C++ 容器类 <array>
C++11 标准引入了 <array> 头文件,它提供了一种固定大小的数组容器,与 C 语言中的数组相比,具有更好的类型安全和内存管理特性。
std::array 是 C++ 标准库中的一个模板类,它定义在 <array> 头文件中。std::array 模板类提供了一个固定大小的数组,其大小在编译时确定,并且不允许动态改变。
语法
std::array 的基本语法如下:
#include <array> std::array<T, N> array_name;
T是数组中元素的类型。N是数组的大小,必须是一个非负整数。
声明与初始化
<array> 需要在编译时确定大小,不能动态改变。使用示例:
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5}; // 声明一个定长为5的int数组
return 0;
}
特点
- 类型安全:
std::array强制类型检查,避免了 C 语言数组的类型不安全问题。 - 固定大小:数组的大小在编译时确定,不能在运行时改变。
- 内存连续:
std::array的元素在内存中是连续存储的,这使得它可以高效地访问元素。 - 标准容器:
std::array提供了与std::vector类似的接口,如size(),at(),front(),back()等。
实例
下面是一个使用 std::array 的简单示例,包括输出结果。
实例
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
// 创建一个包含 5 个整数的 std::array
std::array<int, 5> myArray = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用范围 for 循环遍历数组
for (const auto& value : myArray) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 使用索引访问数组元素
std::cout << "Element at index 2: " << myArray.at(2) << std::endl;
// 获取数组的大小
std::cout << "Array size: " << myArray.size() << std::endl;
// 修改数组元素
myArray[3] = 10;
// 再次遍历数组以显示修改后的元素
for (const auto& value : myArray) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
#include <array>
int main() {
// 创建一个包含 5 个整数的 std::array
std::array<int, 5> myArray = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用范围 for 循环遍历数组
for (const auto& value : myArray) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 使用索引访问数组元素
std::cout << "Element at index 2: " << myArray.at(2) << std::endl;
// 获取数组的大小
std::cout << "Array size: " << myArray.size() << std::endl;
// 修改数组元素
myArray[3] = 10;
// 再次遍历数组以显示修改后的元素
for (const auto& value : myArray) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
输出结果:
1 2 3 4 5 Element at index 2: 3 Array size: 5 1 2 3 10 5
常用成员函数
以下是 <array> 中的一些常用成员函数:
| 函数 | 说明 |
|---|---|
at(size_t pos) |
返回指定位置的元素,带边界检查 |
operator[] |
返回指定位置的元素,不带边界检查 |
front() |
返回数组的第一个元素 |
back() |
返回数组的最后一个元素 |
data() |
返回指向数组数据的指针 |
size() |
返回数组大小(固定不变) |
fill(const T& value) |
将数组所有元素设置为指定值 |
swap(array& other) |
交换两个数组的内容 |
begin() / end() |
返回数组的起始/结束迭代器 |
实例
1、基本操作
实例
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
std::array<int, 5> arr = {10, 20, 30, 40, 50};
std::cout << "Array elements: ";
for (int i = 0; i < arr.size(); ++i) {
std::cout << arr[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 获取第一个和最后一个元素
std::cout << "First element: " << arr.front() << std::endl;
std::cout << "Last element: " << arr.back() << std::endl;
return 0;
}
#include <array>
int main() {
std::array<int, 5> arr = {10, 20, 30, 40, 50};
std::cout << "Array elements: ";
for (int i = 0; i < arr.size(); ++i) {
std::cout << arr[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 获取第一个和最后一个元素
std::cout << "First element: " << arr.front() << std::endl;
std::cout << "Last element: " << arr.back() << std::endl;
return 0;
}
使用 at 和边界检查
实例
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
try {
std::cout << arr.at(2) << std::endl; // 正常输出
std::cout << arr.at(5) << std::endl; // 超出范围,抛出异常
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "Exception: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
#include <array>
int main() {
std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
try {
std::cout << arr.at(2) << std::endl; // 正常输出
std::cout << arr.at(5) << std::endl; // 超出范围,抛出异常
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "Exception: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
3、使用 fill 填充元素
实例
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
std::array<int, 5> arr;
arr.fill(100); // 将所有元素设置为100
std::cout << "Filled array: ";
for (const auto& elem : arr) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
#include <array>
int main() {
std::array<int, 5> arr;
arr.fill(100); // 将所有元素设置为100
std::cout << "Filled array: ";
for (const auto& elem : arr) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
4、数组交换
实例
#include <iostream>
#include <array>
int main() {
std::array<int, 3> arr1 = {1, 2, 3};
std::array<int, 3> arr2 = {4, 5, 6};
arr1.swap(arr2);
std::cout << "Array 1: ";
for (const auto& elem : arr1) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::cout << "Array 2: ";
for (const auto& elem : arr2) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
#include <array>
int main() {
std::array<int, 3> arr1 = {1, 2, 3};
std::array<int, 3> arr2 = {4, 5, 6};
arr1.swap(arr2);
std::cout << "Array 1: ";
for (const auto& elem : arr1) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::cout << "Array 2: ";
for (const auto& elem : arr2) {
std::cout << elem << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
与其他数组类型对比
| 特性 | std::array | C 风格数组 | std::vector |
|---|---|---|---|
| 大小 | 编译时固定 | 编译时固定 | 动态可变 |
| 边界检查 | at() 提供边界检查 | 无 | at() 提供边界检查 |
| 内存管理 | 栈上分配 | 栈上分配 | 堆上分配 |
| 性能 | 高效 | 高效 | 较低(动态分配) |
| 接口 | 支持 STL 标准接口 | 不支持 STL 标准接口 | 支持 STL 标准接口 |
std::array 是 C++ 标准库中一个非常有用的容器,它提供了固定大小的数组,具有类型安全和内存管理的优势。通过上述示例,我们可以看到如何创建、访问和修改 std::array 的元素。对于需要固定大小数组的场景,std::array 是一个非常好的选择。