[原创](Modern C++)现代C++的关键性概念: array＜＞比内置数组更安全

[作者]

常用网名: 猪头三

出生日期: 1981.XX.XX

企鹅交流: 643439947

个人网站: 80x86汇编小站

编程生涯: 2001年~至今[共24年]

职业生涯: 22年

开发语言: C/C++、80x86ASM、Object Pascal、Objective-C、C#、R、Python、PHP、Perl、

开发工具: Visual Studio、Delphi、XCode、C++ Builder、Eclipse

技能种类: 逆向驱动磁盘文件大数据分析

涉及领域: Windows应用软件安全/Windows系统内核安全/Windows系统磁盘数据安全/macOS应用软件安全

项目经历: 股票模型量化/磁盘性能优化/文件系统数据恢复/文件信息采集/敏感文件监测跟踪/网络安全检测

专注研究: 机器学习、股票模型量化、金融分析

[序言]

在C++编程中, 数组作为一种基础数据结构, 广泛应用于各种场景. 然而, 传统的内置数组(即 C 风格数组)虽然简单高效, 却在易用性和安全性上存在不少缺陷. 例如, 内置数组缺乏直接获取元素数量的方法, 容易发生越界访问, 且在指针操作中容易引发混淆. 为了解决这些问题, 现代C++引入了std::array<>模板类. std::array<>不仅保留了内置数组的高性能优势, 还通过封装和接口设计提供了更高的安全性和便利性.

代码演示

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm>
#include <io.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    _setmode(_fileno(stdout), _O_WTEXT); // 设置输出模式为宽字符，适用于中文环境

    std::array<int, 5> array_Int{1, 2, 3, 4, 5}; // 使用std::array定义数组
    int array_OldStyle_Int[5]{1, 2, 3, 4, 5};    // 使用传统内置数组定义

    // 获取大小
    int int_Size = sizeof(array_OldStyle_Int); // sizeof返回字节数
    int_Size = array_Int.size();               // size()返回元素数量

    // 获取指针
    int* pint_OldStyle = array_OldStyle_Int;   // 内置数组名即为指针，隐式转换
    pint_OldStyle = array_Int.data();          // std::array需显式调用data()获取指针

    // 查找元素
    auto int_Found = std::find(array_Int.cbegin(), array_Int.cend(), 3); // 使用STL算法查找

    std::cin.get(); // 暂停程序以查看输出
    return 0;
}

[代码说明]

下面将对代码中的关键部分进行详细说明, 突出std::array<>相比内置数组的优势:

获取大小

内置数组: sizeof(array_OldStyle_Int)返回的是数组占用的总字节数, 例如在这个例子中是 5 * sizeof(int). 若要计算元素数量, 需手动除以单个元素的大小 (如 sizeof(int)), 这种方式繁琐且容易出错.

std::array<>: 通过size()成员函数直接返回数组的元素数量(这里是 5), 无需额外计算, 使用更直观且不易出错.

获取指针

内置数组: array_OldStyle_Int在需要指针的场景下会隐式转换为指向首元素的指针. 虽然方便, 但这种双重身份(既是数组名又是指针)容易导致代码理解上的混淆, 尤其在复杂操作中可能埋下隐患.

std::array<>: 需要通过data()成员函数显式获取指向底层数据的指针. 这种显式性增强了代码的可读性, 避免了隐式转换带来的潜在风险.

查找元素

内置数组: 若要查找特定元素(如 3), 需要手动编写循环, 或者搭配std::find时需自行计算起始和结束位置(如 array_OldStyle_Int 和 array_OldStyle_Int + 5). 这种方式增加了代码复杂度, 且容易因边界计算错误导致问题.

std::array<>: 提供了cbegin()和cend()成员函数, 返回指向数组开头和结尾的常量迭代器, 可以直接与STL算法(如 std::find) 无缝配合. 这种设计简化了代码, 提高了效率和安全性.

[总结]

std::array<>相较于传统内置数组的核心优势: 更高的易用性, 更高的安全性, 与 STL 的良好兼容性, std::array<>在保留内置数组性能优势的同时, 通过现代化的设计弥补了其缺陷. 在现代C++编程中, 推荐优先使用std::array<>替代传统的内置数组, 以提升代码的安全性, 可读性和可维护性.