコードを実現できます。