std::array 位是否与旧的 C 数组兼容？

Question

std::array<T,N> v 和 T u[N] 的底层位表示是否相同？

换句话说，将N*sizeof(T) 字节从一个字节复制到另一个字节是否安全？ （通过reinterpret_cast 或memcpy。）

编辑：

为了澄清，重点是相同的位表示和reinterpret_cast。

例如，假设我在一些可复制的类型T 上拥有这两个类，对于一些N：

struct VecNew {
    std::array<T,N> v;
};

struct VecOld {
    T v[N];
};

还有遗留功能

T foo(const VecOld& x);

如果表示相同，那么这个调用是安全的并且避免了复制：

VecNew x;
foo(reinterpret_cast<const VecOld&>(x));

Answer 1

这并不能直接回答你的问题，但你应该简单地使用std::copy：

T c[N];
std::array<T, N> cpp;

// from C to C++
std::copy(std::begin(c), std::end(c), std::begin(cpp));

// from C++ to C
std::copy(std::begin(cpp), std::end(cpp), std::begin(c));

如果T 是一个可简单复制的类型，则它将编译为memcpy。如果不是，那么这将按元素进行复制分配并且是正确的。无论哪种方式，这都是正确的，并且可读性很强。无需手动字节算术。

Answer 2

std::array 提供方法data() 可用于复制到/从适当大小的 c 样式数组：

const size_t size = 123;
int carray[size];
std::array<int,size> array;

memcpy( carray, array.data(), sizeof(int) * size );
memcpy( array.data(), carray, sizeof(int) * size );

如documentation所述

此容器是一种聚合类型，其语义与将 C 样式数组 T[N] 作为其唯一非静态数据成员的结构相同。

因此，内存占用似乎与 c 样式数组兼容，但尚不清楚为什么要在没有任何开销的正确方法时对 reinterpret_cast 使用“hacks”。

Answer 3

我说可以（但标准不保证）。

根据[数组]/2：

数组是一个聚合 ([dcl.init.aggr])，它可以 列表初始化，最多包含 N 个类型可转换为的元素 T.

还有[dcl.init.aggr]：

一个聚合是一个数组或一个类（子句[class]）与

• 没有用户提供的、显式的或继承的构造函数 ([class.ctor])，

• 没有私有或受保护的非静态数据成员（条款 [class.access]),

• 没有虚函数（[class.virtual]），并且

• 没有虚拟、私有或受保护的基类 ([class.mi])。

鉴于此，“可以列表初始化”只有在类的开头没有其他成员且没有 vtable 时才有可能。

那么，data() 被指定为：

constexpr T* data() noexcept;

返回：一个指针，使得[data(), data() + size()) 是一个有效范围，data() == addressof(front())。

标准基本上想说“它返回一个数组”，但为其他实现敞开大门。

唯一可能的其他实现是具有单个元素的结构，在这种情况下，您可能遇到别名问题。但在我看来，这种方法只会增加复杂性。将数组展开到结构中没有任何好处。

因此，将std::array 实现为数组没有意义 不。

但确实存在漏洞。

Answer 4

data() 方法的要求是它返回一个指针 T*，这样：

[data(), data() + size()) 是有效范围，data() == addressof(front())。

这意味着您可以通过data() 指针顺序访问每个元素，因此如果T 可以轻松复制，您确实可以使用memcpy 将sizeof(T) * size() 字节复制到/从数组T[size()]，因为这相当于memcpy单独处理每个元素。

但是，您不能使用reinterpret_cast，因为这会违反严格的别名，因为data() 不需要实际上 由数组支持 - 而且，即使您要保证std::array 包含一个数组，因为 C++17 您不能（即使使用 reinterpret_cast）将指向数组的指针转换为指向/从指向其第一个成员的指针（您必须使用 std::launder）。

Answer 5

array 对实例化它的底层类型没有太多要求。

为了使使用memcpy 或reinterpret_cast 进行复制获得任何有用结果的可能性，您实例化它的类型必须是可简单复制的。将这些项目存储在 array 中不会影响 memcpy（等）仅适用于普通可复制类型的要求。

array 必须是一个连续容器 和一个聚合，这几乎意味着元素的存储必须是一个数组。标准显示为：

T elems[N]; // exposition only

然而，它后来有一个注释，至少暗示它是一个数组是必需的（§[array.overview]/4）：

[注意：成员变量elems 仅用于说明，以强调array 是一个类聚合。 名称elems 不是数组接口的一部分。 —end note]

[强调添加]

请注意，实际上只有特定名称 elems 不是必需的。