std::span查看连续内存

程序员的园

发布于 2024-07-18 13:24:37

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发布于 2024-07-18 13:24:37

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C++开发过程中，经常会涉及到数组作为函数的入参，数组传参过程中通常使用单个指针指向数组，但是需要同时传递数组的长度。这无疑增加传参的复杂度，为此C++20提出了新特性std::span，用于解决该问题。

定义

std::span是一种轻量级、非拥有、不分配内存的容器，用于表示一段连续内存区域的视图，提供安全、高效地访问和操作数组、容器以及其他连续内存区域。针对如上定义，可以从如下几个方面描述其基本定义：

视图（View）：std::span 是对连续内存区域的视图，它只引用已存在的内存区域，不拥有内存。
- 不拥有内存，即其不负责分配/释放内存。
- 引用已存在的内存，即当被引用的内存数据变化后，span同步更新
连续性（Continuity）：std::span 只能查看连续的内存区域，因此适用于数组、容器等连续内存的情况，即std::span不可查看std::list和std::deque等内存非连续的容器。
安全性（Safety）：std::span 提供了安全的边界检查，避免了指针操作中的常见错误。
高效性（Efficiency）：std::span 是轻量级的，没有额外的内存开销，因此在性能上具有优势。

使用示例

为尽可能多的展示std::span的使用示例，本文用span分别查看传统数组、malloc分配的连续内存、std::vector，并验证std::span不可用于查看非连续内存区域的std::list和std::deque。代码如下：

查看传统数组

void using_classic_array()
{
  int arr[]={1,2,3,4,5};
  std::span<int> s{arr};
  std::cout <<"size "<< s.size()<<"\n";
  std::cout <<"size byte "<< s.size_bytes() << "\n";
  for (auto & data:s)
  {
    std::cout<<data<<"\t";
  }
  std::cout<<"\n";

  arr[0] = 500;//std::span同步更新
  for (auto& data : s)
  {
    std::cout << data << "\t";
  }
  std::cout << "\n";
}

查看连续内存

constexpr int num=100;
void using_malloc()
{
  float *f = (float*)malloc(num *sizeof(float));
  memset(f,0, num*sizeof(float));
  std::span<float> s(f, num);
  for (size_t i = 0; i < num; i++)
  {
    f[i]=(float)i/num;
  }
  std::cout << "size " << s.size() << "\n";
  std::cout << "size byte " << s.size_bytes() << "\n";
  for (const auto& data:s)
  {
    std::cout<<data<<"\t";
  }
  std::cout<<"\n\n\n\n";
  free(f);

  for (const auto& data : s)
  {
    std::cout << data << "\t";
  }
  std::cout << "\n\n\n\n";
}

查看vector

void using_vector()
{
  std::vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
  std::span<int> ss = v;
  std::cout << "size " << ss.size() << "\n";
  std::cout << "size byte " << ss.size_bytes() << "\n";
  for (auto& data : ss)
  {
    std::cout << data << "\t";
  }
  std::cout << "\n";

  v[3]=100;//std::span同步更新
  for (auto& data : ss)
  {
    std::cout << data << "\t";
  }
  std::cout << "\n";
}

查看非连续内存

void using_non_conitnue()
{
  std::list<int> l{1,2,3,4,5};
  std::deque<int> d{ 1,2,3,4,5 };
  
  //std::span<int> s{l,5};//编译错误
  //std::span<int> sss = d;//编译错误
  //std::span<int> sss{d,5};//编译错误
}

由如上代码可知，std::span只能用于查看连续内存区域，同时std::span内涵区域长度信息，并可以通过其size或size_bytes方法获取，也支持for循环。

总结

std::span只可以用于查看连续内存区域，其不负责内存的分配和释放；
std::span作为原有内存的引用，当原内存发生变更时，std::span可同步更新，需注意其引用内存的有效性，当被引用的内存释放后，std::span指向无效值。
std::span提高了对于连续内存访问的便利性，增加了数组\连续内粗传参的简洁度。

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原始发表：2024-03-25，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

数组