C++11 新特性：std::array 容器詳解 - 固定大小、棧上分配、安全高效

為什麼需要 std::array？

• C 數組：長度固定、棧上分配、效率高，但無邊界檢查、不可賦值、退化為指針、無尺寸感知。
• std::vector：動態擴容、豐富接口，但堆上分配、有容量管理開銷，對於已知固定大小的場景略顯重。
• std::array：固定大小、棧上分配、效率同數組、提供容器接口、支持邊界檢查、可直接賦值/拷貝，完美融合兩者優點。

基本用法

#include 
#include 
#include 

int main() {
    // 構造
    std::array a1;                    // 預設構造 (未初始化)
    std::array a2 = {1,2,3,4,5};      // 列表初始化 (C++11)
    std::array a3 = {1.2, 2.1, 3.1, 4.1};

    // 賦值與拷貝 (數組不支持)
    std::array a4 = a3; // 拷貝構造
    a4 = a3;                       // 拷貝賦值

    // 訪問
    a2[0] = 10;           // 無檢查
    a2.at(1) = 20;        // 有檢查，越界拋出 std::out_of_range
    std::cout << a2.front() << ' ' << a2.back() << '\n';

    // 容器操作
    std::sort(a2.begin(), a2.end());           // 算法支持
    std::reverse_copy(a2.begin(), a2.end(),
                      std::ostream_iterator(std::cout, " "));
    std::cout << '\n';

    // 範圍 for
    for (auto& x : a2) std::cout << x << ' ';
    std::cout << '\n';

    // 多維 array
    std::array, 2> matrix = {{
        {1,2,3},
        {4,5,6}
    }};
    std::cout << matrix[1][2] << '\n'; // 6

    return 0;
}

關鍵特性對比

適用場景

• 固定大小的查找表、查找表、狀態機轉移表、矩陣運算 (小尺寸)、嵌入式系統無堆內存環境。
• 需要向函數傳遞固定大小集合且保持值語義時（避免指針退化）。
• 替代 struct { T data[N]; } 手寫包裝器。

注意事項

• 模板參數順序：std::array (類型在前，大小在後)。
• 大小必須為編譯期常量。
• 預設構造不初始化內建類型元素（同 C 數組），需手動初始化或用 {} 值初始化。
• 無 push_back、resize 等動態操作。