2.3、std::array（固定大小数组容器）

2025-5-6

什么是std::array？用大白话说

你平时写C++代码，可能会用类似int arr[10];这样的传统数组。它很快，但有几个“坑”：

• 它不知道自己有多大，传给函数时会退化成指针，导致无法安全获取长度。
• 访问越界不会报错，容易引发难查的bug。
• 它没有成员函数，不能用现代C++的容器接口。

std::array就是为了解决这些问题而生的。它是一个模板类，固定大小，大小在编译时确定，内部就是包了一层传统数组，但提供了更安全、更丰富的操作接口。它不会退化成指针，知道自己的大小，访问越界时还能抛异常（at()方法），用起来更放心。

设计哲学：安全、固定、兼容

std::array的设计哲学可以总结为：

• 安全第一：避免C数组的隐式指针退化，防止越界访问，提供边界检查。
• 固定大小：大小在编译时确定，保证效率和内存连续性，适合对大小有严格要求的场景。
• 标准容器接口：支持迭代器、size()、empty()、front()、back()等接口，和STL算法无缝集成。
• 轻量无开销：本质上就是包了一层数组，性能几乎和C数组一样，没有动态内存分配。

代码对比：传统数组 vs std::array

#include <iostream>
#include <array>

void printCArray(int* arr, size_t size) {
    for(size_t i = 0; i < size; ++i)
        std::cout << arr[i] << " ";
    std::cout << "\n";
}

void printStdArray(const std::array<int, 5>& arr) {
    for(auto elem : arr)
        std::cout << elem << " ";
    std::cout << "\n";
}

int main() {
    // 传统C数组
    int cArr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printCArray(cArr, 5); // 需要手动传大小，容易传错

    // std::array
    std::array<int, 5> stdArr = {1, 2, 3, 4, 5};
    printStdArray(stdArr); // 不用传大小，安全方便

    // 越界访问示例
    // std::cout << cArr[10] << "\n"; // 未定义行为，可能崩溃或输出垃圾
    try {
        std::cout << stdArr.at(10) << "\n"; // 抛出异常，安全提示
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cout << "异常捕获：" << e.what() << "\n";
    }

    return 0;
}