我需要 C++ 数组类模板，它是固定大小、基于堆栈且不需要默认构造函数

Posted 2023-02-21

【中文标题】我需要 C++ 数组类模板，它是固定大小、基于堆栈且不需要默认构造函数

【英文标题】：I need C++ array class template, which is fixed-size, stack-based and doesn't require default constructor

【发布时间】：2010-10-06 14:35:16

【问题描述】：

所以，我一直在研究 boost::array 但它确实需要定义默认构造函数。 我认为用数据填充这个数组的最好方法是通过 push_back(const T&) 方法。调用它的次数超过 SIZE（在编译时已知）会导致断言或异常，具体取决于构建配置。这样，它将始终包含有意义的数据。 有谁知道这个概念的高效、便携、可靠的实现？

【问题讨论】：

push_back 与“固定大小”相矛盾。我想我知道你的意思，它的大小有一个固定的上限，而且一旦你填充了它，你就不会改变大小。我不知道它的实现。

“不需要默认构造函数”是什么意思？

char array[5] 是固定大小的，可以模板化，并且是基于堆栈的。奖励：它甚至可以在C 中使用。 :D

@Steve：我认为他的真正意思是他想要一个“固定容量”。

@user467799：猜boost::array<T*> 不满足你？

【参考方案1】：

好吧，我以为现在有人会带来答案，但似乎没有，所以我们走吧。

你想要的是我自己梦寐以求的东西：boost::optional_array<T,N>。

有两种变体：

首先：类似于boost::array< boost::optional<T>, N >，即每个元素都可以设置也可以不设置。 第二个：类似于std::vector<T>（不知何故），即所有开始元素均已设置，而所有后续元素均未设置。

鉴于之前的问题/cmets，您似乎想要第二个，但这并不重要，因为两者非常相似。

template <typename T, size_t N>
class stack_vector

public:
  bool empty() const  return mSize == 0; 
  size_t size() const  return mSize; 
  size_t capacity() const  return N; 
  size_t max_size() const  return N; 

  T& operator[](size_t i)  return *(this->pfront() + i); 
  /// ...

private:
  T* pfront() const  return reinterpret_cast<T*>(&mStorage); 

  std::aligned_storage< N * sizeof(T), alignof(T) > mStorage;
  size_t mSize; // indicate how many elements are set, from the beginning
;

让我们专注于那些非常特殊的操作：

template <typename T, size_t N>
void push_back(T const& t)

  new (this->pfront() + mSize) T(t); // in place construction
  ++mSize;


template <typename T, size_t N>
void clear()

  for (size_t i = 0; i != mSize; ++i)
  
    (this->pfront() + i)->~T();
  
  mSize = 0;

如您所见，主要的困难是要记住：

如果那里还没有构建任何元素，则需要放置 new + 复制构造而不是赋值。 应该正确处理“过时”的元素（即在最后一个元素之后）（即调用它们的析构函数）。

传统 STL 容器上有许多操作可能难以实现。在vector 上，元素改组（由于insert 或erase）可能是最引人注目的例子。

另请注意，使用 C++0x 和初始化列表 vector 获得 emplace_back 直接在适当位置构造元素，从而提升 CopyConstructible 要求，这可能是一个不错的好处，具体取决于您的情况。

【讨论】：

我将其标记为已回答，但我真的无法确定这种方法是否存在任何潜在问题（除了明显的 std::aligned_storage 可能尚不被所有编译器支持） .

【参考方案2】：

boost::array<T, 12> ta; 与T[12] ta; 没有区别；如果你不使用初始化列表，那么元素将被默认构造。

常见的解决方法是boost::array<T*, 12> ta; 或boost::array<unique_ptr<T>, 12> ta;。

按值存储的唯一方法是复制，没有办法……这就是初始化列表的作用：

struct A 
    A(int i):_i(i) cout << "A(int)" << endl; 
    A(const A& a) cout << "A(const A&)" << endl; 
    ~A() cout << "~A()" << endl; 

    int _i;
;

int main()
    boost::array<A, 2> ta = 1, 2;

这个输出：

A(int)
A(const A&)
A(int)
A(const A&)
~A()
~A()
~A()
~A()

http://codepad.org/vJgeQWk5

【讨论】：

不，这不符合我的需求。我想按值而不是按地址将几个小对象存储在小数组中。

在某些情况下使用初始化列表可能很麻烦。您可以通过在一个地方更改编译时常量来轻松更改数组大小，但可能您必须在许多其他地方更改初始值设定项列表。

我并不是说它不会很麻烦，我只是说这是做你想做的事情的唯一方法（除非另一个答案中推荐的 opaque type hack）。

【参考方案3】：

可以在你的 boost::array 中存储一个 boost::variant？将第一个参数设置为 int 或其他东西..

即

boost::array<boost::variant<int, foo>, 6> bar;

好的，你必须处理一个变体，但它是堆栈分配的......

【讨论】：

这是一个解决方案，但远非最佳。我猜 boost::optional 类证明了我想要的东西是可行的 - 可能 boost::optional 实现可以扩展到数组。

直到现在才意识到这一点，只是阅读它......整洁！ thx 的指针。比上面的更干净...

@user467799：当然，这是可行的。但是您可能必须自己编写这样的课程。注意对齐问题。

【参考方案4】：

在 C++0x 中，你得到了 std::array<type, size>（可能与 boost::array 相同）。可以使用fill()或std::fill_n()初始化数组数据：

std::array<int, 30> array;
array.fill(0);
boost::array<int, 30> barray;
std::fill_n(barray.begin(), 30, 0);

如果您想在定义时对其进行默认初始化，您可以使用 copy-ctor：

static std::array<int, 30> const nullarray = 0, 0, 0, ..., 0; // nullarray.fill(0);
// (...)
std::array<int, 30> arraynullarray;

【讨论】：

如果您使用用户定义的类型而不是 int，那么所有 30 都将被默认构造（使用 fill 时），这是 OP 不想要的。

@joshperry: 哦，这就是doesn't require default constructor 的意思...使用 sfinae 进行 default-ctor-check

【参考方案5】：

为什么它必须驻留在堆栈中？您是否有经验证据表明创建和reservevector 太慢（使用vector 似乎是显而易见的答案）？

即使是这样，您也可以创建一个具有保留空间的向量池，并将 swap 预分配的向量之一创建到本地副本中。当你用完本地的后，再把它换回来（很像lists 的splice 技巧）。

【讨论】：

我没有投反对票，但在我看来，这将是一个很好的评论候选人。