【C++】C++11的std::array的详细剖析

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。

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：

访问方式	含义
at	访问指定的元素，同时进行越界检查
[]	访问指定的元素
front	访问第一个元素
back	访问最后一个元素
data	返回指向内存中数组第一个元素的指针

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：

迭代器	含义
begin	返回指向容器第一个元素的迭代器
end	返回指向容器尾端的迭代器
rbegin	返回指向容器最后元素的逆向迭代器
rend	返回指向前端的逆向迭代器

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：

函数	含义
empty	检查容器是否为空
size	返回容纳的元素数
max_size	返回可容纳的最大元素数
fill	以指定值填充容器
swap	交换内容

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。