固定大小陣列

上一節用「把一個模組拆到多個檔案裡」結束了第 7 章。這一章把焦點從專案版面配 置拉回到普通資料本身:固定大小陣列、字元緩衝區,以及對連續儲存做借用視圖。

固定大小陣列會把一組已知數量的元素直接存放在自己內部。它自己擁有這些值,而它 的長度也是型別的一部分。當你一開始就知道自己需要多少個元素時,陣列就是 scpp 目前最簡單的序列型別。

對下面每個可以執行的例子,把檔案存成 arrays.scpp,然後這樣編譯執行:

scpp arrays.scpp -o arrays
./arrays

對於那些本來就應該被拒絕的例子,如果你想讓編譯器輸出逐字匹配,就按診斷區塊裡 給出的描述性檔名保存。

用固定元素個數宣告陣列

T[N] 的意思是「一個元素型別為 T、長度為 N 的陣列」。

import std;

int main() {
    int scores[4]{};
    scores[0] = 10;
    scores[1] = 20;
    scores[2] = 30;
    scores[3] = 40;

    std::println("{} {}", scores[0], scores[3]);
    return 0;
}

輸出:

10 40

scores 直接擁有四個 int 值。這裡的 [4] 不是只給人看的註解;它本身就是變 數型別的一部分,每一個合法索引都必須落在這個固定長度裡。

空大括號也很重要。就今天的 scpp 來說,T[N]{} 是最穩妥的起點:先把整個陣列初 始化好,然後再把你想要的元素一個個填進去。

用 auto& 做 range-based for 可以原地修改每個元素

第 3.5 節已經用過 range-based for 來依次讀取陣列元素。把迴圈變數寫成 auto& 時,拿到的就是每個元素的可變參照。

import std;

int main() {
    int values[3]{};
    int next = 1;

    for (auto& value : values) {
        value = next * 10;
        next = next + 1;
    }

    for (int value : values) {
        std::println("{}", value);
    }

    return 0;
}

輸出:

10
20
30

第一層迴圈裡的每個 value 都參照著陣列裡的真實元素,不是一份拷貝。透過這個 參照寫入,改到的就是陣列自己。

陣列長度也可以來自前面定義的 constexpr

長度不一定非得手寫成字面量。只要是前面已經可用、而且能解析成正整數長度的常量 運算式,也一樣可以。

import std;

int main() {
    constexpr int count = 4;
    int values[count]{};
    values[3] = 9;

    std::println("{} {}", count, values[3]);
    return 0;
}

輸出:

4 9

這樣通常比到處重複同一個字面量更清楚。關鍵不在於這個名字剛好叫 count,而在 於它是個 constexpr,所以編譯器能在程式執行前就把陣列長度算出來。

陣列長度必須是常量運算式

普通的執行期變數不能拿來當陣列長度。

int main() {
    int count = 4;
    int values[count]{};
    return 0;
}

編譯器輸出:

array_nonconst_bound_fail.scpp: error: 3:16: expression is not a constant expression: identifier 'count' is not available

這裡的 scpp 不支援「執行期才知道長度的區域陣列」。編譯器必須一開始就知道 values 的完整大小,所以這個長度必須在編譯階段就能確定,不能等到執行時才發 現。

明顯越界的常量索引會被立刻拒絕

因為長度本來就是型別的一部分,所以只要一個常量索引明顯不可能合法,編譯器就能 直接在編譯期拒絕它。

int main() {
    int values[3]{};
    return values[3];
}

編譯器輸出:

array_out_of_bounds_compile.scpp:3:12: error: array subscript 3 is out of bounds for array of size 3
 3 |     return values[3];
   |            ^

對 int values[3] 來說,合法索引只有 0、1、2。既然原始碼裡直接寫出了 3, 編譯器就已經有足夠的資訊在程式執行前把它攔下來。

今天請按元素逐個填值,不要直接寫一個值列表

在普通 C++ 裡,int scores[4]{10, 20, 30, 40}; 會是第一節那個例子的自然寫法。 但在今天的 scpp 裡,這種「多個元素一起寫在大括號裡」的初始化還不支援。

int main() {
    int scores[4]{10, 20, 30, 40};
    return 0;
}

編譯器輸出:

array_brace_init.scpp:2:5: error: brace-initialization of this member requires exactly one expression
 2 |     int scores[4]{10, 20, 30, 40};
   |     ^

這也就是為什麼本節所有可執行示例都先從 T[N]{} 開始,再把元素一個個指定進去。

到目前為止,固定大小陣列的規則是

• T[N] 宣告「恰好有 N 個 T 元素」的陣列;
• 陣列直接擁有這些元素,而 N 本身就是型別的一部分;
• 用 auto& 做 range-based for 可以原地修改每個元素;
• 長度可以來自前面定義的 constexpr,但不能來自普通執行期變數;
• 明顯越界的常量索引會在編譯期被拒絕;
• 今天最穩妥的寫法是先用 {} 做零初始化,再明確填每個元素。

下一節仍然會繼續講陣列,不過會把元素型別收窄到 char,把這塊固定大小儲存當成 一個跟 C 相容的文字緩衝區來使用。

← 上一章：把模組拆到不同檔案中 · 目錄