C++ STL array

STL（Standard Template Library）中的std::array是C++11引入的一个模板类，用于表示固定大小的数组。与传统的C++静态数组相比，它具有一些额外的功能，例如可以使用STL算法、内置边界检查等，但大小依然在编译时确定。

std::array的原理

std::array是一个轻量的容器，封装了C++的传统静态数组，并提供了与STL容器一致的接口。与传统数组不同的是，它具有面向对象的特性，支持诸如size()、at()等成员函数，并且与STL算法可以直接配合使用。

常见操作

1. 声明和初始化： 和传统数组类似，可以在声明时初始化，大小必须是编译时常量。

2. 访问元素： 通过[]运算符或at()方法访问元素，at()会进行边界检查，越界时会抛出异常。

3. 迭代遍历： 可以使用传统的for循环，也可以使用范围for循环。

4. 与STL算法兼容： std::array与STL算法函数很好地集成，如std::sort、std::find等。

std::array 使用示例

#include <iostream>
#include <array>  // 引入 std::array 头文件
#include <algorithm>  // 引入STL算法

int main() {
    // 声明并初始化一个包含5个元素的std::array
    std::array<int, 5> myArray = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 使用下标运算符访问元素
    std::cout << "First element: " << myArray[0] << std::endl;

    // 使用 at() 方法访问元素（带边界检查）
    try {
        std::cout << "Element at index 2: " << myArray.at(2) << std::endl;  // 正常访问
        std::cout << "Element at index 5: " << myArray.at(5) << std::endl;  // 越界访问，抛出异常
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cerr << "Out of range error: " << e.what() << std::endl;
    }

    // 获取数组的大小
    std::cout << "Array size: " << myArray.size() << std::endl;

    // 遍历数组
    std::cout << "Array elements: ";
    for (const auto& elem : myArray) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用STL算法（例如排序）
    std::sort(myArray.begin(), myArray.end());
    std::cout << "Sorted elements: ";
    for (const auto& elem : myArray) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

常见成员函数

• at(size_t index)：带边界检查的元素访问函数，越界会抛出std::out_of_range异常。
• operator[]：传统的下标运算符，不进行边界检查。
• size()：返回数组的大小，编译时常量。
• front()和back()：分别返回数组的第一个和最后一个元素。
• fill(value)：将数组的所有元素设置为指定值。
• swap(array)：交换两个数组的内容。

注意事项

1. 固定大小：std::array的大小是固定的，不能在运行时调整，大小必须在编译时已知。
2. 性能：std::array的性能和传统的C++静态数组相近，因其在栈上分配内存。
3. 边界检查：使用at()进行元素访问可以避免越界访问导致的未定义行为。

优缺点

• 优点：

  • 封装了传统数组，具有STL容器的接口。
  • 支持边界检查，减少数组越界带来的问题。
  • 与STL算法直接兼容。

• 缺点：

  • 数组大小在编译时固定，无法动态调整。