在课程《容器与数组简介》中，我们概述了容器与数组的概念，总结如下：
- 容器为**无名对象（元素）**的集合提供存储空间。
- 数组在内存中连续存储元素，可通过下标实现快速、直接的随机访问。
- C++ 常用的三种数组类型：
std::vector、std::array和 C 风格数组。
在课程《std::vector 的重新调整大小与容量》中，我们指出数组分为两类：
- 固定长度数组（fixed-size arrays）：长度在实例化时必须已知且不可更改；C 风格数组与
std::array均属此类。 - 动态数组（dynamic arrays）：运行期可调整长度；
std::vector即动态数组。
上一章我们重点讲解了 std::vector：它速度快、易用且功能丰富，因此成为需要数组容器时的首选。
为何不一律使用动态数组？
动态数组功能强大，但也伴随权衡：
- 性能略逊于固定长度数组（大量非故意重分配时才易察觉）。
std::vector对constexpr支持极为有限。
现代 C++ 中，第二点尤为关键：constexpr 数组能让代码更健壮、编译器优化更彻底。凡能用 constexpr 数组之处，皆应使用——此时 std::array 便是首选容器。
最佳实践
- 需要
constexpr数组 → 使用std::array - 非
constexpr场景 → 使用std::vector
定义 std::array
std::array 定义于 <array> 头文件，接口设计接近 std::vector，但声明方式不同：
#include <array> // std::array
#include <vector> // std::vector
int main()
{
std::array<int, 5> a{}; // 长度 5 的 int 数组
std::vector<int> b(5); // 长度 5 的 int 向量（对比）
}
模板参数说明：
- 第 1 个实参：元素类型
- 第 2 个实参：长度（非类型模板实参）
相关内容：非类型模板参数见课程《非类型模板参数》。
长度必须是常量表达式
与运行时可变长的 std::vector 不同，std::array 长度必须是编译期常量：
#include <array>
int main()
{
std::array<int, 7> a{}; // 字面量常量
constexpr int len{8};
std::array<int, len> b{}; // constexpr 变量
enum Colors { red, green, blue, max_colors };
std::array<int, max_colors> c{}; // 枚举器
#define DAYS_PER_WEEK 7
std::array<int, DAYS_PER_WEEK> d{}; // 宏（不推荐，推荐改用 constexpr）
}
不允许使用运行时值或非 constexpr 变量：
#include <array>
#include <iostream>
void foo(const int length) // 运行时常量
{
std::array<int, length> e{}; // 错误：length 不是常量表达式
}
int main()
{
int n{};
std::cin >> n;
std::array<int, n> f{}; // 错误：n 非常量
}
零长度 std::array
允许定义长度 0：
#include <array>
#include <iostream>
int main()
{
std::array<int, 0> arr{};
std::cout << arr.empty(); // 输出 1（true）
}
零长度 std::array 无数据成员，访问元素（含 operator[]）将导致未定义行为；可用 empty() 检测。
聚合初始化
std::array 是聚合体（aggregate），无构造函数，使用聚合初始化：
#include <array>
int main()
{
std::array<int, 6> fib{ 0, 1, 1, 2, 3, 5 }; // 拷贝列表初始化
std::array<int, 5> prime{ 2, 3, 5, 7, 11 }; // 列表初始化（推荐）
return 0;
}
初始化规则：
- 未提供初始化器时，元素默认初始化（
int等内置类型会未初始化）。 - 推荐值初始化（空花括号
{}）以保证零初始化：
std::array<int, 5> a{}; // 所有元素零初始化（推荐）
- 初始化器数量超过长度 → 编译错误。
- 不足时，剩余元素值初始化：
std::array<int, 4> b{1, 2}; // b[2]=0, b[3]=0
const 与 constexpr
std::array 可声明为 const：
const std::array<int, 5> prime{ 2, 3, 5, 7, 11 };
整体为 const，元素隐式为 const。
完全支持 constexpr，这是使用 std::array 的核心原因：
constexpr std::array<int, 5> prime{ 2, 3, 5, 7, 11 };
最佳实践
尽可能将 std::array 设为 constexpr；若无法 constexpr，考虑 std::vector。
C++17 CTAD（类模板实参推导）
C++17 起可用 CTAD 自动推导元素类型与长度：
constexpr std::array a1{ 9, 7, 5, 3, 1 }; // 推导为 std::array<int, 5>
constexpr std::array a2{ 9.7, 7.31 }; // 推导为 std::array<double, 2>
若编译器不支持 C++17，需显式提供模板实参。
部分模板实参省略
CTAD 不支持“只省略长度”或“只省略类型”。C++20 起可用 std::to_array：
#include <array>
constexpr auto arr1 = std::to_array<int, 5>({ 9, 7, 5, 3, 1 });
constexpr auto arr2 = std::to_array<int>({ 9, 7, 5, 3, 1 }); // 推导长度
constexpr auto arr3 = std::to_array({ 9, 7, 5, 3, 1 }); // 推导类型与长度
std::to_array 会产生临时对象并拷贝，开销较大；仅在无法从初始化器推导类型时使用。
通过下标访问元素
与 std::vector 一样，使用 operator[]：
#include <array>
#include <iostream>
int main()
{
constexpr std::array<int, 5> prime{ 2, 3, 5, 7, 11 };
std::cout << prime[3]; // 输出 7
std::cout << prime[9]; // 未定义行为
}
operator[] 不检查越界。后续课程将介绍其他索引方式。
小测验
问题 1
std::array 使用何种初始化方式？
[显示解答]
问题 2
定义一个 std::array，存储全年每天的高温（精确到 0.1 度）。
[显示解答]
问题 3
用 std::array 初始化字符 'h','e','l','l','o'，并打印下标 1 的元素。
[显示解答]
