C++STL---静态数组array
1. std::array 定义
std::array 是 C++11 标准模板库（STL）提供的一个固定大小数组容器，定义在 <array> 头文件中。
它把 C 风格的静态数组（如 int arr[5]）封装成一个类模板，并提供 STL 容器的接口，使其能和 STL 算法无缝配合。
定义格式：
#include <array>
std::array<T, N> arr;
T：元素类型N：数组大小，必须是编译期常量（constexpr）
例子：
std::array<int, 5> a1; // 5个int，值未初始化
std::array<int, 5> a2 = {1,2,3}; // 前3个初始化，剩余为0
std::array<int, 5> a3{}; // 所有元素值初始化（为0）
2. std::array优势
C 风格数组有几个明显的缺点：
- 容易退化（decay）成指针，丢失尺寸信息
void func(int arr[]) {// 这里 arr 是 int*，sizeof(arr) 不是数组大小 } - 不支持迭代器，不能直接用 STL 算法
- 没有成员函数，需要依赖全局函数（
std::begin,std::end等）
std::array 保留了 C 风格数组固定大小、栈上分配的优点，同时解决了上述缺点，提供：
- 随机访问迭代器
- 成员函数接口（
size(),empty(),front(),back(),data()等） - 支持 STL 算法
- 值语义（可以整体赋值、按值传递）
3. 特性总结
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 固定大小 | 大小在编译期确定，不能动态增加或减少 |
| 连续内存 | 底层是连续内存布局，支持指针运算 |
| 栈上存储 | 元素存储在栈上（如果 std::array 本身在栈上） |
| 随机访问 | 支持下标 [] 和 at()，时间复杂度 O(1) |
| 可复制 | 支持直接赋值、拷贝构造 |
| 可比较 | 支持 ==, !=, <, >, <=, >= 运算符（按字典序） |
| STL 兼容 | 提供迭代器、begin()/end()、rbegin()/rend() |
4. 成员类型
std::array 支持的常见类型别名：
std::array<int, 5>::value_type; // int
std::array<int, 5>::size_type; // size_t
std::array<int, 5>::reference; // int&
std::array<int, 5>::const_reference; // const int&
std::array<int, 5>::iterator; // 随机访问迭代器
std::array<int, 5>::reverse_iterator;// 反向迭代器
5. 成员函数与常用操作
5.1 构造与赋值
std::array<int, 3> a1{1, 2, 3};
std::array<int, 3> a2 = a1; // 拷贝构造
std::array<int, 3> a3;
a3 = a1; // 赋值
5.2 元素访问
std::array<int, 5> arr = {1,2,3,4,5};
int x = arr[2]; // 下标访问，无越界检查
int y = arr.at(2); // 带越界检查，抛出 std::out_of_range
int f = arr.front(); // 第一个元素
int b = arr.back(); // 最后一个元素
int* p = arr.data(); // 返回指向底层数组的指针
5.3 迭代器
for (auto it = arr.begin(); it != arr.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}
// C++11 range-based for
for (int x : arr) {std::cout << x << " ";
}
// 反向迭代
for (auto it = arr.rbegin(); it != arr.rend(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}
5.4 容量相关
std::array<int, 5> arr;
std::cout << arr.size(); // 5
std::cout << arr.max_size();// 5（固定大小）
std::cout << arr.empty(); // false（大小为0才返回true）
5.5 修改操作
arr.fill(42); // 所有元素设为42
std::array<int, 5> arr2{1,2,3,4,5};
arr.swap(arr2); // 交换两个array的内容（必须同类型同大小）
6. 与 STL 算法配合
std::array 是 STL 容器，可直接用 <algorithm> 中的算法：
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <array>int main() {std::array<int, 5> arr = {3,1,4,1,5};// 排序std::sort(arr.begin(), arr.end());for (int x : arr) std::cout << x << " "; // 1 1 3 4 5std::cout << "\n";// 查找auto it = std::find(arr.begin(), arr.end(), 3);if (it != arr.end()) {std::cout << "找到3在位置：" << (it - arr.begin()) << "\n";}
}
7. 与其他数组类型对比
| 特性 | C 风格数组 | std::array | std::vector |
|---|---|---|---|
| 大小 | 编译期固定 | 编译期固定 | 运行期可变 |
| 存储位置 | 栈或静态区 | 栈（若对象在栈上） | 堆 |
| 赋值 | 不能直接整体赋值 | 可以整体赋值 | 可以整体赋值 |
| 退化 | 会退化成指针 | 不会退化 | 不会退化 |
| STL 兼容 | 否（需借助 std::begin） | 是 | 是 |
| 内存开销 | 零额外开销 | 零额外开销 | 有控制结构开销 |
8. 优缺点
优点
- 零额外开销：和原生数组一样高效
- 类型安全：不会隐式退化成指针
- STL 兼容：支持迭代器和 STL 算法
- 值语义：可直接赋值、按值传递
- 支持结构化绑定（C++17）：
std::array<int, 3> arr{1,2,3}; auto [x, y, z] = arr; // x=1, y=2, z=3
缺点
- 大小固定：不能动态扩容
- 大小必须是编译期常量
- 存储在栈上：如果过大，可能导致栈溢出
数组选择建议
- 需要固定大小、性能敏感且在栈上分配时，优先用
std::array - 需要动态大小时，用
std::vector - 与 C API 交互时，用
.data()获取底层指针 - 需要编译期常量数据容器时，
std::array很合适（可配合constexpr）