深入解析 C++11 std::array：比 C 风格数组更安全、更高效的数组封装

std::array

是 C++11 标准引入的一个容器类，它是固定大小的数组封装，相比于 C 风格数组，

std::array

提供了更多的功能和安全性。下面详细讲解一下

std::array

及其与 C 风格数组的区别，并提供一些示例代码。

什么是

std::array

？

std::array

是一个模板类，定义在

<array>

头文件中。它封装了固定大小的数组，并提供了标准容器接口的一些功能，如访问元素、获取大小等。

std::array

的大小在编译时确定，并且大小不可更改。

特性

• 固定大小：在创建时定义大小，之后不可更改。
• 标准接口：提供了与标准容器类似的接口，如 size(), at(), front(), back(), fill(), swap() 等。
• 安全性：提供了边界检查功能（通过 at() 方法）。
• 性能：由于大小固定且编译时已知，所以通常能提供比动态容器更高的性能。

std::array

与 C 风格数组的区别

1. 类型安全和边界检查：- C 风格数组：不提供边界检查，访问越界可能导致未定义行为。- **std::array**：提供边界检查，通过 at() 方法访问元素时会抛出异常（std::out_of_range），访问安全。
2. 大小和类型信息：- C 风格数组：大小信息在编译时丢失，只能通过显式记录或函数参数传递。- **std::array**：存储了大小信息，可以通过 size() 方法获取数组大小，并且支持 sizeof 操作符直接获取数组大小。
3. 标准库算法兼容性：- C 风格数组：不直接支持 STL 算法，需转换为其他类型。- **std::array**：直接支持 STL 算法，如 std::sort, std::reverse 等。
4. 初始化：- C 风格数组：初始化时需指定大小，且不支持更复杂的初始化方式。- **std::array**：支持列表初始化，且提供更灵活的初始化选项。
5. 功能：- C 风格数组：只有基本的数组操作。- **std::array**：提供丰富的成员函数，如 fill(), swap(), front(), back() 等。

详细代码示例

以下代码演示了

std::array

的基本用法和与 C 风格数组的对比：

#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm>

int main() {
    // C 风格数组
    int c_array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // std::array
    std::array<int, 5> st_array = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 访问元素
    std::cout << "C 风格数组第一个元素: " << c_array[0] << std::endl;
    std::cout << "std::array第一个元素: " << st_array[0] << std::endl;

    // 使用 std::array 提供的成员函数
    std::cout << "std::array大小: " << st_array.size() << std::endl;
    std::cout << "std::array前端元素: " << st_array.front() << std::endl;
    std::cout << "std::array尾端元素: " << st_array.back() << std::endl;

    // 使用 at() 方法进行安全访问
    try {
        std::cout << "使用 at() 访问第六个元素: " << st_array.at(5) << std::endl; // 会抛出异常
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cout << "异常: " << e.what() << std::endl;
    }

    // 使用 fill() 填充数组
    st_array.fill(10);
    std::cout << "填充后的 std::array: ";
    for (const auto& elem : st_array) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 STL 算法
    std::reverse(st_array.begin(), st_array.end());
    std::cout << "反转后的 std::array: ";
    for (const auto& elem : st_array) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

说明

1. C 风格数组：使用基本的 [] 运算符访问元素，不能直接获取数组大小，且没有边界检查。
2. **std::array**：支持 size(), front(), back(), fill(), at() 等成员函数，提供更多功能和安全性，支持 STL 算法。