c++ std::array使用笔记

array 是 C++ 标准库中的一个容器模板，它封装了一个固定长度的内建数组，并提供了类似于其他 STL 容器的接口。与内建数组相比， array 提供了更多的操作，如复制、比较、交换等。以下是 array 容器的主要接口及其功能的简要介绍：

1. 构造

• 默认构造函数：创建一个空的 array 对象。
• 初始化列表构造函数：允许使用初始化列表来初始化 array 中的元素。

std::array<int, 3> arr1; // 默认构造，元素未初始化
std::array<int, 3> arr2 = {1, 2, 3}; // 使用初始化列表构造

2. 成员类型

• value_type：array 中元素的类型。
• size_type：表示 array 大小的无符号整数类型。
• iterator 和 const_iterator：用于遍历 array 的迭代器类型。
• reference 和 const_reference：元素的引用类型。

std::array<int, 3>::value_type x = 10; // x 的类型是 int

3. 元素访问

• operator[]：通过下标访问元素，不进行边界检查。
• at()：通过下标访问元素，进行边界检查，如果越界则抛出 std::out_of_range 异常。
• front()：访问第一个元素。
• back()：访问最后一个元素。
• data()：返回指向底层数组的指针。

std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
int x = arr[0]; // 访问第一个元素
int y = arr.at(1); // 访问第二个元素，带边界检查
int z = arr.front(); // 访问第一个元素
int w = arr.back(); // 访问最后一个元素
int* p = arr.data(); // 获取底层数组的指针

4. 容量相关

• empty()：检查 array 是否为空（对于 array，只有在大小为 0 时才为空）。
• size()：返回 array 中元素的数量。
• max_size()：返回 array 可以容纳的最大元素数量（对于 array，size() 和 max_size() 通常相同）。

std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
bool isEmpty = arr.empty(); // false
std::size_t size = arr.size(); // 3
std::size_t maxSize = arr.max_size(); // 3

5. 填充与交换

• fill(value)：将 array 中的所有元素设置为指定的值。
• swap(other)：交换两个 array 的内容。

std::array<int, 3> arr1 = {1, 2, 3};
std::array<int, 3> arr2 = {4, 5, 6};
arr1.fill(0); // arr1 变为 {0, 0, 0}
arr1.swap(arr2); // arr1 变为 {4, 5, 6}, arr2 变为 {0, 0, 0}

6. 比较操作

• operator<=>（C++20 引入）：用于比较两个 array 对象的元素。返回一个比较结果，可以是 std::strong_ordering、std::weak_ordering 或 std::partial_ordering。

std::array<int, 3> arr1 = {1, 2, 3};
std::array<int, 3> arr2 = {1, 2, 4};
auto result = (arr1 <=> arr2); // 返回 std::strong_ordering::less

7. 迭代器

• begin() 和 end()：返回指向 array 第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器。
• cbegin() 和 cend()：返回指向 array 第一个元素和最后一个元素之后位置的常量迭代器。
• rbegin() 和 rend()：返回指向 array 最后一个元素和第一个元素之前位置的逆向迭代器。
• crbegin() 和 crend()：返回指向 array 最后一个元素和第一个元素之前位置的常量逆向迭代器。

std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
for (auto it = arr.begin(); it != arr.end(); ++it) {std::cout << *it << " "; // 输出 1 2 3
}

总结

array 是一个固定大小的容器，提供了类似于内建数组的功能，但增加了更多的操作和安全性（如边界检查）。它适用于需要固定大小数组且希望使用 STL 风格的接口的场景。