C++17 中 std::size、std::empty 和 std::data 非成员函数介绍

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在 C++17 里，std::size、std::empty 和 std::data 作为非成员函数被引入，其目的是为容器和数组提供统一的访问接口。这样做能够简化代码编写过程，避免直接调用容器的成员函数，并且可以支持更多类型的容器和数组。下面对这三个函数进行详细介绍。

1. std::size

1.1 功能概述

std::size 是一个非成员函数，主要用于获取容器或数组的大小。它能以统一的方式处理不同类型的容器和数组，根据操作对象的不同采用不同的实现策略。

1.2 具体用法

• 对于容器类型：像 std::vector、std::map 这类标准容器，std::size 会调用容器自身的 size() 成员函数来获取容器中元素的数量。
• 对于数组：std::size 会直接返回数组的大小，也就是数组中元素的数量。

1.3 示例代码

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    // 定义一个包含 3 个元素的 vector 容器
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    // 定义一个包含 3 个元素的数组
    int arr[] = {4, 5, 6};

    // 输出 vector 容器的大小
    std::cout << "Vector size: " << std::size(vec) << std::endl; 
    // 输出数组的大小
    std::cout << "Array size: " << std::size(arr) << std::endl;  
    return 0;
}

1.4 代码解释

在上述代码中，std::size(vec) 调用了 std::vector 的 size() 成员函数，输出结果为 3；std::size(arr) 直接计算数组 arr 的元素数量，同样输出 3。

2. std::empty

2.1 功能概述

std::empty 函数用于检查容器或数组是否为空。它会返回一个布尔值，若容器或数组为空则返回 true，否则返回 false。

2.2 示例代码

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    // 定义一个空的 vector 容器
    std::vector<int> vec;
    // 定义一个包含 3 个元素的数组
    int arr[] = {1, 2, 3};

    // 以文本形式输出布尔值
    std::cout << std::boolalpha;
    // 检查 vector 容器是否为空
    std::cout << "Vector is empty: " << std::empty(vec) << std::endl; 
    // 检查数组是否为空
    std::cout << "Array is empty: " << std::empty(arr) << std::endl;  
    return 0;
}

2.3 代码解释

代码中，std::empty(vec) 由于 vec 为空，所以返回 true；std::empty(arr) 因为 arr 包含元素，所以返回 false。std::boolalpha 用于以文本形式输出布尔值。

3. std::data

3.1 功能概述

std::data 函数用于获取容器或数组的底层数据指针。对于容器，它会返回容器的 data() 成员函数的结果；对于数组，它会返回数组的首地址。

3.2 示例代码

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    // 定义一个包含 3 个元素的 vector 容器
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    // 定义一个包含 3 个元素的数组
    int arr[] = {4, 5, 6};

    // 输出 vector 容器底层数据的第一个元素
    std::cout << "Vector data: " << *std::data(vec) << std::endl; 
    // 输出数组底层数据的第一个元素
    std::cout << "Array data: " << *std::data(arr) << std::endl;  
    return 0;
}

3.3 代码解释

std::data(vec) 返回 std::vector 底层数据的指针，*std::data(vec) 解引用该指针得到第一个元素的值 1；std::data(arr) 返回数组 arr 的首地址，*std::data(arr) 得到数组的第一个元素 4。

4. 使用场景

这些非成员函数的引入让代码更加通用和简洁。例如，std::size 和 std::empty 可以同时用于容器和数组，而无需区分具体类型。此外，只要自定义类型提供了相应的成员函数（如 size()、empty()、data()），这些非成员函数同样可以支持自定义类型。

5. 注意事项

• 返回类型：std::size 的返回类型为 std::size_t，std::empty 的返回类型为 bool。
• 数据有效性：std::data 返回的是指向底层数据的指针，使用时需要确保数据的有效性，避免出现悬空指针等问题。

通过这些非成员函数，C++17 提供了一种更统一的方式来处理容器和数组，进一步增强了语言的表达能力和灵活性。