没有布尔数组的类模板专业化？答案

【问题标题】：No class template specialization for array of bool?没有布尔数组的类模板专业化？
【发布时间】：2021-02-27 21:33:33
【问题描述】：

根据https://en.cppreference.com/，std::vector<bool> 有一个类模板特化，而std::array<bool, N> 没有。不提供的原因有哪些？

【问题讨论】：

因为std::bitset已经提供了这个。

标签： c++ stdvector template-specialization stdarray class-template

【解决方案1】：

当std::vector 被引入时，bool 的特化被认为是一个好主意。基本上，那个时候一般的电脑都有4MB内存，所以节省电脑内存是相当重要的。现在我们只说“内存很便宜”（引自 Bob 大叔）。

后来发现，这种专业化带来的问题多于其价值。

问题在于，与常规的老式 C 数组 bool a[] 相比，此类向量的其中一个元素的地址是一个复杂的对象（它必须存储有关哪个位保存哪个值的信息）。

由于必须保留兼容性，因此不能放弃此专业化，但基于该教训，相同的方法未应用于std::array。

另一个原因是std::array应该是一个C数组包装器，所以它必须尽可能与bool a[N]相似，并且在使用时必须产生相同的机器码。

最后一件事，正如 Cody Gray 在 a comment under question 中指出的那样，std::bitset 是一个恒定大小的位数组，因此这样的功能已经可用（并且可以在需要时使用）。

【讨论】：

优秀的答案，+1。但是，请不要对非代码文本使用代码格式：它会干扰其他浏览技术，例如为盲人设计的屏幕阅读器，从而降低网站的可访问性。

【解决方案2】：

这是一个关于 C++ 演变历史的问题。事后看来，一个可能的解释是：

std::vector<bool> 是个错误。 std::vector<bool> 与 std::vector<T> 非常不同，这是一个主要的烦恼。与vectors 一起使用的通用代码通常需要std::vector<bool> 的特殊情况。并且用户经常不得不应用奇怪的变通方法，例如使用std::vector<char> 代替std::vector<bool>。现在我们不能在不破坏大量现有代码的情况下返回。就我们现在所知，std::vector<bool> 可能永远不会进入 C++。

std::array 仅在 C++11 中添加。没有理由再犯同样的错误。

【讨论】：

【解决方案3】：

将std::vector 专门用于bool 的最初动机是优化内存使用。

但是这是一个坏主意，因为此专业化的行为与通常的 std::vector 不同（请参见下面的示例）。

这个错误后来没有用 C++11 的std::array 重现

#include <array>
#include <vector>

int main()
{
  std::vector<int> i_v(4);
  int i_a = *&i_v[3]; // ok

  std::vector<bool> v(4);
  bool a = *&v[3]; // Compile-time error

  std::array<bool,4> w;
  bool b = *&w[3]; // ok
}

【讨论】：

【解决方案4】：

std::vector<bool> 专业化早在 1994 年就引入了，根据 WG21/N0545 的 lib.vector.bool⁽¹⁾ [强调我的]：

23.1.6 类vector<bool> [lib.vector.bool]

为了优化空间分配，提供了bool 的特化：[...]

出于优化空间分配的动机，这是当时稀缺的资源。

回想起来，这被证明是一个非常糟糕的主意，并且随着计算机硬件可用空间的快速增长，最初的动机变得毫无意义。

std::array，另一方面，在 C++11 中被引入了很久，例如auto 类型推导，这种机制突出了 std::vector<bool> 专业化的另一个问题。在设计std::array 时，库规范编写者自然不会重复std::vector<bool> 的同样错误。

例如，下面的sn-p

#include <type_traits>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<bool> v{false, false, true, true};
    auto bool_value = v[1];
    static_assert(std::is_same_v<decltype(bool_value), bool>, "");  // Error!
}

失败并显示bool_value 不是bool 类型，而是神秘类型（实现定义）的错误消息

error: static_assert failed due to requirement
'std::is_same_v<
    std::__1::__bit_reference<
        std::__1::vector<bool, std::__1::allocator<bool>>, true>, 
    bool>' ""

_{(1) 信息系统拟议国际标准草案工作文件——编程语言 C++。}

【讨论】：