array<> 不能简单地在内部交换指针答案

【问题标题】：array<> can’t simply swap pointers internallyarray<> 不能简单地在内部交换指针
【发布时间】：2014-08-22 08:17:54
【问题描述】：

对于用TR1引入STL的容器数组，我下面有个问题。

在《C++ 标准库 A Tutorial and Reference》一书的第 263 页：

但是请注意，数组不能简单地在内部交换指针。出于这个原因，swap() 具有线性复杂性，并且迭代器和引用不会与其元素交换容器。

我想知道为什么 array 不能考虑交换指针的恒定开销？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

您可能陷入了“C[++] 数组只是指针”的谬论。 不，它们不是。在某些情况下（主要是函数调用），数组衰减为指针。更正式地说，存在从数组到指向其第一个成员的指针的隐式转换。

但它们是完全不同的东西。指针是一个地址 - 通常为 4 或 8 个字节，具体取决于硬件。数组是一个接一个的对象序列。 sizeof 可以区分：

int main()
{
  int arr[5];
  int *p = arr;  // decay/implicit conversion happening here
  std::cout << sizeof arr << ':' << sizeof p;
}

这将在典型的 32 位 PC 上输出 20:4。

如您所见，交换指针很快，但交换真正的数组却不是 - 您确实必须交换单个元素，因此需要的时间与元素数量成线性关系。 请注意，std::array 确实是一个数组的包装器。

一个不幸的 C 和 C++ 语法决定使混淆变得更糟——在函数参数类型上，可以使用数组语法，但“衰减”是在类型本身上执行的。这意味着这样的功能：

void foo(int a[]);
void bar(char b[40]);

实际上并不采用数组，它们采用指针。这些函数声明与这些完全相同：

void foo(int *a);
void bar(char *b);

如此之多，以至于您实际上可以将一个用作另一个的前向声明：

#include <iostream>

void foo(int a[40]);

int main()
{
    int x = 42;
    foo(&x);
}

void foo(int *a)
{
    std::cout << a[0] << std::endl;
}

【讨论】：

【解决方案2】：

std::array 是一个模板类，它封装了一个static 数组，存储在对象本身内部，这意味着，如果您在堆栈上实例化该类，则静态数组将在堆栈上。 它的大小必须在编译时知道。因此它不能用指针来实现（即，必须在运行时分配的动态内存）。

因此，std::array 的可能实现是：

template<class _Ty, size_t _Size>
class array {
  //...
  _Ty _Elems[_Size == 0 ? 1 : _Size];
};

如您所见，没有涉及指针，而是具体数组。

您不能交换具体数组。因此，将一个数组的内容与另一个数组的元素逐个元素交换需要线性时间。

【讨论】：