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c++20 std::span怎么用 c++轻量级数组视图【教程】

尼克

尼克

发布时间:2025-12-24 09:49:29

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来源于php中文网

原创

std::span是C++20引入的轻量非拥有型数组视图,仅存ptr和size,适用于函数参数等场景;可从数组、vector等构造,支持subspan、range-for等操作,但下标访问无内置越界检查。

c++20 std::span怎么用 c++轻量级数组视图【教程】

std::span 是 C++20 引入的轻量级、非拥有型数组视图,它不管理内存,只保存指向数据的指针和元素个数,开销极小(通常仅两个字段:ptr + size),适合函数参数传递、边界安全封装、泛型容器适配等场景。

基本用法:构造 span

span 可从原生数组、std::array、std::vector、C 风格指针+长度等安全构造:

  • 从原生数组自动推导大小:int arr[] = {1, 2, 3}; std::span s{arr}; // size=3
  • 显式指定范围:std::span s{arr, 2}; // {1, 2}
  • 从 std::vector:std::vector v = {4,5,6,7}; std::span s{v};
  • 从指针+长度(需确保生命周期足够):std::span s{ptr, n};

常用操作与安全特性

span 提供类似容器的接口,但所有操作都不越界(编译期或运行期检查取决于上下文):

  • s.data() 获取原始指针,s.size() 获取长度,s.empty() 判空
  • s[i] 支持下标访问(无越界检查,行为同原生指针)
  • s.subspan(1, 2) 截取子视图(如从索引 1 开始取 2 个元素)
  • 支持范围 for 循环:for (int x : s) { ... }
  • 注意:span 本身不检查访问越界,但配合 std::span::operator[] 在调试模式下部分标准库实现可能启用断言;真正安全需靠静态分析或手动检查 i

作为函数参数 —— 替代 T* + size_t 的现代写法

这是 span 最典型、最实用的场景,提升接口清晰度与安全性:

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  • 旧写法:void process(int* data, size_t n);
  • 新写法:void process(std::span data);
  • 调用更自然:process(v); process(arr); process({ptr, len});
  • const 限定明确表达只读意图,且编译器能静态拒绝传入不兼容类型(如 string)

注意事项与常见误区

span 是“视图”,不是容器,使用时务必注意生命周期:

  • 不要返回局部数组的 span:std::span bad() { int a[3] = {}; return {a}; } // 悬垂指针!
  • span 不持有所有权,其有效性完全依赖所指向内存的生命周期
  • 不能直接用 span 初始化 vector 或其他拥有型容器(需用 std::vector(s.begin(), s.end())
  • 动态大小 span(std::span)是主流;固定大小(std::span)可在编译期校验长度,但灵活性低,慎用

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