c++怎么使用std::array静态数组_c++ 封装原生数组与越界检查【技巧】

std::array是栈上布局的原生数组封装，内存布局与T[N]一致，零运行时开销；提供vector风格接口但无指针退化问题；operator[]和data()[i]不越界检查，at()才检查并抛异常。

std::array 本质就是封装好的原生数组

std::array 不是动态分配的容器，它在栈上直接布局，内存布局和 T[N] 完全一致。编译器能把它优化成纯原生数组访问，零运行时开销。但它又提供了 std::vector 那样的接口（size()、data()、范围 for），还能避免裸数组退化为指针的坑。

越界检查只在 at() 成员函数中启用

默认下 operator[] 和 data()[i] 都不做边界检查 —— 这是为了保持和原生数组一样的性能。真要检查，必须显式调用 at()，它会在越界时抛出 std::out_of_range 异常。

• arr[5]：不检查，越界行为未定义（可能读到垃圾值或崩溃）
• arr.at(5)：检查索引，越界则抛 std::out_of_range
• arr.front() / arr.back()：也不检查，空数组时行为未定义

std::array a = {1, 2, 3};
// 安全（编译期已知大小）
for (size_t i = 0; i < a.size(); ++i) {
    std::cout << a[i] << " "; // 无检查，快
}
// 更安全（运行时兜底）
try {
    std::cout << a.at(5); // 抛异常：basic_string::at: __n (which is 5) >= this->size() (which is 3)
} catch (const std::out_of_range& e) {
    std::cerr << e.what() << "\n";
}

初始化和模板参数必须显式指定大小

std::array 是模板类，第二个模板参数是编译期常量尺寸，不能推导。你不能写 std::array{1,2,3}（C++20 聚合推导不支持 std::array），也不能省略大小。

• ✅ 正确：std::array a = {1, 2, 3};
• ✅ 正确：std::array a = std::array{1, 2, 3};（C++17 后可省略类型，但尺寸仍需显式）
• ❌ 错误：std::array a = {1, 2, 3};（缺少尺寸）
• ❌ 错误：auto a = {1, 2, 3};（这是 std::initializer_list，不是 std::array）

传参时别忘了用引用，否则复制整个数组

std::array 是值语义类型，按值传递会复制全部元素。对大数组（比如 std::array）来说，这很昂贵。传参务必用 const 引用。

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• ❌ 慢：void foo(std::array a)
• ✅ 快：void foo(const std::array& a)
• ✅ 通用：template void foo(const std::array& a)

真正容易被忽略的是：即使你用了 at()，它的检查也只发生在运行时；而编译期越界（比如 std::array::at(10) 这种字面量索引）无法被编译器捕获 —— 因为 at() 是函数调用，不是 constexpr 检查。想静态断言，得自己加 static_assert(i 或用 std::get（但索引必须是编译期常量）。