一、概述

在 C++11 中，std::array 是一個新的容器類型，它提供了一個固定大小的數組封裝。相比傳統的 C 風格數組，std::array 提供了更多的功能和類型安全性，并且更符合現代 C++ 的風格。std::array 是一個模板類，定義在 頭文件中，它封裝了固定大小的數組，并提供了更方便的訪問和操作方法。

二、std::array的特點

• 固定大小：std::array 的大小在編譯時確定，不能在運行時動態改變。
• 類型安全：由于 std::array 是模板類，它保證了元素的類型安全，且可以使用類型推斷。
• 支持標準容器接口：std::array 提供了與其他標準容器類似的接口，如 begin(), end(), size(), empty(), at(), [] 等。
• 可以與 C 風格數組互操作：std::array 可以通過 data() 方法訪問底層的 C 風格數組。

三、std::array的定義與初始化

std::array 是一個模板類，其模板參數為元素類型和容器大小。
1. 定義與初始化

#include <iostream>
#include <array>int main() {// 定義一個包含 5 個整數的 std::arraystd::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};// 訪問元素std::cout << "arr[0] = " << arr[0] << std::endl;// 使用范圍 for 循環打印元素for (const auto& elem : arr) {std::cout << elem << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2. 使用 fill() 方法初始化
可以使用 fill() 方法為所有元素賦值相同的值：

std::array<int, 5> arr;
arr.fill(10);  // 所有元素被初始化為 10

3. 通過列表初始化
std::array 還可以通過列表初始化進行初始化：

std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};  // 列表初始化

三、std::array的常用成員函數

std::array 提供了很多類似于其他 STL 容器的成員函數，包括獲取容器大小、訪問元素、檢查是否為空等。
1. size()：返回數組的大小
std::array 的 size() 函數用于返回數組中元素的數量。與 std::vector 不同，std::array 的大小是固定的（在編譯時已知），所以 size() 返回的是數組的元素總數，而不是動態變化的長度。

#include <iostream>
#include <array>int main() {// 創建一個 std::array，包含 5 個整數元素std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};// 獲取并輸出數組的大小std::cout << "數組的大小: " << arr.size() << std::endl;  // 輸出: 5// 使用 size() 來遍歷數組for (std::size_t i = 0; i < arr.size(); ++i) {std::cout << "arr[" << i << "] = " << arr[i] << std::endl;}return 0;
}

運行結果：

解釋：

• 在上面的代碼中，arr.size() 返回了 5，表示 std::array<int, 5> 中有 5 個元素。
• size() 是一個常量時間操作，它的返回值是編譯時已知的常量，因此非常高效。

注意事項：

• size() 不會返回數組中有效元素的數量。它返回的是數組的固定大小，即使部分元素沒有被賦值，大小依然是固定的；對于 std::array，size() 是編譯時確定的固定值。
• 對于 std::array<T, N>，size() 始終返回 N，而不會隨著元素的初始化狀態變化；size() 提供了數組的固定大小，返回容器中的元素個數。

通過 size() 使用 std::array：
在許多情況下，你可以使用 size() 來使代碼更加靈活。舉個例子，如果你需要遍歷一個 std::array，使用 size() 可以避免硬編碼數組的長度：

#include <iostream>
#include <array>int main() {std::array<int, 5> arr = {10, 20, 30, 40, 50};// 使用 size() 來遍歷整個數組for (auto& value : arr) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2. at()：返回指定索引的元素，并進行越界檢查

std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << "Element at index 2: " << arr.at(2) << std::endl;  // 輸出 3// 如果索引越界，將拋出 std::out_of_range 異常
try {std::cout << arr.at(10) << std::endl;  // 異常
} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << e.what() << std::endl;  // 輸出異常信息
}

3. operator[]：通過索引訪問元素（沒有越界檢查）

std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << "Element at index 3: " << arr[3] << std::endl;  // 輸出 4

4.begin() 和 end()：返回指向數組開始和結束的迭代器

std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};for (auto it = arr.begin(); it != arr.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";  // 輸出 1 2 3 4 5
}

5. front() 和 back()：返回數組的第一個和最后一個元素

std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << "First element: " << arr.front() << std::endl;  // 輸出 1
std::cout << "Last element: " << arr.back() << std::endl;    // 輸出 5

6. fill()：填充整個數組

std::array<int, 5> arr;
arr.fill(42);  // 所有元素都被設置為 42

7. swap()：交換兩個 std::array

std::array<int, 3> arr1 = {1, 2, 3};
std::array<int, 3> arr2 = {4, 5, 6};
arr1.swap(arr2);  // 交換 arr1 和 arr2 的內容for (int i : arr1) {std::cout << i << " ";  // 輸出 4 5 6
}

8.empty()：表示 std::array 是否為空
empty() 函數返回一個布爾值，表示 std::array 是否為空。如果數組的大小為 0，返回 true，否則返回 false。注意，std::array 在聲明時是一個固定大小的數組，因此它的大小在編譯時就已經確定。即使數組的元素沒有被賦值，empty() 仍然根據數組的大小來判斷是否為空。

#include <iostream>
#include <array>int main() {// 創建一個固定大小的 std::arraystd::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用 empty() 檢查數組是否為空if (arr.empty()) {std::cout << "數組是空的!" << std::endl;} else {std::cout << "數組不為空!" << std::endl;}// 創建一個空數組std::array<int, 0> empty_arr;// 使用 empty() 檢查空數組if (empty_arr.empty()) {std::cout << "空數組是空的!" << std::endl;} else {std::cout << "空數組不為空!" << std::endl;}return 0;
}

運行結果：

說明：

• 對于 std::array<int, 5>，它的大小是固定的為 5，因此 empty() 會返回 false，即使數組中沒有實際賦值的元素。
• 對于 std::array<int, 0>，大小為 0，empty() 會返回 true。

總結：

• empty() 判斷的是數組的大小是否為零，而不是數組中的元素是否已被初始化或賦值。
• std::array 的大小在編譯時確定，所以它的 empty() 判斷只會在大小為零時返回 true。

四、與 C 風格數組的互操作

std::array 提供了 data() 方法，可以返回底層的 C 風格數組指針，這使得它能夠與傳統的 C 風格數組兼容：

std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p = arr.data();  // 獲取指向數組的指針// 修改數組元素
p[2] = 100;
for (int val : arr) {std::cout << val << " ";  // 輸出 1 2 100 4 5
}