std::arrayで要素数を省略して初期化する

std::array で要素数を明示的に指定することなく初期化する方法について解説する。

背景
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以下のようなコードを考える。

const std::array<int, 3> x = {3, 3, 4};

後で気が変わって最後の要素がいらなくなった場合、以下のような変更をしてしまう恐れがある。

const std::array<int, 3> x = {3, 3};  // -> {3, 3, 0}

配列サイズが3なのに対し、与えられた初期化パラメータの長さが2であるため、初期値を与えられなかった要素はすべて0で値初期化される。

C言語の配列では配列の要素数を省略して自動で推定させることができるが、 std::array ではできないため問題を回避するためには少し工夫をする必要がある。

const int x[]           = {3, 3, 4};  // ok
const std::array<int> x = {3, 3, 4};  // error

推論補助(C++17)
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まず、C++17以降であれば推論補助が使える。

namespace std {
template <class T, class... U>
array(T, U...) -> array<T, 1 + sizeof...(U)>;
}

この機能を使い std::array のテンプレート引数を2つとも推論させることで、添字変え忘れ問題を回避できる。

const std::array x = {3, 3, 4};  // -> std::array<int, 3> に推論される
const std::array y = {3, 3};     // -> std::array<int, 2> に推論される

ただし、可変長テンプレートパラメータ U... がすべて T と一致していなければこの推論補助は使えない。この点はC言語配列の初期化とは異なるので注意する必要がある。

const double x[]   = {3.0, 3.0f, 4};  // ok
const std::array x = {3.0, 3.0f, 4};  // error. 引数の型がすべて同じではない

std::to_array(C++20) / to_array自作(C++14)
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C++20以降であれば、関数テンプレート std::to_array を使って初期化をすることで要素数の記載を省ける。 std::to_array を使うメリットとして、明示的に型を指定できるのでパラメータの型が一貫していなくても問題なく初期化を行うことができる。

const std::array x = std::to_array({3, 3, 4});               // ok
const std::array y = std::to_array<double>({3.0, 3.0f, 4});  // ok

std::to_array のやっていることはC言語配列を std::array に変換しているだけなので、簡単に自作することができる¹。

namespace detail {
template <typename T, std::size_t N, std::size_t... I>
constexpr std::array<T, N> to_array_impl(const T (&list)[N], std::index_sequence<I...>) {
  return {list[I]...};
}

template <typename T, std::size_t N, std::size_t... I>
constexpr std::array<T, N> to_array_impl(T (&&list)[N], std::index_sequence<I...>) {
  return {std::move(list[I])...};
}
} // namespace detail

template <typename T, std::size_t N>
constexpr std::array<T, N> to_array(const T (&list)[N]) {
  return detail::to_array_impl(list, std::make_index_sequence<N>{});
}

template <typename T, std::size_t N>
constexpr std::array<T, N> to_array(T (&&list)[N]) {
  return detail::to_array_impl(std::move(list), std::make_index_sequence<N>{});
}