为什么 std::array 没有运算符 T*？

Question

对于 C 数组，简单地命名一个数组与近 50 年来写 &foo[0] 的效果相同。

在我正在处理的项目中从 C 样式数组转换为 std::array 时，出现的绝大多数“错误”是由于 C 数组的上述属性造成的。

在所有情况下，解决方案都很简单，只需附加 .data()。但是我突然想到，精心设计的operator T* 应该可以直接解决这个问题。

是否有任何技术原因无法创建此运算符？

Answer 1

C 风格的数组是有大小的结构。您可以通过各种方式获取数组的编译时大小。但是，当数组衰减为指针时，您会丢失编译时的大小信息。即使参数是“数组”类型，它实际上仍然只是一个没有大小信息的指针。如果数组作为函数参数 (template<size_t S> void func(T(&param)[S])) 传递，您可以使用模板编程来保留大小，但仅此而已。

许多 C++ 程序员认为这种隐式衰减数组到指针是 C 样式数组中的一个设计缺陷。事实上，说有损转换可能不应该是隐式的，这几乎是不合理的。鉴于std::array 试图尽可能多地修复 C 样式数组的缺陷，让它隐式衰减为指针会适得其反。

相比之下，C++20's std::span type 提供从 std::array（以及 C 样式数组等）的隐式转换。原因是这样的转换保留了信息：指针和大小。实际上，转换甚至可以保留该大小的编译时性质。

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是否有任何技术原因无法创建此运算符？

“不能不”？没有。

Answer 2

data() 被引入以在多个 STL 容器中具有相似的接口。例如，std::string 和 std::vector 也提供了 data() ，它给出了实际数据缓冲区的地址。所以 std::array 接口被设计为匹配它。您建议的 Operator() 是完全不同的方式，并且似乎不是绝对合适的。正如上述评论者还提到的，更合适的是运算符 T*()，但这仍然不是 STL 设计人员更喜欢做的事情——他们引入了 data()。为什么？也许是因为它更具可读性。

Answer 3

这个运算符不存在有什么好的理由吗？

如果您的意思是为什么没有 operator T*() 自动提供演员表，那么（多个）潜在原因之一就是——自动演员表的想法。

也许使用std::array 的代码可以很方便地使用operator T*() 正确编译，然后你就可以使用一个没有错误构建的程序。然而，这有一些含义：

1) 对operator T*() 的调用是程序员可能不希望的潜在运行时成本，但只是顺其自然。在 C++ 中，我们的目标是只为想要的东西付费，而强制转换运算符只是强加于自己的想法违背了这个想法。

2) operator T*() 和一般的转换操作符可能隐藏错误或 由于程序员不知道的用法，运行代码的瓶颈。

根据我的经验，询问一个代码库中充斥着强制转换运算符的程序员实际上调用了哪些函数，而且很多时候，他们不确定他们的代码所采用的路径，或者他们只是完全错误（直到他们参加调试会议并看到所有被调用的看似无辜的铸造操作员所做的曲折时才意识到这一点。

因此，程序员通过调用data() 之类的函数而不是使用他们可能不知道的operator T*() 来显式地“转换”数据被认为要安全得多。

Answer 4

致电data() 是您应该避免的事情。拥有这种能力（如在我们的例子中迁移代码或优化代码处理胆量）可能很有用，但它违反了std::array 提供的安全网。

 std::array<int, 2> a{1,2};
 auto* ptr = a.data();
 std::cout << ptr[2]; // boom

消除安全网的事情应该是明确的。