現代C++核心指導中提到的 span<T> 類型到底是哪個？

01-26

CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines.md at master · isocpp/CppCoreGuidelines · GitHub
CppCoreGuidelines 作者 Bjarne Stroustrup

【最後有高能預警】這個不是標準庫里的。是GSL里的，也就是那個指導手冊（CppCoreGuidelines）的配套庫Guideline support library。封裝了這個指導手冊里的一些條款所涉及的技巧。

看這個手冊可以看到，span表示的是容器範圍（range），STL的很多演算法都是針對範圍操作的，此時這樣演算法需要的參數往往是首尾迭代器。另外一些其他的針對範圍操作的函數/成員函數需要的參數是首地址，個長度。無論哪種都容易造成在不合法的範圍內操作。span（應該是個模板類）則會進行安全檢查。

-------------------------------------------------補充------------------------------------------------

這個問題，前面回答是我看了那個指導手冊（F.24節）後，自己的理解。所以怕有誤。谷歌無果之後，所以提到Quora上（What is the span T in the CppCoreGuidelines?）。

然後Bjarne Stroustrup 親自回答了這個問題（為國外老程序員的敬業默默點贊）。奉上原文：

Span& is introduced into the GSL, not the STL, though it might eventually be proposed for that. It is a non-owning range of contiguous memory intended as an alternative to the error-prone (pointer,count) interfaces. The GSL is here: Microsoft/GSL (its open source code (BSD license), hosted by Microsoft, but in no way Microsoft specific).

大意就是，這個GSL庫目前不是標準庫里的，但是最終目的是併入標準庫。微軟在Github上有GSL庫的開源代碼。地址：Microsoft/GSL

GSL庫裡面的類：GSL/span.h at master · Microsoft/GSL · GitHub

span&說的是[begin, end)這樣一個range，比如說常見memcpy(dest, src, size)這樣的函數，其中src和size等價於[src, src+size)，就是這樣一個range。

BS在比較一些常用的pattern，他的意思是說，如果由他來寫，他會用memcpy(dest, src_begin, src_end)這樣的interface而不是現有的memcpy(dest, src, size)。

span&就是在CppCon 2015裡面提到的array_view&的新名稱，它的主要作用有兩個：

解決傳參時數組退化所導致的丟失數組尺寸的問題
更容易地檢查出因為範圍（ranges）大小錯誤而產生的問題

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舉幾個例子：

1. 給定一個int數組，如何設計一個函數為數組的所有元素+1？

（來自C++ Core Guidelines 條款P.7）

void increment1(int* p, int n) // 容易出錯 { for (int i = 0; i &< n; ++i) ++p[i]; } void use1(int m) { const int n = 10; int a[n] = {}; // ... increment1(a, m); // 不慎將 n 錯打為 m，或者設計者希望 m &<= n // 如果在 m &> n 的情況下調用increment1呢？ // ... }

在這種情況下，只有在increment1訪問p[10]時，錯誤才有可能產生。

這種情況下就可以使用span&：

void increment2(span& p) // 改用span { for (int x : p) ++x; }

void use2(int m) { const int n = 10; int a[n] = {}; // ... increment2({a, m}); // 不慎將 n 錯打為 m，或者設計者希望 m &<= n // ... }

這樣就能保證編譯器在發現 m &> n 的時候就能報錯。

而且如果設計者希望increment作用於所有元素，可以這樣：

void use3(int m) { const int n = 10; int a[n] = {}; // ... increment2(a); // 無須指出元素個數 // ... }

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2. 如何將一個數組裡面的若干個元素複製到另一個數組裡？

（來自C++ Core Guidelines 條款I.13）

你可能會這樣做：

template & void copy_n(const T* p, T* q, int n); // 從 p 里複製 n 個元素到 q

但是這樣做存在兩個問題：

如果 q 的元素個數比 n 小呢？這樣有部分無關內存會被重寫。
如果 p 的元素個數比 n 小呢？這樣有部分無關內存會被讀取。

任何一個問題都是未定義行為，而且是一個潛在的Bug。

這時就可以使用span：

template & void copy(span& p, span& r); // 複製 p 的所有元素到 q

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3. 有一個Circle數組，如何使用一個draw函數列印所有的Circle對象？

（來自C++ Core Guidelines 條款I.13）

class Shape { /* ... */ }; class Circle : public Shape { /* ... */ }

void draw(Shape* p, int n); // 參數是 Shape* 而不是 Circle* Circle arr[10]; // ... draw(arr, 10); // 調用了參數為Shape* 的函數，可能不是調用者的本意

這種調用有兩個問題：

無法確定 n 是否應該是 p 的大小。（雖然有很大可能，但函數聲明無法保證這一點）
Circle[10] 先被隱式地轉換成了 Circle* ，又被轉換成了 Shape* ，沒有任何警告。

在這種情況下使用span可以預防這樣的隱式轉換：

void draw2(span&); Circle arr[10]; // ... draw2(span&(arr)); // 自動推導元素個數 draw2(arr); // 自動推導元素類型與個數

void draw3(span&); draw3(arr); // 錯誤：無法將 Circle[10] 轉換為 span&

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4. 如何從任意一段區間（元素類型為X）搜索某個X類特定值？

（來自C++ Core Guidelines 條款F.24）

X* find(span& r, const X v); // 從 r 里搜尋 v

vector& vec; // ... auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{}); // 在vec里搜尋值為 X{} 的元素

span對象顯式地表示了一段區間，它並不具有這段區間元素的所有權，可以按值傳遞。

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最後放上微軟的span實現：GSL/span.h at master · Microsoft/GSL · GitHub

沒找到你說的span，先看看在stl庫里沒有，如果不在就搜一搜微軟提供的幫助庫參考實現，在ithub上，整個guideline都是利用stl和幫助庫來做的，沒有其他依賴。

C++作者親自為你解答