数组和C++ std::array详解

std::array是C++容器库提供的一个固定大小数组的容器。其与内置的数组相比，是一种更安全、更容易使用的数组类型。

艰默

4113人浏览 · 2023-07-07 10:15:52

艰默 · 2023-07-07 10:15:52 发布

1. 数组和std::array

std::array是C++容器库提供的一个固定大小数组的容器。其与内置的数组相比，是一种更安全、更容易使用的数组类型。std::array在头文件<array>中定义，其声明如下：

template<
    class T,
    std::size_t N
> struct array; //C++11 起

std::array是一个聚合类型，其语义等同于保有一个C语言风格数组T[N]作为其唯一非静态数据成员的结构体，但其不同于C数组的是它不会自动退化为T*。同时该结构体结合了C风格数组的性能、可访问性和容器的优点（可获取大小、支持赋值和随机访问等）。

2. array的用法

2.1 成员函数

2.1.1 隐式定义的成员函数

构造函数(隐式声明)	遵循聚合初始化的规则初始化 array（注意默认初始化可以导致非类的T的不确定值）
析构函数(隐式声明)	销毁 array 的每个元素
operator=(隐式声明)	以来自另一 array的每个元素重写array的对应元素

聚合初始化就是从初始化器列表来初始化聚合体，其也是列表初始化的一种方式。

std::array<int, 3> a = {1,2,3};
std::array<int, 3> b;
b = a;  //将a中的每个元素重写到b中，使用operator=时候需要确保a b两个容器长度相等，否则编译失败

2.1.2 元素访问

at

at用于访问指定的元素，同时进行越界检查，该函数返回位于指定位置pos的元素的引用，如果pos不在容器的范围内，则抛出std::out_of_range异常。其函数声明如下：

reference at( size_type pos ); //C++17 前
constexpr reference at( size_type pos ); //C++17 起
const_reference at( size_type pos ) const; //C++14 前
constexpr const_reference at( size_type pos ) const; //C++14 起

其具体用法如下：

std::array<int,3> data = { 1, 2, 3};

std::cout<<data.at(1)<<std::endl; //2
data.at(1)=8; //此时data={1, 8, 3}

data.at(6) = 6; //越界，抛出std::out_of_range异常

operator[]

operator[]与at功能相同，即用来访问指定的元素，但其与at不同的是：operator[]不进行边界的检查。其函数声明如下所示：

reference operator[]( size_type pos ); //C++17 前
constexpr reference operator[]( size_type pos ); //C++17 起
const_reference operator[]( size_type pos ) const; //C++14 前
constexpr const_reference operator[]( size_type pos ) const; //C++14 起

注：通过operator[]符访问不存在的元素是未定义行为。

front

front用于访问容器的第一个元素，其返回值为容器首元素的引用，其函数原型如下：

reference front(); //C++17 前
constexpr reference front(); //C++17 起
const_reference front() const; //C++14 前
constexpr const_reference front() const; //C++14 起

注：在空容器上对 front 的调用是未定义的。

back

back主要功能是用来访问容器最后一个元素，其返回值为容器最后一个元素的引用，其函数原型如下所示：

reference back(); //C++17 前
constexpr reference back(); //C++17 起
const_reference back() const; //C++14 前
constexpr const_reference back() const; //C++14 起

注：在空容器上调用 back 导致未定义行为。

data

data可以直接访问容器底层数组，其返回值为指向作为元素存储工作的底层数组的指针。其函数声明如下：

T* data() noexcept; //C++11 起, C++17 前
constexpr T* data() noexcept; //C++17 起
const T* data() const noexcept; //C++11 起, C++17 前
constexpr const T* data() const noexcept; //C++17 起

其返回的指针使得范围[ data(), data() + size() )始终是合法范围。

2.2.3 迭代器

begin、end和cbegin、cend

begin和cbegin返回指向deque首元素的迭代器，end和cend返回指向deque末元素后一元素的迭代器。其函数声明如下：

iterator begin() noexcept; //C++17 前
constexpr iterator begin() noexcept; //C++17 起
const_iterator begin() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_iterator begin() const noexcept; //C++17 起
const_iterator cbegin() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_iterator cbegin() const noexcept; //C++17 起

iterator end() noexcept; //C++17 前
constexpr iterator end() noexcept; //C++17 起
const_iterator end() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_iterator end() const noexcept; //C++17 起
const_iterator cend() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_iterator cend() const noexcept; //C++17 起

如果array为空，则返回的迭代器将等于end或cend。end和cend指向deque末元素后一元素的迭代器，该元素的表现为占位符，试图访问它将导致未定义行为。

rbegin、rend和crbegin、crend

rbegin和crbegin返回指向array首元素的逆向迭代器。它对应非逆向array的末元素，若array为空，则返回的迭代器等于rend或crend。rend和crend返回指向逆向deque末元素后一元素的逆向迭代器，它对应非逆向array首元素的前一元素，此元素表现为占位符，试图访问它导致未定义行为。它们的声明如下：

reverse_iterator rbegin() noexcept; //C++17 前
constexpr reverse_iterator rbegin() noexcept; //C++17 起
const_reverse_iterator rbegin() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_reverse_iterator  rbegin() const noexcept; //C++17 起
const_reverse_iterator crbegin() const noexcept; //C++17 前
constexpr const_reverse_iterator crbegin() const noexcept; //C++17 起

reverse_iterator rend(); //C++11 前
reverse_iterator rend() noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator rend() const; //C++11 前
const_reverse_iterator rend() const noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator crend() const noexcept; //C++11 起

2.2.4 容量

empty

empty用来检查容器是否为空，若为空则返回true，否则为false。其函数声明如下：

constexpr bool empty() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
[[nodiscard]] constexpr bool empty() const noexcept; //C++20 起

其底层实现就是检查容器是否无元素，即判断是否begin() == end()。

size

size函数返回容器中元素数量，即std::distance(begin(), end()) 。其函数声明如下：

constexpr size_type size() const noexcept; //C++11 起

max_size

max_size函数返回根据系统或库实现限制的容器可保有的元素最大数量，即对于最大容器的 std::distance(begin(), end()) 。其函数声明为：

constexpr size_type max_size() const noexcept; //C++11 起

注：因为每个 std::array<T, N> 都是固定大小容器，故 max_size 返回的值等于 N （亦为size所返回的值）

2.2.5 修改器

fill

fill函数原型如下所示：

void fill( const T& value ); //C++11 起， C++20 前
constexpr void fill( const T& value ); //C++20 起

fill函数主要用于以指定值填充容器，即将定值 value 赋给容器中的所有元素。

具体用法示例如下：

std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
arr.fill(1); // arr = {1, 1, 1}

swap

swap函数的主要作用是交换两个array容器的内容，其与deque的swap不同的是不导致迭代器和引用关联到别的容器。其函数声明如下：

void swap( array& other ) noexcept(); //C++11 起, C++20 前
constexpr void swap( array& other ) noexcept(); //C++20 起

其用法示例如下图所示：

std::array<int, 3> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5, 6};

auto it1 = a1.begin(); //*it1 = 1
auto it2 = a2.begin(); //*it2 = 4

int &ref1 = a1[1]; // ref1 = 2
int &ref2 = a2[1]; // ref1 = 5

std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为1 4 2 5

a1.swap(a2);

// 此时a1 = {4, 5, 6}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为4 1 5 2

/*注：
     交换后迭代器与引用保持与原 array 关联，
     例如it1仍指向元素 a1[0] ，ref1仍指代 a1[1] */

2.2 非成员函数

operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::array)

C++提供operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::array)非成员函数用来比较两个array的大小，相关函数及函数声明如下：

//1. ==
//返回值：在 array 内容相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator==( const std::array<T, N>& lhs,
                 const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

template< class T, std::size_t N >
constexpr bool operator==( const std::array<T, N>& lhs,
                           const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 起

//2. !=
//返回值：在 array 内容不相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator!=( const std::array<T, N>& lhs,
                 const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

//3. <
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator<( const std::array<T, N>& lhs,
                const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

//4. <=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator<=( const std::array<T, N>& lhs,
                 const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

//5. >
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator>( const std::array<T, N>& lhs,
                const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

//6. >=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, std::size_t N >
bool operator>=( const std::array<T, N>& lhs,
                 const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 前

//7. <=>
//返回值：lhs 与 rhs 中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。
template< class T, std::size_t N >
constexpr operator<=>( const std::array<T, N>& lhs,
                                       const std::array<T, N>& rhs ); //C++20 起

1,2中会检查lhs和rhs的内容是相等，即他们是否拥有相同数量的元素且lhs中每个元素与rhs的相同位置元素比较相等。同时函数中T 必须符合可相等比较 (EqualityComparable) 的要求
3-6中按照字典比较lhs和rhs的内容，其内部等价于调用std::lexicographical_compare函数进行比较。同时函数中T 必须符合[可小于比较 (LessThanComparable) 的要求。
7中也是按字典序比较lhs和rhs的内容。其内部等价于调用std::lexicographical_compare_three_way 进行比较。返回类型同合成三路比较的结果类型。其逻辑大致如下：
```
lhs < rhs ? std::weak_ordering::less :
rhs < lhs ? std::weak_ordering::greater :
            std::weak_ordering::equivalent
//注：通常情况下less对应的是-1，greater对应1，equivalent对应0
```
lhs与rhs中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。

其具体的应用示例如下所示：

std::array<int, 3> alice{1, 2, 3};
std::array<int, 3> bob{7, 8, 9};
std::array<int, 3> eve{1, 2, 3};

std::cout << std::boolalpha;

// 比较不相等的容器
std::cout << "alice == bob returns " << (alice == bob) << '\n';
std::cout << "alice != bob returns " << (alice != bob) << '\n';
std::cout << "alice <  bob returns " << (alice < bob) << '\n';
std::cout << "alice <= bob returns " << (alice <= bob) << '\n';
std::cout << "alice >  bob returns " << (alice > bob) << '\n';
std::cout << "alice >= bob returns " << (alice >= bob) << '\n';

std::cout << '\n';

// 比较相等的容器
std::cout << "alice == eve returns " << (alice == eve) << '\n';
std::cout << "alice != eve returns " << (alice != eve) << '\n';
std::cout << "alice <  eve returns " << (alice < eve) << '\n';
std::cout << "alice <= eve returns " << (alice <= eve) << '\n';
std::cout << "alice >  eve returns " << (alice > eve) << '\n';
std::cout << "alice >= eve returns " << (alice >= eve) << '\n';

输出结果为

alice == bob returns false
alice != bob returns true
alice <  bob returns true
alice <= bob returns true
alice >  bob returns false
alice >= bob returns false
 
alice == eve returns true
alice != eve returns false
alice <  eve returns false
alice <= eve returns true
alice >  eve returns false
alice >= eve returns true

std::get(std::array)

std::get(std::array)可以用来访问array的一个元素，其函数声明如下：

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
T& get( std::array<T,N>& a ) noexcept; //C++11 起, C++14 前

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
constexpr T& get( std::array<T,N>& a ) noexcept; //C++14 起

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
T&& get( std::array<T,N>&& a ) noexcept; //C++11 起, C++14 前

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
constexpr T&& get( std::array<T,N>&& a ) noexcept; //C++14 起	

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
const T& get( const std::array<T,N>& a ) noexcept; //C++11 起, C++14 前

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
constexpr const T& get( const std::array<T,N>& a ) noexcept; //C++14 起

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
const T&& get( const std::array<T,N>&& a ) noexcept; //C++11 起, C++14 前

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
constexpr const T&& get( const std::array<T,N>&& a ) noexcept; //C++14 起

其主要作用是从a中提取第I个元素.I必须是范围 [0, N) 中的整数值。与at()或 operator[]相反，这在编译时强制。该函数的返回值为a中第I元素的引用。

其具体的用法如下：

std::array<int, 3> arr;

// 设置值：
std::get<0>(arr) = 1;
std::get<1>(arr) = 2;
std::get<2>(arr) = 3;

// 获取值：
std::cout << "(" << std::get<0>(arr) << ", " << std::get<1>(arr)
  << ", " << std::get<2>(arr) << ")\n";
//输出结果为 (1, 2, 3)

std::swap(std::array)

std::swap(std::array)函数是为std::array特化std::swap 算法。其函数声明如下：

template< class T, std::size_t N >
void swap( std::array<T, N>& lhs,
           std::array<T, N>& rhs ); //C++11 起, C++17 前

template< class T, std::size_t N >
void swap( std::array<T, N>& lhs,
           std::array<T, N>& rhs ) noexcept(); //C++17 起, C++20 前

template< class T, std::size_t N >
constexpr void swap( std::array<T, N>& lhs,
                     std::array<T, N>& rhs ) noexcept(); //C++20 起

交换 lhs 与 rhs 的内容。调用lhs.swap(rhs)。其具体用法如下：

std::array<int, 3> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5, 6};

auto it1 = a1.begin(); //*it1 = 1
auto it2 = a2.begin(); //*it2 = 4

int &ref1 = a1[1]; // ref1 = 2
int &ref2 = a2[1]; // ref1 = 5

std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为1 4 2 5

std::swap(a1, a2);

// 此时a1 = {4, 5, 6}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为4 1 5 2

std::to_array

std::to_array函数声明如下：

template<class T, std::size_t N>
constexpr std::array<std::remove_cv_t<T>, N> to_array(T (&a)[N]); //C++20 起

template<class T, std::size_t N>
constexpr std::array<std::remove_cv_t<T>, N> to_array(T (&&a)[N]); //C++20 起

std::to_array函数可以从一维内建数组 a 创建 std::array 对象，从 a 的对应元素复制初始化 std::array 的元素。不支持复制或移动多维内建数组。其具体用法如下：


#include <array>
#include <iostream>

int main()
{
  // 复制字符串字面量
  auto a1 = std::to_array("foo");
  static_assert(a1.size() == 4);

  // 推导元素类型和长度
  auto a2 = std::to_array({0, 2, 1, 3});

  // 推导长度而元素类型指定
  // 发生隐式转换
  auto a3 = std::to_array<long>({0, 1, 3});

  auto a4 = std::to_array<std::pair<int, float>>(
    {{3, .0f}, {4, .1f}, {4, .1e23f}});

  // 创建不可复制的 std::array
  auto a5 = std::to_array({std::make_unique<int>(3)});

  // 错误：不支持复制多维数组
  // char s[2][6] = { "nice", "thing" };
  // auto a6 = std::to_array(s);
}

std::tuple_size

std::tuple_size(std::array)函数的声明如下：

template< class T, std::size_t N >
struct tuple_size< std::array<T, N> > :
    std::integral_constant<std::size_t, N>   //C++11 起
{ };

其提供作为编译时常量表达式访问std::array中元素数量的方法。用法示例如下：

#include <iostream>
#include <array>
 
template<class T>
void test(T t)
{
    int a[std::tuple_size<T>::value]; // 能用于编译时
    std::cout << std::tuple_size<T>::value << '\n';
}
 
int main()
{
    std::array<float, 3> arr;
    test(arr); //输出 3
}

std::tuple_element

std::tuple_element<std::array>函数主要用来获得 array 元素的类型，其声明如下：

template< std::size_t I, class T, std::size_t N >
struct tuple_element<I, std::array<T, N> >; //C++11 起

其使用类 tuple 接口，提供 array 元素类型的编译时带下标访问。具体使用方法如下：

// 定义 array 并获取位于位置 0 的元素类型
std::array<int, 10> data {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
using T = std::tuple_element<0, decltype(data)>::type; // int

3. 总结

数组std::array的优劣：

优点

无开销随机访问。
快速遍历;适合线性搜索。

劣势

如果元素类型具有较高的复制/分配成本，则可能会变慢（重新排序元素需要复制/移动它们）。
在使用array容器的时候，其size必须是常量表达式（即编译时已知）。
不支持大小更改操作（调整大小、插入、擦除等）。

向您推荐>>Eolink开发者社区

权威｜前沿｜技术｜干货｜国内首个API全生命周期开发者社区

更多推荐

ELK实现containerd的容器日志采集展示【基于logging的全栈监测】

企业级ELK Stack构建介绍

云原生

深入理解 Mocha 测试框架：从零实现一个 Mocha

前言什么是自动化测试自动化测试在很多团队中都是Devops环节中很难执行起来的一个环节，主要原因在于测试代码的编写工作很难抽象，99%的场景都需要和业务强绑定，而且写测试代码的编写工作量往往比编写实际业务代码的工作量更多。在一些很多业务场景中投入产出比很低，适合写自动化测试的应该是那些中长期业务以及一些诸如组件一样的基础库。自动化测试是个比较大的概念，其中分类也比较多，比如单元测试，端对端测试，集

云原生

(20200916 Solved)docker-compose up创建容器自动退出

问题描述如题，创建容器后自动退出了。并且docker start container无效解决方案原因是缺失了控制终端的配置，需要在docker-compose.yml中增加tty:true ，有时候这样也不行，需要再增加一个command:/bin/bash，命令不一定是这个，需要是一个不会退出的命令，然后用-d后台启动容器。Referencesdocker-compose启动容器后自动退出...