一.span容器

span 是 C++20 中引入的一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)容器，它用于表示連續(xù)的一段內(nèi)存區(qū)間，類(lèi)似于一個(gè)輕量級(jí)的只讀數(shù)組容器。

span 是一個(gè)輕量級(jí)的非擁有式容器，它提供了對(duì)連續(xù)內(nèi)存的引用。 span 的主要用途是作為函數(shù)參數(shù)，可以避免不必要的內(nèi)存拷貝，并且可以防止懸垂指針和空指針引用的問(wèn)題。

它的定義在頭文件 <span> 中，并位于 std 命名空間中。span 包含了一個(gè)指向連續(xù)內(nèi)存區(qū)域的指針以及它所占用的大小，可以通過(guò)它來(lái)訪問(wèn)這個(gè)內(nèi)存區(qū)域中的元素。

span 主要用于以下場(chǎng)景：

• 作為函數(shù)的參數(shù)，用于指示函數(shù)需要處理的數(shù)據(jù)范圍；
• 作為類(lèi)的成員變量，用于表示對(duì)象所管理的內(nèi)存區(qū)域；
• 作為數(shù)組的視圖，用于訪問(wèn)數(shù)組的一部分

二.span的用法

下面是幾種 span 的用法示例：

1.將數(shù)組轉(zhuǎn)換為 span：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
span<int> s(arr, 5);

        這里將一個(gè)整型數(shù)組 arr 轉(zhuǎn)換為 span 類(lèi)型，并使用數(shù)組首地址和元素個(gè)數(shù)作為參數(shù)。

2.使用 span 來(lái)遍歷一個(gè)容器：

vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto&& x : span(vec)) {
    cout << x << " ";
}

這里使用 span(vec) 來(lái)構(gòu)造一個(gè) span 對(duì)象，遍歷其中的元素并輸出。

3.使用 span 來(lái)獲取子序列：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
span<int> s(arr, 5);
auto s1 = s.subspan(1, 3);

這里將一個(gè) span 對(duì)象 s 分割為從第 1 個(gè)元素開(kāi)始，長(zhǎng)度為 3 的子序列，并將結(jié)果存儲(chǔ)到 s1 中。

4.將 span 轉(zhuǎn)換為其他容器類(lèi)型：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
span<int> s(arr, 5);
vector<int> vec(s.begin(), s.end());

這里使用 s.begin() 和 s.end() 將 span 對(duì)象 s 轉(zhuǎn)換為迭代器范圍，并使用這個(gè)迭代器范圍構(gòu)造一個(gè) vector 容器 vec。

三.span的底層原理

下面為 span的簡(jiǎn)化版源碼，用于展示其基本實(shí)現(xiàn)：

template<typename T, std::size_t Extent = std::dynamic_extent>
class span {
public:
    // 定義迭代器類(lèi)型
    using iterator = T*;
    using const_iterator = const T*;
 
    // 構(gòu)造函數(shù)
    constexpr span() noexcept : data_(nullptr), size_(0) {}
    constexpr span(T* ptr, std::size_t count) : data_(ptr), size_(count) {}
    template <std::size_t N>
    constexpr span(T(&arr)[N]) noexcept : data_(arr), size_(N) {}
    template <typename Container>
    constexpr span(Container& c) noexcept : data_(c.data()), size_(c.size()) {}
 
    // 拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值運(yùn)算符
    constexpr span(const span& other) noexcept = default;
    span& operator=(const span& other) noexcept = default;
 
    // 訪問(wèn)元素和迭代器操作
    constexpr T* data() const noexcept { return data_; }
    constexpr std::size_t size() const noexcept { return size_; }
    constexpr bool empty() const noexcept { return size_ == 0; }
    constexpr T& operator[](std::size_t idx) const { return data_[idx]; }
    constexpr T& front() const { return data_[0]; }
    constexpr T& back() const { return data_[size_-1]; }
    constexpr iterator begin() const noexcept { return data_; }
    constexpr iterator end() const noexcept { return data_ + size_; }
    constexpr const_iterator cbegin() const noexcept { return data_; }
    constexpr const_iterator cend() const noexcept { return data_ + size_; }
 
private:
    T* data_;  // 元素指針
    std::size_t size_;  // 元素?cái)?shù)量
};

具體實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)指針來(lái)引用連續(xù)的一段內(nèi)存，從而實(shí)現(xiàn) span 的基本功能。由于 span 沒(méi)有實(shí)際的內(nèi)存所有權(quán)，所以它不能擁有或釋放內(nèi)存。它只是提供了對(duì)現(xiàn)有內(nèi)存塊的訪問(wèn)。

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 span 還提供了一些其他的功能，比如對(duì)子區(qū)間的切片和子區(qū)間的迭代器等。實(shí)際的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)更加復(fù)雜，但其基本的思想是一致的。

四.span 與 array ,vector ，數(shù)組指針 的區(qū)別

1. span 與 array ,vector的區(qū)別

span 是 C++20 中新增的一個(gè)輕量級(jí)容器，用于表示一段連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，它不負(fù)責(zé)管理內(nèi)存空間，也不會(huì)擁有所指向內(nèi)存的所有權(quán)，只是提供一種方便的方式來(lái)操作內(nèi)存區(qū)域，因此可以看做是一個(gè)只讀的“裸指針”。

與 array 和 vector 相比，span 的主要區(qū)別在于它不擁有自己的存儲(chǔ)空間，而是引用了另一個(gè)數(shù)組或容器的內(nèi)存空間。因此，當(dāng)我們需要使用一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存塊時(shí)，可以使用 span 來(lái)代替 array 或 vector。

具體來(lái)說(shuō)，array 是一個(gè)固定大小的數(shù)組容器，其大小在編譯時(shí)就確定了，不能動(dòng)態(tài)改變。vector 是一個(gè)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的數(shù)組容器，可以動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，并在需要時(shí)擴(kuò)大容量。而 span 是一個(gè)非擁有型的容器，可以看作是一個(gè)指向連續(xù)內(nèi)存區(qū)域的引用，可以指向任何類(lèi)型的元素。

在使用方面，array 和 vector 可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過(guò)下標(biāo)或迭代器來(lái)訪問(wèn)其中的元素；span 則更多地用來(lái)表示一段內(nèi)存區(qū)域，并提供類(lèi)似于迭代器的操作來(lái)訪問(wèn)其中的元素（就是 只讀），如 begin、end、rbegin、rend 等。

總之，span、array 和 vector 三者各有所長(zhǎng)，可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇使用。

2. span 與 數(shù)組指針的區(qū)別

在C++中，數(shù)組和指針是密不可分的，它們常常被一起使用。然而，數(shù)組和指針不是相同的東西，它們有自己的屬性和限制。同樣地，span和指針也有很多區(qū)別，這里列舉幾點(diǎn)：

span是一個(gè)封裝了數(shù)組指針和長(zhǎng)度的輕量級(jí)容器，它提供了對(duì)數(shù)組的安全訪問(wèn)。指針只是一個(gè)指向內(nèi)存位置的地址，沒(méi)有長(zhǎng)度信息。因此，使用指針時(shí)需要顯式地傳遞長(zhǎng)度信息，否則可能會(huì)導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出等問(wèn)題。

span支持范圍操作，它可以使用STL中的算法和其他支持范圍操作的庫(kù)進(jìn)行操作。指針只能通過(guò)指針運(yùn)算和下標(biāo)操作來(lái)訪問(wèn)和操作數(shù)據(jù)。

span是可傳遞性的，可以傳遞到函數(shù)中作為參數(shù)，而指針不能。這是因?yàn)樵诤瘮?shù)中傳遞指針時(shí)，我們必須顯式地傳遞指針?biāo)赶虻膬?nèi)存塊的大小，否則函數(shù)無(wú)法確定內(nèi)存塊的大小。

span是一個(gè)類(lèi)模板，可以指定數(shù)據(jù)類(lèi)型和長(zhǎng)度類(lèi)型。指針只能指向特定類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

總的來(lái)說(shuō)，span比指針更安全，更靈活，更易于使用，是一種更好的數(shù)組容器類(lèi)型。

五.span的優(yōu)點(diǎn)

std::span 的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

輕量級(jí)：std::span 本身只是一個(gè)輕量級(jí)的非擁有式容器，沒(méi)有自己的內(nèi)存管理，因此可以在不分配內(nèi)存的情況下輕松地傳遞和操作數(shù)據(jù)。同時(shí)，std::span 的內(nèi)存布局與原始數(shù)組相同，因此不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制或重排。

安全性：std::span 具有邊界檢查機(jī)制，可以避免訪問(wèn)越界等錯(cuò)誤，從而提高代碼的安全性。

可組合性：std::span 可以與其他容器類(lèi)型進(jìn)行組合，例如可以從 std::vector 或 std::array 中創(chuàng)建 std::span，或?qū)?std::span 轉(zhuǎn)換為 std::vector 或 std::array。

易于擴(kuò)展：由于 std::span 只是一個(gè)非擁有式容器，因此可以輕松地將其用作接口的一部分，并以此擴(kuò)展接口的功能。

總之，std::span 是一個(gè)非常實(shí)用的工具，可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)和處理，同時(shí)也可以提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和安全性。

具體一些相關(guān)的信息見(jiàn)：std::span - cppreference.com

到此這篇關(guān)于C++20中的span容器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++20中的span內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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