std::array<>是否只保证在栈上分配内存？

Question

不使用 new 关键字，std::array<int,10> 是否有保证被 C++ 标准在栈上而不是堆上分配内存？

需要澄清的是，我不是指 new std::array<int, 10>，我主要想知道标准库是否允许在其实现中使用 new 关键字。

- towi

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当我把std::array放在一个结构体中时，我想到了一个相关的问题：它是否会扩展结构体的大小以包含数组内容的大小，还是（像向量一样）仅扩展结构体的大小以包含元数据的大小？ - 把友情留在无盐

@把友情留在无盐 这个结构体的大小足以容纳数组本身。也就是说，在 struct S { std::array<int8_t, 10> a; }; 中，sizeof(S) == 10。 - ljleb

Answer 1

TL;DR：是的，它在堆栈中。

更长的故事：

C++没有堆栈或堆的概念。这些都是实现细节，至少有一个平台不使用传统的堆栈（而是使用堆分配的链接列表）。

它具有自动存储和自由存储。new访问自由存储，而“在堆栈上”的变量进入自动存储。

在实践中，为了在自由存储上分配东西，您必须冒着内存不足异常的风险。因此，一般规则是保证不抛出异常的事情必须使用自动存储。数组做出了这个保证（除了其中可能会抛出的内容）。它也是一个普通数据的聚合体，被迫看起来像：

template<class T,std::size_t N>
struct array {
  T __no_fixed_name__[N];
  // non-constructor/destructor methods omitted as they are noise at this point
};

在理论上，它可以通过编译器的魔法实现，但这并不是真正的C++，但没有必要这样做，所以没有人费心去做。因此，总之：是的，std::array在堆栈上。

- Yakk - Adam Nevraumont

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你能指引我找到那个有趣的无栈实现吗？听起来非常有意思。（这些东西从来都不是简短易读的……） - towi

@towi 抱歉，我知道它的存在，仅此而已。 - Yakk - Adam Nevraumont

@towi IBM主机，显然。 在那里Jerry Coffin的回答中有更多细节评论。 - user743382

我想指出std::array模板签名有两个参数。第一个是类型，第二个是元素数量。需要注意的是，没有第三个模板参数用于分配器。 - Trevor Boyd Smith

我认为了解std::array存储在堆栈上很重要，因为这样你就可以避免在堆栈上声明大型std::array并导致程序崩溃。 - Trevor Boyd Smith

我曾经使用过一个 C 语言系统，其中自动变量不是存储在堆栈中，而是使用静态数据区域的空间；它默认允许每个函数变量的3个副本以处理可重入性，但是如果您进入超过3次，系统会出错。 - M.M

Answer 2

我在标准中没有找到更明确的答案，但是[array.overview]/2说：

数组是一个聚合体 ([dcl.init.aggr])，它可以用最多N个元素进行列表初始化，这些元素的类型可转换为T。

而[dcl.init.aggr]/1说：

聚合体是一个数组或类 (第[class]条) ，其中

• 没有用户提供的、显式的或继承的构造函数 ([class.ctor])

...

基本上就是这样了。聚合体不可能动态分配内存(或者说，在构造过程中自行执行任何操作)。只有一个隐式声明的平凡构造函数。

当然，如果你使用new std::array<...>，你会得到一个位于"堆"上的数组。

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一些人可能对我们在cppreference上的解释更满意：

std::array是一个封装了固定大小数组的容器。

这个容器是一个聚合类型，其语义与持有C风格数组T[N]作为其唯一非静态数据成员的结构相同。

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第三，std::array是在C++11中引入的。为什么？例如，为了在某些方面补充std::vector的使用，比如在constexpr函数中使用，其中不允许动态分配内存。

- LogicStuff

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换句话说，就是在布局方面您将得到与template <class N, size_t N> struct array { T elems[N]; };相同的保证（实际上并没有elems存在）。 - GManNickG

请注意，C++并没有真正的堆栈或堆的概念。通常情况下我们可以理解你的意思，但是你提到了“按照C++标准”，你得到的保证和我之前举的例子一样。如何进行分配取决于你的实现。（理论上，我可以编写一个不使用堆栈而完全动态分配所有内容的愚蠢编译器。） - GManNickG

@GManNickG 你知道吗，我完全没注意到这一点！“没有堆栈和堆的概念”，真的吗？也没有“动态”或“静态”分配的概念？你可能是对的，在标准库中进行快速搜索可以证实这一点。我想定义new和<new>规范特别描述了动态分配，所以我错过了静态分配规范的缺失。考虑到你的愚蠢编译器，我想知道是否可能在堆栈上完成所有操作。不，可能不行，我怎么支持new呢？但这是一个不同的问题。 - towi

@towi，您可以通过重载operator new()并使用自己选择的静态分配（某个大小）来实现。或者更好的方法是提供一个静态分配器。 - user2296177