在 C++ 中使用仿函数初始化数组并通过引用获取数组的法律注意事项

了解 C++ 中基于函子的数组初始化

在 C++ 中，初始化数组，特别是那些包含非默认构造类型的数组，可能很困难。当您需要创建没有默认构造函数的复杂数据类型时尤其如此。一项令人着迷的技术是使用函子来启动此类数组，并以数组本身作为参考。

这里的目的是使用 lambda 函数作为函子来与正在初始化的数组进行交互。数组元素是通过放置其他元素来创建的，让您在处理复杂或庞大的数据集时拥有更多自由。尽管这种方法在 C++ 标准下的合法性尚不确定，但它似乎可以与最新的 C++ 编译器一起正常工作。

评估以这种方式访问​​数组的复杂性以及该解决方案是否遵守该语言的对象生命周期和内存管理规则至关重要。由于在初始化期间通过引用提供数组，因此可能会出现未定义行为或违反标准的问题。

本文将调查该技术的合法性并检验其重要性，特别是考虑到不断变化的 C++ 标准。我们还将把它与其他方式进行比较，强调实际的好处和潜在的缺点。

在 C++ 中使用函子探索数组初始化

前面的脚本使用函子来初始化 C++ 中的非默认构造数组。当您需要创建没有某​​些参数就无法初始化的复杂类型时，此方法特别方便。在第一个脚本中，使用 lambda 函数创建 Int 类的实例，并使用放置 new 来初始化预分配内存中的数组成员。这使开发人员可以避免使用默认构造函数，这在初始化期间处理需要参数的类型时非常重要。

此方法的一个关键部分是使用placement new，这是一种高级 C++ 功能，允许人类控制内存中的对象放置。使用arr.data()，获得数组内部缓冲区的地址，并直接在内存地址构建对象。此策略可确保有效的内存管理，特别是在处理大型数组时。但是，必须小心避免内存泄漏，因为如果使用 new 放置，则需要手动销毁对象。

lambda 函数通过引用（&arr、&gen）捕获数组和生成器，允许函数在初始化期间直接更改数组。此方法在处理大型数据集时至关重要，因为它消除了复制大型结构的开销。 lambda 函数内的循环遍历数组，使用生成器函数创建新的 Int 对象。这确保了数组中的每个元素都根据索引进行适当初始化，从而使该方法能够适应不同类型的数组。

该方法最有趣的方面之一是它与各种版本的 C++ 的潜在兼容性，特别是 C++14 和 C++17。虽然 C++17 添加了右值语义，这可以提高该解决方案的效率，但使用新的放置和直接内存访问技术可以使其即使在较旧的 C++ 标准中也有效。但是，开发人员必须确保他们彻底掌握此方法的后果，因为不良的内存管理可能会导致未定义的行为或内存损坏。当其他解决方案（例如 std::index_sequence）由于实现限制而失败时，此方法非常有用。

#include <cstddef>
#include <utility>
#include <array>
#include <iostream>

struct Int {
    int v;
    Int(int v) : v(v) {}
};

int main() {
    auto gen = [](size_t i) { return Int(11 * (i + 1)); };
    std::array<Int, 500000> arr = [&arr, &gen]() {
        for (std::size_t i = 0; i < arr.size(); i++)
            new (arr.data() + i) Int(gen(i));
        return arr;
    }();

    for (auto i : arr) {
        std::cout << i.v << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

#include <cstddef>
#include <array>
#include <iostream>

struct Int {
    int v;
    Int(int v) : v(v) {}
};

int main() {
    auto gen = [](size_t i) { return Int(11 * (i + 1)); };
    std::array<Int, 500000> arr;

    [&arr, &gen]() {
        for (std::size_t i = 0; i < arr.size(); i++)
            new (&arr[i]) Int(gen(i));
    }();

    for (const auto& i : arr) {
        std::cout << i.v << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
}

使用函子初始化数组的高级注意事项

在 C++ 中，使用非默认可构造类型初始化大数组的更困难的因素之一是确保高效的内存管理，同时遵守语言的对象生存期限制。在这种情况下，利用函子通过引用初始化数组提供了一种独特的解决方案。这种方法虽然非常规，但为开发人员提供了对对象形成的精细控制，特别是在处理初始化期间需要参数的自定义类型时。了解所涉及的生命周期管理至关重要，因为如果操作不当，在启动期间访问阵列可能会导致未定义的行为。

C++17 中右值引用的出现提高了初始化大型数据结构的灵活性，使所提出的技术更加现实。当使用大型数组时，右值语义允许移动而不是复制临时对象，从而提高效率。然而，在以前的 C++ 标准中，需要仔细的内存处理以避免双重构造和无意的内存覆盖等问题。使用placement new可以提供细粒度的控制，但它给开发人员带来了手动销毁的负担。

使用函子初始化数组时要考虑的另一个重要因素是优化的可能性。通过引用捕获数组，我们避免了不必要的复制，减少了内存占用。与具有模板实例化限制的其他技术（例如 std::index_sequence）不同，该方法在大数据集上也能很好地发展。这些增强功能使得基于函子的方法对于以内存效率与复杂性相结合的方式处理非默认可构造类型具有吸引力。