嵌套的 std::arrays 中的数据是否保证是连续的？答案

【问题标题】：Is the data in nested std::arrays guaranteed to be contiguous?嵌套的 std::arrays 中的数据是否保证是连续的？
【发布时间】：2012-04-03 11:53:04
【问题描述】：

std::array<std::array<T,N>, M> 中的数据是否保证是连续的？例如：

#include <array>
#include <cassert>

int main()
{
    enum {M=4, N=7};
    typedef std::array<char,N> Row;
    typedef std::array<Row, M> Matrix;
    Matrix a;
    a[1][0] = 42;
    const char* data = a[0].data();

    /* 8th element of 1D data array should be the same as
       1st element of second row. */
    assert(data[7] == 42);
}

断言是否保证成功？或者，换句话说，我可以依靠Row 的末尾没有填充吗？

编辑：为了清楚起见，对于这个例子，我希望整个矩阵的数据是连续的。

【问题讨论】：

即使存储是连续的，我相信您也会违反别名规则。请参阅我在很多个月前问过的这个问题（诚然，关于 C）：stackoverflow.com/questions/6290956/…。
Is the memory in std::array contiguous? 可能通过递归复制
@LightnessRacesinOrbit ：不，我不认为这是重复的。虽然单个std::array 中的数据是连续的，但这并不意味着嵌套std::arrays 中的整个数据集是连续的。或者至少对于像我这样的非语言律师来说并不明显。
@Emile：是的，确实如此。如果std::array 中的每个元素都是连续的，那么这意味着std::array<std::array<..>> 中的每个std::array 都直接与下一个元素相邻。而且，通过递归，每个“sub”-std::arrays 也是连续的。容器不会因为它是它自己的value_type 而突然而神奇地失去连续性（如果确实是容器的保证）。 [编辑：但是，这与最里面的Ts 不同，它们都彼此相邻。看来这就是你的意思，所以，很好：P]
@LightnessRacesinOrbit ：就像詹姆斯在他的回答中所说的那样，array<T> 的末尾不需要填充或额外的数据成员，尽管我承认体面的实现不会这样做一件事。

标签： c++ multidimensional-array c++11

【解决方案1】：

它们很可能是连续的。如果不是，编译器正在那里积极地与你作战。不能保证它不会插入填充，但几乎没有理由。

断言是否保证成功？

data[7] 是越界访问（未定义行为）。内部数组对象只有七个元素，因此索引 7 无效。

【讨论】：

嗯，你的回答似乎有点矛盾（或者我太密集了）。如果数据是连续的，data[7]不会指向第二行的第一个元素吗？
@Emile 认为“一维数据数组的第 8 个元素应该与第二行的第一个元素相同”的缺陷。忽略了该代码中没有数组有第 8 个元素。因此，无法保证 data[7] 会做什么。实际上，是的，我怀疑它会指向第二行的第一个元素，但与 UB 一样，你不能安全地依赖它。
好的，那我取“它们很可能是连续的”来表示每个内部数组中的数据是连续的。这是你的意思吗？
并且每个内部数组也是相互连续的。但是在索引时，您不能从一个交叉到另一个。这不是std::array 的事情。 int x[4][7]; int* xp = x; xp[7]; 也是如此。 “它们很可能是连续的”我的意思是没有理智的编译器会插入任何填充。
@Emile：为了清楚起见，回到你原来的问题：我不介意依赖没有填充（我不想支持像这样疯狂的东西的编译器那！），因为它实际上可以被测试：static_assert(sizeof(Matrix) == sizeof(char)*M*N, "nested std::arrays should have no padding");。我更厌倦了将索引作为一个大数组依赖，因为它无法测试（它现在可能工作并且通常会工作，但当优化器决定利用它进行优化时可能会失败）。

【解决方案2】：

不，在这种情况下不能保证连续性。

std::array 保证是一个聚合，并以这样一种方式指定，即用于存储的底层数组必须是该类型的第一个数据成员。

但是，没有要求 sizeof(array<T, N>) == sizeof(T) * N，也没有要求在对象末尾没有未命名的填充字节，或者 std::array 除了底层数组存储之外没有任何数据成员。（不过，包含额外数据成员的实现充其量是不寻常的。）

【讨论】：