如何从 std::array<T, N>::pointer 成员/依赖类型中推断出数组大小？答案

【问题标题】：How to deduce array size out of std::array<T, N>::pointer member/dependent type?如何从 std::array<T, N>::pointer 成员/依赖类型中推断出数组大小？
【发布时间】：2016-04-16 00:31:11
【问题描述】：

我的目标是为strcpy 编写安全替换，以防在编译期间知道目标缓冲区大小的情况，并且我希望推断缓冲区大小，因此用户不需要知道它。例如：

char xs[2] = { 0 };
strcpy(xs, "abc"); // buffer overflow!
printf("[%s]\n", xs);

输出将（希望）是：

[abc]

对于简单的情况，当传递C风格的数组时，可以毫不费力地写出来：

template<size_t N>
char * safe_strcpy(char (& dst)[N], const char * src) noexcept {
    std::snprintf(dst, N, "%s", src);
    return & dst[0];
}

推导出数组的大小，snprintf 负责放置终止空字节，瞧。

我也可以让它适应 std::array：

template<size_t N>
typename std::array<char, N>::pointer
safe_strcpy(std::array<char, N> & dst, const char * src) noexcept {
    std::snprintf(dst.data(), N, "%s", src);
    return dst.data();
}

但这个版本并不是真正的替代品：

std::array<char, 2> ys = {};
strcpy(ys.data(), "abc"); // overflow!
safe_strcpy(ys, "abc");   // ok, but I needed to remove .data()

我希望以下情况正常工作：

safe_strcpy(ys.data(), "abc"); // "a" should appear in buffer

ys.data() 的依赖类型是 std::array<char, 2u>::pointer {aka char*}，所以我认为应该可以从中推断出数组大小，但我不知道如何：/

当我尝试这样的事情时：

template<size_t N>
typename std::array<char, N>::pointer
safe_strcpy(typename std::array<char, N>::pointer & dst, const char * src) {
    // etc...
}

编译失败并出现错误：

error: no matching function for call to ‘safe_strcpy(std::array<char, 2u>::pointer, const char [4])’
safe_strcpy(ys.data(), "abc");
                            ^
(...)
note:   template argument deduction/substitution failed:
note:   couldn't deduce template parameter ‘N’

我尝试使用 gcc 5.1.1 和 clang 3.5.0，两者的错误基本相同。是否可以从 C++ 中的依赖类型中推断出类型？

[编辑] 对所有善良的人说，我应该使用 std::string - 你错过了这里的重点。我可以用任何 STL 容器和::iterator 而不是::pointer 写同样的问题。

【问题讨论】：

不可能，抱歉。
认真的吗？但是编译器知道这种类型（它甚至在错误消息中打印它......）。
编译器知道您编写调用时的类型，但它不知道函数内的类型。额外的信息只是用于调试 - .data() is char*。编译器错误消息是“这个 char* 来自这个类型表达式”，但这不是类型的名称。
从char*，你不可能推断出是std::array<char,2>::pointer还是std::array<char,3>::pointer。但是，您可以想象创建一个sized_pointer：coliru.stacked-crooked.com/a/44c24a8463b6673b
@PatrykObara，你为什么不做一个没有.data() 部分的std::array 的重载？然后你就可以推断出大小了。

标签： c++ arrays c++11 c++14

【解决方案1】：

命名空间std 中template<class T> array 的data() 成员 - 根据 C++11 标准 - 声明如下

T * data() noexcept;
const T * data() const noexcept;

但不是这样：

pointer data() noexcept;
const_pointer data() const noexcept;

即使它是使用 typedef 声明的，也没有区别。考虑您的示例代码：

std::array<char, 2> ys = {}; // 1
strcpy(ys.data(), "abc"); // 2
safe_strcpy(ys, "abc"); // 3

// 1

编译器实例化std::array<char, 2>。这使得 typedef pointer = char* 并编译（如果曾经使用过）具有以下签名的虚构成员 pointer data()：

char* data();

typedef 被替换是因为 typedef 和别名是程序员的语法糖，而不是编译器。编译器知道这是char* 所以它就在那里。

// 2

您使用（作为您的第一个参数）具有签名char*(void) 的函数调用模板。（同样std::array<char,2>::pointer 不是它自己的类型，而是char*）。因此，调用是void(char*, char const*)，这就是编译器试图从中推断出模板的内容。而且这个调用没有显示任何关于数组大小的信息，甚至不知道指针最初来自数组的事实。

// 3

你的电话来了

void(std::array<char, 2> &, char const *);

如果需要，编译器可以推断大小甚至字符类型。

【讨论】：

好的，在这种情况下你是对的，但（2）只是部分答案；即使std::array<T,N>::pointer 是真实类型（std::array<T,N> 中的子类，而不仅仅是 typedef） - 匹配仍然会失败（错误完全相同）。那是因为 C++ 标准 (14.8.2.4/4) 说，::<type> 之前的所有内容都是“非推导的”，编译器甚至不会尝试匹配它。我再次对 C++ 感到失望 :(
@PatrykObara：对于std::array，它不仅是部分的，而且你是对的，即使在std::array<T, N>::type 之后的类类型的情况下N 也是不可演绎的。

【解决方案2】：

您遇到的问题是std::array<char, N>::pointer 是char* 对于所有N，所以当您调用ys.data() 时，您将char* 传递给函数并且有无限N 都匹配。这编译器会因为模棱两可而失败。我查看了array，但找不到任何方法来创建您正在寻找的替代品。

但是由于您正在编写 C++，您可以通过使用 std::string 而不是尝试处理 C 字符串来解决问题。

【讨论】：

【解决方案3】：

正如其他人所说，std::array 中没有指针成员具有有关大小的信息，特别是 pointer 没有该信息。

一个非常不可移植的替代方法是在 GNU C++ 中使用 ._M_elems 而不是 .pointer。

int main(){
  std::array<double, 10> arr;
  assert( std::extent<decltype(arr._M_elems)>() == arr.size() );
}

std::array 应该有标准的carray 和carray_type 成员吗？也许是的。虽然这个变量在指针中很容易衰减，所以它不会很有用。

【讨论】：