为啥 std::vector<bool> 没有 .data()？

Posted 2023-03-12

【中文标题】为啥 std::vector<bool> 没有 .data()？

【英文标题】：Why does std::vector<bool> have no .data()?为什么 std::vector<bool> 没有 .data()？

【发布时间】：2018-02-17 07:58:40

【问题描述】：

std::vector<bool> 的特化，在 C++11 23.3.7/1 中指定，不声明 data() 成员（例如提到 here 和 here）。

问题是：为什么std::vector<bool> 没有.data()？这与为什么bools 的向量没有连续存储在内存中是同一个问题。不这样做有什么好处？

为什么不能返回指向bools 数组的指针？

【问题讨论】：

vector<bool> 允许通过将多个布尔值打包在一个字节中来进行空间优化。 data() 将取消该好处。

好处是您使用的内存减少了 8 倍。缺点是你会破坏人们的期望。或多或少的结论是弊大于利。

std::vector<bool> 有点像邀请你的婆婆和你住在一起。这在当时似乎是个好主意，但你最终会后悔整个想法。幸运的是，我只能将这些违规行为之一归功于自己。

@Bathsheba 您设计并实现了 std::vector ？你应该感到羞耻，我要向你岳母举报你。

【参考方案1】：

为什么 std::vector 没有 .data()？

因为std::vector<bool> 在 1 个字节中存储了多个值。

把它想象成一个压缩存储系统，其中每个布尔值都需要 1 位。因此，不是每个内存块有一个元素（每个数组单元一个元素），内存布局可能如下所示：

假设你想索引一个块来获取一个值，你将如何使用运算符[]？它不能返回bool&（因为它将返回一个字节，其中存储了多个bools），因此您不能为其分配bool*。换句话说，bool *bool_ptr =&v[0]; 是不是有效的代码，会导致编译错误。

此外，正确的实现可能没有那种专业化并且不进行内存优化（压缩）。所以data() 必须根据实现复制到预期的返回类型（或者标准应该强制优化而不是仅仅允许它）。

为什么不能返回指向布尔数组的指针？

因为std::vector<bool>不存储为布尔数组，因此不能以直接的方式返回指针。它可以通过将数据复制到一个数组并返回该数组来做到这一点，但不这样做是一种设计选择（如果他们这样做了，我认为这对所有容器都是data()，这会产生误导） .

不这样做有什么好处？

内存优化。

通常会减少 8 倍的内存使用量，因为它将多个位存储在一个字节中。准确地说，是CHAR_BIT 的倍数。

【讨论】：

顺便说一句，正确的实现可能没有那种专业化并且不进行内存优化。所以data() 必须根据实现复制到预期的返回类型。 （或者标准应该强制优化而不是仅仅允许它）。

我没关系。顺便说一句，"布局看起来像这样：" -> 可能看起来像。因为它是特定于实现的（特别是“endianess”）

@Bathsheba：我认为标准不能保证最大包装。无论 CHAR_BIT 是什么，它都允许每字节打包 8 位。