C++ 中的静态数组 std::array

目录

1. 什么是 std::array？

2. 基本用法

3. 主要特点

4. 常用操作示例

5. 优点

1. 什么是 std::array？

std::array 是一个模板类，定义在 头文件中。它是一个固定大小的数组，封装了 C 风格数组（例如 int arr[5]），但提供了更多的功能和安全性。它的主要特点是：

• 大小在编译时确定：不像 std::vector，std::array 的大小是固定的，无法在运行时动态改变。

• 与 STL 兼容：它支持标准模板库（STL）的接口，例如迭代器、算法等。

• 没有额外的内存开销：它的实现与普通数组一样高效，存储在栈上（而不是堆上）。

2. 基本用法

你需要包含 头文件来使用它。以下是一个简单的例子：

#include 
#include 

int main() {
    // 定义一个大小为5的int类型数组
    std::array arr = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 输出数组元素
    for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

3. 主要特点

(1) 固定大小

std::array 的大小在定义时通过模板参数指定，例如 std::array 表示一个包含 5 个 int 的数组。大小必须是编译时常量。

(2) 访问元素

• 通过索引：使用 arr[index] 或 at(index)。

  • arr[index]：普通索引访问，不检查边界。

  • arr.at(index)：带边界检查，如果越界会抛出 std::out_of_range 异常。

• 其他方法：

  • front()：返回第一个元素。

  • back()：返回最后一个元素。

(3) 大小查询

• size()：返回数组元素个数。

• empty()：检查数组是否为空（对于 std::array 总是返回 false，因为大小固定）。

• max_size()：返回数组的最大可能大小（等于 size()）。

(4) 初始化

• 可以用初始化列表：std::array arr = {1, 2, 3};

• 如果初始化的元素少于数组大小，未指定的元素会被自动初始化为默认值（例如 0 对于 int）：

  std::array arr = {1, 2}; // 等价于 {1, 2, 0, 0, 0}

(5) 与 C 风格数组的对比

特性	std::array	C 风格数组（如 int arr[5] ）
大小是否固定	是	是
边界检查	支持（通过 at() ）	无
STL 兼容性	是	否
内存分配	栈上	栈上
是否知道自己大小	是（ size() ）	否（需手动跟踪）

4. 常用操作示例

以下是一些常见的操作代码：

#include 
#include 

int main() {
    // 定义并初始化
    std::array arr = {10, 20, 30, 40};

    // 访问元素
    std::cout << "第一个元素: " << arr.front() << std::endl; // 10
    std::cout << "最后一个元素: " << arr.back() << std::endl; // 40
    std::cout << "索引2的元素: " << arr[2] << std::endl;      // 30

    // 大小
    std::cout << "数组大小: " << arr.size() << std::endl;     // 4

    // 使用迭代器遍历
    std::cout << "所有元素: ";
    for (auto it = arr.begin(); it != arr.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 修改元素
    arr[1] = 50;
    std::cout << "修改后索引1: " << arr[1] << std::endl;      // 50

    return 0;
}

5. 优点

• 安全性：提供边界检查（通过 at()），避免缓冲区溢出。

• 现代化：与 STL 容器兼容，可以直接用于算法（如 std::sort、std::find）。

• 高效：没有动态内存分配，性能与 C 风格数组相当。

6. 局限性

• 固定大小：无法动态调整大小。如果你需要动态大小的数组，可以使用 std::vector。

• 栈上分配：如果数组太大，可能导致栈溢出。