靜態數組的索引越界問題

原創

2020-02-20 20:10

1、靜態數組

處理靜態數組：

#define N 10  //數組的長度N在編譯時已知
  T  static_array[N];

這裏，數組的長度在編譯時是已知的並且不會改變。當然，爲了使用具有邊界檢查的安全數組，也可以vector模板，並在一個構造函數中指定它的長度：

scpp::vector vect(N);

它的效果與靜態數組完全相同，但問題在於效率。靜態數組是在堆棧上分配內存，而vector模板是在構造函數中用new操作符分配內存的，速度相對慢一些。如果運行時效率至關重要，最好使用array模板，即

namespace scpp
{
//固定長度的數組
	template <typename T, unsigned N>
	class array
	{
	public:
		typedef unsigned size_type;
		//最常用的構造函數
		array() {};
		
		explicit array(const T& initial_value)
		{
			for(size_type i=0; i<size(); ++i)
				data_[i] = initial_value;
		}

		//注意：這裏並沒有提供拷貝構造函數和賦值操作符
		//依賴的是編譯器生成的這些方法的默認版本

		T& operator[] (size_type index)
		{
			SCPP_TEST_ASSERT(index < N,
				"Index "<<index<<" must be less than "<<N);

			return data_[index];
		}

		const T& operator [] (size_type index) const
		{
			SCPP_TEST_ASSERT(index < N,
				"Index "<<index<<" must be less than "<<N);
			return data_[index];
		}

		//模擬迭代器的訪問方法
		T* begin() 
		{
			return &data_[0];
		}
		const T* begin()const
		{
			return &data_[N];
		}

	private:
		T data_[N];
	};
}//namespace SCPP

這個數組的行爲與C的靜態數組完全一樣。但是，在編譯時激活了表示安全檢查的SCPP_TEST_ASSERT宏時，它會提供索引邊界檢查。它提供了用於模擬迭代器的begin()和end()的方法，因此這種數組在有些場合可以代替vector模板（例如，用於對數的排序）、例如下面的程序使用了STL的sort算法對這個數組進行排序：

#include<algorithm>

 scpp::array<int, 5> a(0);
 a[0] = 7;
 a[1] = 2;
 a[2] = 3;
 a[3] = 9;
 a[4] = 0;

 cout<<"Array before sort: "<<a<<endl;
 sort(a.begin(), a.end());
 cout<<"Array after sort: "<<a<<endl;
 endl;

程序運行後產生的結果輸出爲：

Array before sort：7 2 3 9 0

Array after sort： 0 2 3 7 9

作爲一個附加的優點，我們還可以使用<<操作符，它允許我們像前面那個例子一樣把一個數組輸出到流中，只要這個數組不至於太大，並且模板類型T定義了<<操作符。當然，這種固定長度的數組在使用時必須限制在數組長度N不會太大的情況下。否則，就會把大量的堆棧內存（一種有限的資源）消耗在這個數組上。

因此，建議不要使用靜態或者動態分配數組，而是使用vector或array模板。這種做法可以解決當我們使用了帶了方括號的new操作符時，在使用delete操作符時也要帶方括號。如果錯用了這兩個操作符帶方括號（new帶方括號，而delete沒帶方括號或者反過來），就會破壞內存堆，一般會導致不良後果。決定不使用動態分配的數組（通過帶方括號的new操作符創建）之後，我們就會避免索引越界問題和混用帶方括號的操作符問題，這樣可以極大減少麻煩。