没有 bool 数组的类模板特化？

Question

根据https://en.cppreference.com/，std::vector<bool>具有类模板专业化，而std::array<bool, N>没有。不提供的原因有哪些？

Answer 1

当std::vector被引入时，专业化bool被认为是一个好主意。基本上在那个时候，普通电脑有4MB的内存，所以节省电脑内存是相当重要的。现在我们只说“内存很便宜”（引用鲍勃叔叔的话）。

后来事实证明，这种专业化造成的问题多于其价值。

问题在于，与常规的老式 C-array 相比，这种向量的元素之一的地址是一个复杂的对象（它必须存储关于哪个位保存哪个值的信息）bool a[]。

由于必须保留兼容性，因此不能放弃此专业化，但根据该课程，相同的方法并未应用于std::array.

另一个原因是它std::array应该是一个C数组包装器，所以它必须尽可能相似bool a[N]，并且在使用时必须产生相同的机器代码。

最后一件事，正如 Cody Gray 在有问题的评论中指出的那样，std::bitset是一个恒定大小的位数组，因此此类功能已经可用（并且可以在需要时使用）。

Answer 2

这是一个关于 C++ 进化史的问题。事后看来，一个可能的解释是：

std::vector<bool>是一个错误。astd::vector<bool>与 非常不同，这是一个主要的烦恼std::vector<T>。与vectors一起使用的通用代码通常需要std::vector<bool>. 用户通常不得不应用奇怪的解决方法，例如使用std::vector<char>代替std::vector<bool>. 现在我们不能在不破坏大量现有代码的情况下返回。以我们现在所知道的，也许std::vector<bool>永远不会把它变成 C++。

std::array仅在 C++11 中添加。没有理由再犯同样的错误。

Answer 3

最初的动机，专门std::vector为bool是优化内存使用情况。

然而，这是一个坏主意，因为这种专业化的行为与平时不同std::vector（请参见下面的示例）。

这个错误后来没有用 C++11 重现 std::array

#include <array>
#include <vector>

int main()
{
  std::vector<int> i_v(4);
  int i_a = *&i_v[3]; // ok

  std::vector<bool> v(4);
  bool a = *&v[3]; // Compile-time error

  std::array<bool,4> w;
  bool b = *&w[3]; // ok
}

Answer 4

该std::vector<bool>专业化引入早在1994年，作为每lib.vector.bool的WG21 / N0545 ^（1） [重点矿]：

23.1.6 类vector<bool>[lib.vector.bool]

为了优化空间分配，提供了一个专业化bool：[...]

出于优化空间分配的动机，这是当时稀少的资源。

回想起来，结果证明这是一个非常糟糕的主意，随着计算机硬件可用空间的快速增长，最初的动机变得毫无意义。

std::array另一方面，在 C++11 中引入了很久之后，例如auto类型推导，一种突出了特化的另一个问题的机制std::vector<bool>。自然，库规范编写者std::vector<bool>在设计时不会重复同样的错误std::array。

例如，以下代码段

#include <type_traits>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<bool> v{false, false, true, true};
    auto bool_value = v[1];
    static_assert(std::is_same_v<decltype(bool_value), bool>, "");  // Error!
}   

失败，错误消息bool_value不是 type bool，而是神秘类型（实现定义）

error: static_assert failed due to requirement
'std::is_same_v<
    std::__1::__bit_reference<
        std::__1::vector<bool, std::__1::allocator<bool>>, true>, 
    bool>' ""

_{(1)信息系统国际标准草案的工作文件——编程语言 C++。}