【C++】C++11的std::array的详细剖析

雨点打透心脏的1/2处 2023-06-11 06:26 8阅读 0赞

当学习`C++`的时候，数组是最基本的结构之一，通常通过以下的方式来定义：

int a[5];
    int *b = new int[5];

上面一句是在栈上定义了一个长度为`5`的数组，下面一句是在堆上定义了一个长度为`5`的数组，并用一个指针指向它。

在`C++11`中，引入了一种新的数组定义方式`std::array`。

**本文实例源码github地址**：[https://github.com/yngzMiao/yngzmiao-blogs/tree/master/2019Q4/20191031][https_github.com_yngzMiao_yngzmiao-blogs_tree_master_2019Q4_20191031]。

## std::array的特性 ##

**std::array是具有固定大小的数组。因此，它并不支持添加或删除元素等改变大小的操作。也就是说，当定义一个array时，除了指定元素类型，还要指定容器大小**。

既然有了内置的数组，为什么还要引入`array`呢？

内置的数组有很多麻烦的地方，比如无法直接对象赋值，无法直接拷贝等等，同时内置的数组又有很多比较难理解的地方，比如数组名是数组的起始地址等等。相比较于如`vector`等容器的操作，内置数组确实有一些不方便的地方。因此，`C++11`就引入`array`容器来代替内置数组。

简单来说，**std::array除了有内置数组支持随机访问、效率高、存储大小固定等特点外，还支持迭代器访问、获取容量、获得原始指针等高级功能。而且它还不会退化成指针给开发人员造成困惑**。

## std::array的使用 ##

### 定义 ###

使用`array`之前，需要包含头文件：

# include <array>

定义`array`时，需要**指定其数据类型和大小，两者不可或缺**。同时，**array的大小不能使用变量来指定，但对于内置数组来说，是可以使用变量来指定数组大小的**。

定义`array`时，**可以使用\{\}来直接初始化，也可以使用另外的array来构造，但不可以使用内置数组来构造**。  
例如：

# include <iostream>
    # include <array>
    
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
      std::array<int, 5> a0 = { 0, 1, 2, 3, 4};          //正确
      std::array<int, 5> a1 = a0;                       //正确
      int m = 5;
      int b[m];                                 //正确，内置数组
      std::array<int, 5> a2;                    //正确
      std::array<int, m> a3;                    //错误，array不可以用变量指定
      std::array<int, 5> a4 = b;                //错误，array不可以用数组指定
    
      return 0;
    }

如果使用`gcc`来进行编译，**需要指定c++11标准**：

g++ test.cpp -o test -std=c++11
    ./test

### 元素访问 ###

`std::array`提供了`[]`、`at`、`front`、`back`、`data`的方式来进行元素：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">访问方式</th> 
   <th align="center">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">at</td> 
   <td align="center">访问指定的元素，同时进行越界检查</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">[]</td> 
   <td align="center">访问指定的元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">front</td> 
   <td align="center">访问第一个元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">back</td> 
   <td align="center">访问最后一个元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">data</td> 
   <td align="center">返回指向内存中数组第一个元素的指针</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

和一般的容器一样，`array`还提供了迭代器的方式进行元素遍历和访问：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">迭代器</th> 
   <th align="center">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">begin</td> 
   <td align="center">返回指向容器第一个元素的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">end</td> 
   <td align="center">返回指向容器尾端的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">rbegin</td> 
   <td align="center">返回指向容器最后元素的逆向迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">rend</td> 
   <td align="center">返回指向前端的逆向迭代器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

例如：

# include <iostream>
    # include <array>
    
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
      std::array<int, 5> a = { 0, 1, 2, 3, 4};
      std::cout << a.front() << " " << a.at(1) << " " << a[2] << " " << *(a.data() + 3) << " " << a.back() << std::endl;
    
      std::array<int, 5>::iterator iter;
      for (iter = a.begin(); iter != a.end(); ++iter)
        std::cout << *iter << " ";
      std::cout << std::endl;
    
      std::array<int, 5>::reverse_iterator riter;
      for (riter = a.rbegin(); riter != a.rend(); ++riter)
        std::cout << *riter << " ";
      std::cout << std::endl;
    
      return 0;
    }

运行这段代码，输出为：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ test.cpp -o test -std=c++11
    yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./test
    0 1 2 3 4
    0 1 2 3 4 
    4 3 2 1 0

### 其他函数 ###

`array`支持其它一些函数：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">函数</th> 
   <th align="center">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">empty</td> 
   <td align="center">检查容器是否为空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">size</td> 
   <td align="center">返回容纳的元素数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">max_size</td> 
   <td align="center">返回可容纳的最大元素数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">fill</td> 
   <td align="center">以指定值填充容器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">swap</td> 
   <td align="center">交换内容</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

例如：

#include <iostream>
    #include <algorithm>
    #include <array>
    
    int main()
    { 
      std::array<int, 5> a1 = { 4, 0, 2, 1, 3};
      std::array<int, 5> a2;
    
      std::sort(a1.begin(), a1.end());                  //排序函数
      for(int a: a1)
        std::cout << a << ' ';
      std::cout << std::endl;
    
      std::reverse(a1.begin(), a1.end());                           //反转a1
      for (std::array<int, 5>::iterator iter = a1.begin(); iter != a1.end(); ++iter)
        std::cout << *iter << " ";
      std::cout << std::endl;
    
      std::reverse_copy(a1.begin(), a1.end(), a2.begin());          //反转a1的内容拷贝到a2
      for (int i = 0; i < a2.size(); ++i)
        std::cout << a2[i] << " ";
      std::cout << std::endl;
    }

运行这段代码，输出为：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ test.cpp -o test -std=c++11
    yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./test
    0 1 2 3 4
    4 3 2 1 0
    0 1 2 3 4

需要注意的是，`std::reverse`和`std::reverse_copy`的区别，**前者反转本身，后者反转本身的内容拷贝到另一个容器中**。

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[https_github.com_yngzMiao_yngzmiao-blogs_tree_master_2019Q4_20191031]: https://github.com/yngzMiao/yngzmiao-blogs/tree/master/2019Q4/20191031
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