C++PrimerPlus 第四章 复合类型 - 4.10 数组的替代品

4.10 数组的替代品

本章前面说过，模板类vector和array是数组的替代品。下面简要地介绍它们的用法以及使用它们带来的一些好处。

4.10.1 模板类vector

模板类vector类似于string类，也是一种动态数组。您可以在运行阶段设置vector对象的长度，可在末尾附加新数据，还可在中间插入新数据。基本上，它是使用new创建动态数组的替代品。实际上，vector类确实使用new和delete来管理内存，但这种工作是自动完成的。

这里不深入探讨模板类意味着什么，而只介绍一些基本的实用知识。首先，要使用vector对象，必须包含头文件vector。其次，vector包含在名称空间std中，因此您可使用using编译指令、using声明或std::vector。第三，模板使用不同的语法来指出它存储的数据类型。第四，vector类使用不同的语法来指定元素数。下面是一些示例：

#include
...
using namespace std;
vector<int> vi;			//create a zero-size array of int
int n;
cin >> n;
vector<double>vd(n);	//create an array of n doubles

其中，vi是一个vector对象，vd是一个vector对象。由于vector对象在您插入或添加值时自动调整长度，因此可以将vi的初始长度设置为零。但要调整长度，需要使用vector包中的各种方法。

一般而言，下面的声明创建一个名为vt的vector对象，它可存储n_elem个类型为typeName的元素：
vector vt(n_elem);
其中参数n_elem可以是整型常量，也可以是整型变量。

4.10.2 模板类array（C++11）

vector类的功能比数组强大，但付出的代价是效率稍低。如果您需要的是长度固定的数组，使用数组是更加的选择，但代价是不那么方便和安全。有鉴于此，C++11新增了模板类array，它也位于名称空间std中。与数组一样，array对象的长度也是固定的，也使用栈（静态内存分配），而不是自由存储区，因此其效率与数组相同，但更方便，更安全。要创建array对象，需要包含头文件array。array对象的创建语法与vector稍有不同：

#include
...
using namespace std;
array<int, 5> ai;			//create array object of 5 ints
array<double, 4>ad = {1.2, 2.1, 3.43, 4.3};

推而广之，下面的声明创建一个名为arr的array对象，它包含n_elem个类型为typeName的元素：
arrayarr;
与创建vector对象不同的是，n_elem不能是变量。

在C++11中，可将列表初始化用于vector和array对象，但在C++98中，不能对vector对象这样做。

4.10.3 比较数组、vector对象和array对象

要了解数组、vector对象和array对象的相似和不同之处，最简单的方式可能是看一个使用它们的简单示例，如程序清单4.24所示。

程序清单4.24 choices.cpp

//choices.cpp -- array variations
#include
#include	//STL C++98
#include		//C++11
int main()
{
	using namespace std;
// C, original C++
	double a1[4] = { 1.2,2.4,3.6,4.8 };
// C++98 STL
	vector<double> a2(4);	//create vector with 4 elements
// no simple way to initialize in C98
	a2[0] = 1.0 / 3.0;
	a2[1] = 1.0 / 5.0;
	a2[2] = 1.0 / 7.0;
	a2[3] = 1.0 / 9.0;
//C++11 -- create and initialize array object
	array<double, 4>a3 = { 3.14,2.72,1.62,1.41 };
	array<double, 4>a4;
	a4 = a3;		//valid for array objects of same size
//use array notation
	cout << "a1[2]: " << a1[2] << " at " << &a1[2] << endl;
	cout << "a2[2]: " << a2[2] << " at " << &a2[2] << endl;
	cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
	cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;
//misdeed
	a1[-2] = 20.2;
	cout << "a1[-2]: " << a1[-2] << " at " << &a1[-2] << endl;
	cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
	cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;
	return 0;
}

下面是该程序的输出示例：
a1[2]: 3.6 at 0x28cce8
a2[2]: 0.142857 at 0xca0328
a3[2]: 1.62 at 0x28ccc8
a4[2]: 1.62 at 0x28cca8
a1[-2]: 20.2 at 0x28ccc8
a3[2]: 1.62 at 0x28ccc8
a4[2]: 1.62 at 0x28cca8

程序说明

首先，注意到无论是数组、vector对象还是array对象，都可使用标准数组表示法来访问各个元素。其次，从地址可知，array对象和数组存储在相同的内存区域（即栈）中，而vector对象存储在另一个区域（自由存储区或堆）中。第三，注意到可以将一个array对象赋给另一个array对象；而对于数组，必须逐元素复制数据。

接下来，下面一行代码需要特别注意：
a1[-2] = 20.2;
索引-2是什么意思呢？本章前面说过，这将被转换为如下代码：
*(a1 - 2) = 20.2;
其含义如下：找到a1指向的地方，向前移两个double元素，并将20.2存储到目的地。也就是说，将信息存储到数组的外面。与C语言一样，C++也不检查这种超界错误。在这个示例中，这个位置位于array对象a3中。其他编译器可能将20.2放在a4中，甚至做出更糟糕的选择。这表明数组的行为是不安全的。

vector和array对象能够禁止这种行为吗？如果您让它们禁止，它们就能禁止。也就是说，您仍可编写不安全的代码，如下所示：
a2[-2] = .5; //still allowed
a3[200] = 1.4;
然而，您还有其他选择。一种选择是使用成员函数at()。就像可以使用cin对象的成员函数getline()一样，您也可以使用vector和array对象的成员函数at()：
a2.at(1) = 2.3; //assign 2.3 to a2[1]
中括号表示法和成员函数at()的差别在于，使用at()时，将在运行期间捕获非法索引，而程序默认将中断。这种额外检查的代价是运行时间更长，这就是C++让允许您使用任何一种表示法的原因所在。另外，这些类还让您能够降低意外越界错误的概率。例如，它们包含成员函数begin()和end()，让您能够确定边界，以免无意间超界，这将在第16章讨论。