面试题：C++模板类array的特性与应用场景

Question

在C++中，模板类array是如何确保其大小在编译期确定的？举例说明在哪些实际场景下，使用模板类array比使用std::vector更合适，并且编写一个函数，接受一个模板类array作为参数，计算并返回其中所有元素的平方和。

Answer 1

1. 模板类array确保大小在编译期确定的原理：
   • std::array是C++标准库中的模板类，其大小是模板参数。在编译时，编译器会根据传入的模板参数（数组大小）实例化相应大小的array。例如std::array<int, 5> arr;，编译器会直接为这个array分配能容纳5个int的空间，而这个大小在编译阶段就已经确定，不能在运行时改变。
2. std::array比std::vector更合适的实际场景：
   • 固定大小且性能敏感场景：当数组大小在整个程序运行期间都不会改变，并且对性能有较高要求时，std::array更合适。例如，在图形渲染中表示固定大小的顶点数组，std::array不会有动态内存分配和释放的开销，能提高性能。
   • 栈上分配需求：如果希望数组在栈上分配（而不是堆上，std::vector动态分配在堆上），以减少堆内存碎片等问题，std::array是更好的选择。例如，一些嵌入式系统对堆内存使用有限制，std::array可以满足在栈上分配固定大小数组的需求。
3. 计算std::array所有元素平方和的函数：

#include <array>
#include <iostream>

template <typename T, size_t N>
T sumOfSquares(const std::array<T, N>& arr) {
    T sum = T();
    for (const auto& num : arr) {
        sum += num * num;
    }
    return sum;
}

可以这样调用该函数：

int main() {
    std::array<int, 3> arr = {1, 2, 3};
    int result = sumOfSquares(arr);
    std::cout << "Sum of squares: " << result << std::endl;
    return 0;
}