【C++ STL应用与实现】5: 如何使用std::array (since C++11)

本系列文章的目录在这里：目录. 通过目录里可以对STL总体有个大概了解

前言

本文总结了STL中的序列式容器array的用法及注意事项。array的出现代表着C++的代码更进一步“现代化”，就像std::string的出现代替了c风格字符串并且能和STL配合工作一样，array的出现则将取代语言内置的数组以及c风格的数组字符串，它提供了data()接口，使得能够获得内部数组的首地址，它提供了size(), 能够得其固定的长度，使得C++的数组也可以像Java等语言那样知道自己的length；它提供了begin(), end()等接口使得“数组”也可以和STL血脉相容；它还提供了tuple接口，可以当做tuple来使用；更重要的一点是，array有并不比原生数组差的性能表现。

array的概念

array是STL中的一个序列式容器，它包装了一个c风格的数组，但在外部接口来看，提供了STL容器的常用接口。它的长度是固定的，正如普通的c风格数组那样，一旦创建完成，长度即确定，不能扩大也不能缩小。

它的原型就像这样, 是一个模板类：

namespace std{    template <typename T, size_t N>    class array;}

第一个模板参数T指明了array中存放的数据类型；

第二个非类型模板参数指明了array的固定大小。

array的接口

constructors

构造函数 说明 arrary<T, N> c 默认构造函数，N个元素全部使用“默认初始化行为”来构造。 arrary<T, N> c(other) 拷贝构造函数，拷贝所有other的元素到c来构造。 arrary<T, N> c = other 拷贝构造函数，拷贝所有other的元素到c来构造。 arrary<T, N> c(rValue) 移动构造，使用右值rValue里的元素来初始化c。 arrary<T, N> c = rValue 移动构造，使用右值rValue里的元素来初始化c。 arrary<T, N> c = initlist 使用初始化列表初始化元素

注意： 由于默认构造函数是对每一个元素使用“默认构造”行为来初始化，这意味着对于基本类型的数据其初始值是未定义的。

array 被要求是一个“aggregate”: 没有用户自定义的构造函数、没有非静态的private和protected类型的成员、没有基类、没有虚函数.

因此不支持这样的构造方法：array<int, 3> a({1, 2, 4});

初始化array最常用的方法是使用赋值运算符和初始化列表：

array<int, 3> a = {1, 2, 3};array<int, 100> b = {1, 2, 3};  // a[0] ~ a[2] = 1, 2, 3; a[3] ~ a[99] = 0, 0, 0 ... 0;array<int, 3> c;                // c[0] ~ c[2] 未初始化，是垃圾值.

assignment

形式 说明 c = other 把other的全部元素复制一份给c。 c = rValue rValue全部元素被移动到c c.fill(val) 用val给每个元素赋值 c.swap(c2) 交换c和c2的所有元素 swap(c, c2) 交换c和c2的所有元素

注意 ：array的swap操作通常代价比较高：是一个O(n)的操作。

begin(), end()等迭代器位置及属性获取操作

• begin() (cbegin())

• end() (cend())

• rbegin() (crbegin())

• rend() (crend())

• empty()

• size()

• max_size()

• [index]

• at(index)

- front()

• back();

tuple接口

array<string, 3> a = {"hello", "hwo", "are"};tuple_size<a>::value;tuple_element<1, a>::type;  // stringget<1>(a);                  

把array当做c风格的数组来用

//----------------------- array as c-style array ----------------------RUN_GTEST(ArrayTest, CStyleArray, @);// use array<char> as a fix sized c-string.array<char, 100> str = {0};           // all elements initialized with 0.char *p = str.data();strcpy(p, "hello world");printf("%s\n", p);              // hello worldEND_TEST;

上面这个例子让我想起了std::string, 它有一个c_str()方法，同样是返回内部的c风格字符串，同样string也是STL的容器。

这让我想到，array的出现也是像string那样，是为了取代旧的c-风格字符串和内置数组，并且添加了标准容器的一些接口使得数组可以和STL其他组件和谐工作。

综合示例

//----------------------- normal example ----------------------RUN_GTEST(ArrayTest, NormalExample, @);array<int, 5> a = { 1, 2, 3 };psln(a.size());                     // a.size() = 5;psln(a.max_size());                 // a.max_size() = 5;EXPECT_FALSE(a.empty());            // empty() is false.printContainer(a, "array: ");       // array: 1 2 3 0 0a[a.size() - 1] = 5;                // change last oneprintContainer(a, "array: ");       // array: 1 2 3 0 5a.at(a.size() - 2) = 4;printContainer(a, "array: ");       // array: 1 2 3 4 5int sum;sum = accumulate(a.begin(), a.end(), 0);psln(sum);                          // sum = 15try{    int i = a.at(5);                // throw.}catch ( ... ){    pln("exception catched");}try{    //int i = a[5];                   // won't throw exception.}catch ( ... ){    pln("exception catched");       }// ------------------ copy ------------------array<int, 5> a2 = a;                   // copy constructor.printContainer(a2, "a2: ");             // a2: 1 2 3 4 5array<int, 5> a3(a2);                   //copy ctor.printContainer(a3, "a3: ");             // a3: 1 2 3 4 5// ------------------ assign ------------------array<int, 5> a4;a4 = a3;                                // assignment operator.printContainer(a4, "a4: ");             // a4: 1 2 3 4 5array<int, 4> b = {};//b = a;                                // error, b is not array<int, 5>!!// ------------------ fill ------------------array<int, 5> a5;a5.fill(5);printContainer(a5, "a5: ");             // a5: 5 5 5 5 5// ------------------ move ------------------// ------------------ array with class objects. ------------------END_TEST;

二维和多维array

//----------------------- multiple div array example ----------------------RUN_GTEST(ArrayTest, MatrixOrMultipleDiv, @);// like plain 2D arrayarray<array<int, 5>, 5> mat1 = {    1,2,3,4,5,    1,2,3,4,5,    1,2,3,4,5,    1,2,3,4,5,    1,2,3,4,5,};// construct with 1D arys.array<int, 5> ary = {1};array<array<int, 5>, 5> mat2 = { ary, ary, ary, ary, ary};// just like plain 2D array, but can ommit some value some each div.array<array<int, 5>, 5> mat3 = {    array<int, 5>{ 1, 2, 3, 4, 5},    array<int, 5>{ 1, 2, 3, 4},    array<int, 5>{ 1, 2, 3},    array<int, 5>{ 1, 2,},    array<int, 5>{ 1, }};// util function to print matrix.auto printMatrix = [] (const array<array<int, 5>, 5>& mat) {    for (const auto& ary : mat) {        for (const auto& item : ary) {            cout << item << " ";        }        cout << endl;    }};pcln("ma1");printMatrix(mat1);pcln("mat2");printMatrix(mat2);pcln("mat3");printMatrix(mat3);END_TEST;

output:

************************ma1*********************1 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 5************************mat2*********************1 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 0************************mat3*********************1 2 3 4 51 2 3 4 01 2 3 0 01 2 0 0 01 0 0 0 0

注意事项

• swap的代价：O(n)

• 基本类型的默认构造是垃圾值，用初始化列表来避免

array<int, 3> a;            // no.array<int, 3> a = {};       // good.

源码

• array_test.cpp

• std::array

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作者水平有限，对相关知识的理解和总结难免有错误，还望给予指正，非常感谢！

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