std::array (c++11)

1. 始めに

[概要]

ja.cppreference.com に記載されているサンプルプログラムから作成してみます。
（少し変更しています。）

https://ja.cppreference.com/w/cpp/container/array

[環境]

プログラム例： "array_01.cpp"

/**
 * プログラム概要:
 * このプログラムは、C++標準ライブラリの std::array コンテナの基本的な使用方法をデモンストレーションします。
 * 具体的には、配列の初期化（集成体初期化を含む）、コンテナ操作（ソート、リバースコピー）、
 * および範囲forループを使用した要素の出力を行います。
 * std::arrayは固定サイズの配列を提供し、標準コンテナのインターフェースをサポートします。
 */

#include <iostream>     // std::cout
#include <string>       // std::string
#include <array>        // std::array
#include <iterator>     // std::ostream_iterator
#include <algorithm>    // std::sort, std::reverse_copy
 
int main()
{
    // 構築は集成体初期化を使用します。
    std::array<int, 3> a1{ {3, 1, 2} }; // CWG 1270 の改訂前の C++11 では二重の波括弧が必要です
                                        // (改定後の C++11 および C++14 以上では必要ありません)。
    std::array<int, 3> a2 = { 1, 2, 3 };  // = の後では必要ありません。
    std::array<std::string, 2> a3 = { std::string("a"), "b" };
 
    // コンテナ操作がサポートされています。
    // a1
    std::sort(a1.begin(), a1.end());
    std::copy(a1.begin(), a1.end(), std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));
    std::cout << '\n';
    // a2
    std::reverse_copy(a2.begin(), a2.end(), std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));
    std::cout << '\n';
 
    // 範囲 for ループがサポートされています。
    // a3
    for (const auto& s : a3) {
        std::cout << s << ' ';
    }

    std::cout << '\n';
    
    return 0;
}

ビルド方法例（g++）：

$ g++ -std=c++23 -Wall -Wextra -Wpedantic array_01.cpp -o array_01.out

実行結果：

$ ./array_01.out
1 2 3
3 2 1
a b
$

2. std::array で二次元配列

 c++11では、std::array はあるけれども std::multi_array がありません。つまり boost::multi_array に相当するコンテナが無いのです。
しょうがないので std::array で multi_array 相当のことができることを以下で確認してみます。たぶん下記のような内容で等価のことをできると判断し、不要と判断されたのかと。
それからイニシャライザーリストの書き方ですが、下記の通り中括弧が３階層必要です。一番外側の中括弧は不要に思えるのですが、これを省略するとエラーになってしまいます。

[環境]

プログラム例： "array_02.cpp"

/**
 * プログラム概要:
 * このプログラムは、C++ の `std::array` を使用して 2 次元配列を作成する例を示します。
 * 大きさ `5 x 3` の整数型 2 次元配列を初期化し、各要素をコンソールに出力します。
 * 出力後、ユーザーが Enter キーを押すまで待機します。
 */

#include <iostream> // cout, endl
#include <string>   // string, getline
#include <array>    // array

int main([[maybe_unused]] int argc, [[maybe_unused]] char* argv[])
{
    const std::size_t SIZE_X = 5;
    const std::size_t SIZE_Y = 3;

    std::array<std::array<int, SIZE_X>, SIZE_Y> matrix = {
        std::array<int, SIZE_X>{0, 1, 2, 3, 4},
        std::array<int, SIZE_X>{1, 2, 3, 4, 5},
        std::array<int, SIZE_X>{2, 3, 4, 5, 6},
    };

    // 配列の内容を出力(1)
    for (const auto& row : matrix) {
        for (const auto& value : row) {
            std::cout << value << ' ';
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // 配列の内容を出力(2)
    for ( size_t y=0; y<matrix.size(); ++y ){
        for ( size_t x=0; x<matrix[y].size(); ++x ){
            std::cout << matrix[y][x] << " " ;
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "HIT [Enter] KEY !! ";
    std::string input_line;
    std::getline(std::cin, input_line);

    return 0;
}

ビルド方法例（g++）：

$ g++ -std=c++23 -Wall -Wextra -Wpedantic array_02.cpp -o array_02.out

実行結果：

$ ./array_02.out 
0 1 2 3 4 
1 2 3 4 5 
2 3 4 5 6 

0 1 2 3 4 
1 2 3 4 5 
2 3 4 5 6 

HIT [Enter] KEY !! 
$

機能としてこれで十分に見えます。固定長配列なので、関数なんかで引数として渡す場合も typedef すればまったく問題を感じませんね。

3. N次元配列

同じ要領でN次元の配列も作成可能です。
が、型の宣言が std::array< std::array< std::array< ･･･, N3>, N2>, N1> という感じになって面倒です。
何か良い方法がないかとインターネットを検索していたら... よさそうなネタがありました。
結局展開されれば同じことなのですが、わかりやすいこと、template の使い方の良い勉強になること、で素晴らしいコードと思いました。勉強になります。
以下に紹介します。

引用元： http://koturn.hatenablog.com/entry/2018/08/02/000000

[環境]

[プログラムソース]

#include <iostream>
#include <string>
#include <array>


template<typename T, std::size_t N, std::size_t... Extents>
struct extents_expander
    : extents_expander<std::array<T, N>, Extents...>
{};  // struct extents_expander

template<typename T, std::size_t N>
struct extents_expander<T, N>
{
    using type = std::array<T, N>;
};  // struct extents_expander

template<typename T, std::size_t... Extents>
struct ndarray_helper
{
    using type = typename extents_expander<T, Extents...>::type;
};  // struct ndarray_helper

template<typename T, std::size_t N, std::size_t... Extents>
struct ndarray_helper<T[N], Extents...>
{
    using type = typename ndarray_helper<T, N, Extents...>::type;
};  // struct ndarray_helper

template<typename T>
using NdArray = typename ndarray_helper<T>::type;


int main()
{
    const size_t X = 10;
    const size_t Y = 20;
    const size_t Z = 30;

    static NdArray<int[X][Y][Z]> array;     // NdArray<int[X][Y][Z]> 
                                            // = ndarray_helper<int[X][Y][Z]>
                                            // = ndarray_helper<int[Y][Z], X>
                                            // = ndarray_helper<int[Z], Y, X>
                                            // = ndarray_helper<int, Z, Y, X>
                                            // = extents_expander<int, Z, Y, X>
                                            // = extents_expander<std::array<int, Z>, Y, X>
                                            // = extents_expander<std::array< std::array<int, Z>, Y>, X>
                                            // = std::array<std::array< std::array<int, Z>, Y>, X>

    int count = 0;

    for (int i = 0; i < X; i++) {
        for (int j = 0; j < Y; j++) {
            for (int k = 0; k < Z; k++) {
                array[i][j][k] = count++;
            }
        }
    }

    for (auto x : array) {
        for (auto y : x) {
            std::copy(y.begin(), y.end(), std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));
            std::cout << std::endl;
        }
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

[実行結果]

割愛

ライセンス

本ページの情報は、特記無い限り下記 MIT ライセンスで提供されます。

参考

• array - cpprefjp C++日本語リファレンス
• cppreference.com
  https://ja.cppreference.com/w/cpp/container/array
• 多次元の std::array を楽に扱う - kotumの日記
  http://koturn.hatenablog.com/entry/2018/08/02/000000

変更履歴

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