Home | History | Annotate | Line # | Download | only in std
      1 // <array> -*- C++ -*-
      2 
      3 // Copyright (C) 2007-2024 Free Software Foundation, Inc.
      4 //
      5 // This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
      6 // software; you can redistribute it and/or modify it under the
      7 // terms of the GNU General Public License as published by the
      8 // Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
      9 // any later version.
     10 
     11 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
     12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
     13 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
     14 // GNU General Public License for more details.
     15 
     16 // Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
     17 // permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
     18 // 3.1, as published by the Free Software Foundation.
     19 
     20 // You should have received a copy of the GNU General Public License and
     21 // a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
     22 // see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
     23 // <http://www.gnu.org/licenses/>.
     24 
     25 /** @file include/array
     26  *  This is a Standard C++ Library header.
     27  */
     28 
     29 #ifndef _GLIBCXX_ARRAY
     30 #define _GLIBCXX_ARRAY 1
     31 
     32 #pragma GCC system_header
     33 
     34 #if __cplusplus < 201103L
     35 # include <bits/c++0x_warning.h>
     36 #else
     37 
     38 #include <compare>
     39 #include <initializer_list>
     40 
     41 #include <type_traits>
     42 #include <bits/functexcept.h>
     43 #include <bits/stl_algobase.h>
     44 #include <bits/range_access.h> // std::begin, std::end etc.
     45 #include <bits/utility.h>      // std::index_sequence, std::tuple_size
     46 #include <debug/assertions.h>
     47 
     48 #define __glibcxx_want_array_constexpr
     49 #define __glibcxx_want_freestanding_array
     50 #define __glibcxx_want_nonmember_container_access
     51 #define __glibcxx_want_to_array
     52 #include <bits/version.h>
     53 
     54 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
     55 {
     56 _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     57 
     58   template<typename _Tp, size_t _Nm>
     59     struct __array_traits
     60     {
     61       using _Type = _Tp[_Nm];
     62       using _Is_swappable = __is_swappable<_Tp>;
     63       using _Is_nothrow_swappable = __is_nothrow_swappable<_Tp>;
     64     };
     65 
     66  template<typename _Tp>
     67    struct __array_traits<_Tp, 0>
     68    {
     69      // Empty type used instead of _Tp[0] for std::array<_Tp, 0>.
     70      struct _Type
     71      {
     72        // Indexing is undefined.
     73        __attribute__((__always_inline__,__noreturn__))
     74        _Tp& operator[](size_t) const noexcept { __builtin_trap(); }
     75 
     76        // Conversion to a pointer produces a null pointer.
     77        __attribute__((__always_inline__))
     78        constexpr explicit operator _Tp*() const noexcept { return nullptr; }
     79      };
     80 
     81      using _Is_swappable = true_type;
     82      using _Is_nothrow_swappable = true_type;
     83    };
     84 
     85   /**
     86    *  @brief A standard container for storing a fixed size sequence of elements.
     87    *
     88    *  @ingroup sequences
     89    *
     90    *  Meets the requirements of a <a href="tables.html#65">container</a>, a
     91    *  <a href="tables.html#66">reversible container</a>, and a
     92    *  <a href="tables.html#67">sequence</a>.
     93    *
     94    *  Sets support random access iterators.
     95    *
     96    *  @tparam  Tp  Type of element. Required to be a complete type.
     97    *  @tparam  Nm  Number of elements.
     98   */
     99   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    100     struct array
    101     {
    102       typedef _Tp 	    			      value_type;
    103       typedef value_type*			      pointer;
    104       typedef const value_type*                       const_pointer;
    105       typedef value_type&                   	      reference;
    106       typedef const value_type&             	      const_reference;
    107       typedef value_type*          		      iterator;
    108       typedef const value_type*			      const_iterator;
    109       typedef std::size_t                    	      size_type;
    110       typedef std::ptrdiff_t                   	      difference_type;
    111       typedef std::reverse_iterator<iterator>	      reverse_iterator;
    112       typedef std::reverse_iterator<const_iterator>   const_reverse_iterator;
    113 
    114       // Support for zero-sized arrays mandatory.
    115       typename __array_traits<_Tp, _Nm>::_Type        _M_elems;
    116 
    117       // No explicit construct/copy/destroy for aggregate type.
    118 
    119       // DR 776.
    120       _GLIBCXX20_CONSTEXPR void
    121       fill(const value_type& __u)
    122       { std::fill_n(begin(), size(), __u); }
    123 
    124       _GLIBCXX20_CONSTEXPR void
    125       swap(array& __other)
    126       noexcept(__array_traits<_Tp, _Nm>::_Is_nothrow_swappable::value)
    127       { std::swap_ranges(begin(), end(), __other.begin()); }
    128 
    129       // Iterators.
    130       [[__gnu__::__const__, __nodiscard__]]
    131       _GLIBCXX17_CONSTEXPR iterator
    132       begin() noexcept
    133       { return iterator(data()); }
    134 
    135       [[__nodiscard__]]
    136       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_iterator
    137       begin() const noexcept
    138       { return const_iterator(data()); }
    139 
    140       [[__gnu__::__const__, __nodiscard__]]
    141       _GLIBCXX17_CONSTEXPR iterator
    142       end() noexcept
    143       { return iterator(data() + _Nm); }
    144 
    145       [[__nodiscard__]]
    146       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_iterator
    147       end() const noexcept
    148       { return const_iterator(data() + _Nm); }
    149 
    150       [[__gnu__::__const__, __nodiscard__]]
    151       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reverse_iterator
    152       rbegin() noexcept
    153       { return reverse_iterator(end()); }
    154 
    155       [[__nodiscard__]]
    156       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_reverse_iterator
    157       rbegin() const noexcept
    158       { return const_reverse_iterator(end()); }
    159 
    160       [[__gnu__::__const__, __nodiscard__]]
    161       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reverse_iterator
    162       rend() noexcept
    163       { return reverse_iterator(begin()); }
    164 
    165       [[__nodiscard__]]
    166       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_reverse_iterator
    167       rend() const noexcept
    168       { return const_reverse_iterator(begin()); }
    169 
    170       [[__nodiscard__]]
    171       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_iterator
    172       cbegin() const noexcept
    173       { return const_iterator(data()); }
    174 
    175       [[__nodiscard__]]
    176       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_iterator
    177       cend() const noexcept
    178       { return const_iterator(data() + _Nm); }
    179 
    180       [[__nodiscard__]]
    181       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_reverse_iterator
    182       crbegin() const noexcept
    183       { return const_reverse_iterator(end()); }
    184 
    185       [[__nodiscard__]]
    186       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_reverse_iterator
    187       crend() const noexcept
    188       { return const_reverse_iterator(begin()); }
    189 
    190       // Capacity.
    191       [[__nodiscard__, __gnu__::__const__, __gnu__::__always_inline__]]
    192       constexpr size_type
    193       size() const noexcept { return _Nm; }
    194 
    195       [[__nodiscard__, __gnu__::__const__, __gnu__::__always_inline__]]
    196       constexpr size_type
    197       max_size() const noexcept { return _Nm; }
    198 
    199       [[__nodiscard__, __gnu__::__const__, __gnu__::__always_inline__]]
    200       constexpr bool
    201       empty() const noexcept { return size() == 0; }
    202 
    203       // Element access.
    204       [[__nodiscard__]]
    205       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reference
    206       operator[](size_type __n) noexcept
    207       {
    208 	__glibcxx_requires_subscript(__n);
    209 	return _M_elems[__n];
    210       }
    211 
    212       [[__nodiscard__]]
    213       constexpr const_reference
    214       operator[](size_type __n) const noexcept
    215       {
    216 #if __cplusplus >= 201402L
    217 	__glibcxx_requires_subscript(__n);
    218 #endif
    219 	return _M_elems[__n];
    220       }
    221 
    222       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reference
    223       at(size_type __n)
    224       {
    225 	if (__n >= _Nm)
    226 	  std::__throw_out_of_range_fmt(__N("array::at: __n (which is %zu) "
    227 					    ">= _Nm (which is %zu)"),
    228 					__n, _Nm);
    229 	return _M_elems[__n];
    230       }
    231 
    232       constexpr const_reference
    233       at(size_type __n) const
    234       {
    235 	// Result of conditional expression must be an lvalue so use
    236 	// boolean ? lvalue : (throw-expr, lvalue)
    237 	return __n < _Nm ? _M_elems[__n]
    238 	  : (std::__throw_out_of_range_fmt(__N("array::at: __n (which is %zu) "
    239 					       ">= _Nm (which is %zu)"),
    240 					   __n, _Nm),
    241 	     _M_elems[__n]);
    242       }
    243 
    244       [[__nodiscard__]]
    245       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reference
    246       front() noexcept
    247       {
    248 	__glibcxx_requires_nonempty();
    249 	return _M_elems[(size_type)0];
    250       }
    251 
    252       [[__nodiscard__]]
    253       constexpr const_reference
    254       front() const noexcept
    255       {
    256 #if __cplusplus >= 201402L
    257 	__glibcxx_requires_nonempty();
    258 #endif
    259 	return _M_elems[(size_type)0];
    260       }
    261 
    262       [[__nodiscard__]]
    263       _GLIBCXX17_CONSTEXPR reference
    264       back() noexcept
    265       {
    266 	__glibcxx_requires_nonempty();
    267 	return _M_elems[_Nm - 1];
    268       }
    269 
    270       [[__nodiscard__]]
    271       constexpr const_reference
    272       back() const noexcept
    273       {
    274 #if __cplusplus >= 201402L
    275 	__glibcxx_requires_nonempty();
    276 #endif
    277 	return _M_elems[_Nm - 1];
    278       }
    279 
    280       [[__nodiscard__, __gnu__::__const__, __gnu__::__always_inline__]]
    281       _GLIBCXX17_CONSTEXPR pointer
    282       data() noexcept
    283       { return static_cast<pointer>(_M_elems); }
    284 
    285       [[__nodiscard__]]
    286       _GLIBCXX17_CONSTEXPR const_pointer
    287       data() const noexcept
    288       { return static_cast<const_pointer>(_M_elems); }
    289     };
    290 
    291 #if __cpp_deduction_guides >= 201606
    292   template<typename _Tp, typename... _Up>
    293     array(_Tp, _Up...)
    294       -> array<enable_if_t<(is_same_v<_Tp, _Up> && ...), _Tp>,
    295 	       1 + sizeof...(_Up)>;
    296 #endif
    297 
    298   // Array comparisons.
    299   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    300     [[__nodiscard__]]
    301     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    302     inline bool
    303     operator==(const array<_Tp, _Nm>& __one, const array<_Tp, _Nm>& __two)
    304     { return std::__equal_aux1(__one.begin(), __one.end(), __two.begin()); }
    305 
    306 #if __cpp_lib_three_way_comparison // C++ >= 20 && lib_concepts
    307   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    308     [[nodiscard]]
    309     constexpr __detail::__synth3way_t<_Tp>
    310     operator<=>(const array<_Tp, _Nm>& __a, const array<_Tp, _Nm>& __b)
    311     {
    312       if constexpr (_Nm && __is_memcmp_ordered<_Tp>::__value)
    313 	if (!std::__is_constant_evaluated())
    314 	  {
    315 	    constexpr size_t __n = _Nm * sizeof(_Tp);
    316 	    return __builtin_memcmp(__a.data(), __b.data(), __n) <=> 0;
    317 	  }
    318 
    319       for (size_t __i = 0; __i < _Nm; ++__i)
    320 	{
    321 	  auto __c = __detail::__synth3way(__a[__i], __b[__i]);
    322 	  if (__c != 0)
    323 	    return __c;
    324 	}
    325       return strong_ordering::equal;
    326     }
    327 #else
    328   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    329     [[__nodiscard__]]
    330     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    331     inline bool
    332     operator!=(const array<_Tp, _Nm>& __one, const array<_Tp, _Nm>& __two)
    333     { return !(__one == __two); }
    334 
    335   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    336     [[__nodiscard__]]
    337     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    338     inline bool
    339     operator<(const array<_Tp, _Nm>& __a, const array<_Tp, _Nm>& __b)
    340     {
    341       return std::lexicographical_compare(__a.begin(), __a.end(),
    342 					  __b.begin(), __b.end());
    343     }
    344 
    345   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    346     [[__nodiscard__]]
    347     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    348     inline bool
    349     operator>(const array<_Tp, _Nm>& __one, const array<_Tp, _Nm>& __two)
    350     { return __two < __one; }
    351 
    352   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    353     [[__nodiscard__]]
    354     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    355     inline bool
    356     operator<=(const array<_Tp, _Nm>& __one, const array<_Tp, _Nm>& __two)
    357     { return !(__one > __two); }
    358 
    359   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    360     [[__nodiscard__]]
    361     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    362     inline bool
    363     operator>=(const array<_Tp, _Nm>& __one, const array<_Tp, _Nm>& __two)
    364     { return !(__one < __two); }
    365 #endif // three_way_comparison && concepts
    366 
    367   // Specialized algorithms.
    368   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    369     _GLIBCXX20_CONSTEXPR
    370     inline
    371 #if __cplusplus > 201402L || !defined(__STRICT_ANSI__) // c++1z or gnu++11
    372     // Constrained free swap overload, see p0185r1
    373     __enable_if_t<__array_traits<_Tp, _Nm>::_Is_swappable::value>
    374 #else
    375     void
    376 #endif
    377     swap(array<_Tp, _Nm>& __one, array<_Tp, _Nm>& __two)
    378     noexcept(noexcept(__one.swap(__two)))
    379     { __one.swap(__two); }
    380 
    381 #if __cplusplus > 201402L || !defined(__STRICT_ANSI__) // c++1z or gnu++11
    382   template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    383     __enable_if_t<!__array_traits<_Tp, _Nm>::_Is_swappable::value>
    384     swap(array<_Tp, _Nm>&, array<_Tp, _Nm>&) = delete;
    385 #endif
    386 
    387   template<std::size_t _Int, typename _Tp, std::size_t _Nm>
    388     [[__nodiscard__]]
    389     constexpr _Tp&
    390     get(array<_Tp, _Nm>& __arr) noexcept
    391     {
    392       static_assert(_Int < _Nm, "array index is within bounds");
    393       return __arr._M_elems[_Int];
    394     }
    395 
    396   template<std::size_t _Int, typename _Tp, std::size_t _Nm>
    397     [[__nodiscard__]]
    398     constexpr _Tp&&
    399     get(array<_Tp, _Nm>&& __arr) noexcept
    400     {
    401       static_assert(_Int < _Nm, "array index is within bounds");
    402       return std::move(std::get<_Int>(__arr));
    403     }
    404 
    405   template<std::size_t _Int, typename _Tp, std::size_t _Nm>
    406     [[__nodiscard__]]
    407     constexpr const _Tp&
    408     get(const array<_Tp, _Nm>& __arr) noexcept
    409     {
    410       static_assert(_Int < _Nm, "array index is within bounds");
    411       return __arr._M_elems[_Int];
    412     }
    413 
    414   template<std::size_t _Int, typename _Tp, std::size_t _Nm>
    415     [[__nodiscard__]]
    416     constexpr const _Tp&&
    417     get(const array<_Tp, _Nm>&& __arr) noexcept
    418     {
    419       static_assert(_Int < _Nm, "array index is within bounds");
    420       return std::move(std::get<_Int>(__arr));
    421     }
    422 
    423 #ifdef __cpp_lib_to_array // C++ >= 20 && __cpp_generic_lambdas >= 201707L
    424   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    425     [[nodiscard]]
    426     constexpr array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm>
    427     to_array(_Tp (&__a)[_Nm])
    428     noexcept(is_nothrow_constructible_v<_Tp, _Tp&>)
    429     {
    430       static_assert(!is_array_v<_Tp>);
    431       static_assert(is_constructible_v<_Tp, _Tp&>);
    432       if constexpr (is_constructible_v<_Tp, _Tp&>)
    433 	{
    434 	  if constexpr (is_trivially_copyable_v<_Tp>
    435 			  && is_trivially_default_constructible_v<_Tp>
    436 			  && is_copy_assignable_v<_Tp>)
    437 	    {
    438 	      array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm> __arr;
    439 	      if (!__is_constant_evaluated() && _Nm != 0)
    440 		__builtin_memcpy((void*)__arr.data(), (void*)__a, sizeof(__a));
    441 	      else
    442 		for (size_t __i = 0; __i < _Nm; ++__i)
    443 		  __arr._M_elems[__i] = __a[__i];
    444 	      return __arr;
    445 	    }
    446 	  else
    447 	    return [&__a]<size_t... _Idx>(index_sequence<_Idx...>) {
    448 	      return array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm>{{ __a[_Idx]... }};
    449 	    }(make_index_sequence<_Nm>{});
    450 	}
    451       else
    452 	__builtin_unreachable(); // FIXME: see PR c++/91388
    453     }
    454 
    455   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    456     [[nodiscard]]
    457     constexpr array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm>
    458     to_array(_Tp (&&__a)[_Nm])
    459     noexcept(is_nothrow_move_constructible_v<_Tp>)
    460     {
    461       static_assert(!is_array_v<_Tp>);
    462       static_assert(is_move_constructible_v<_Tp>);
    463       if constexpr (is_move_constructible_v<_Tp>)
    464 	{
    465 	  if constexpr (is_trivially_copyable_v<_Tp>
    466 			  && is_trivially_default_constructible_v<_Tp>
    467 			  && is_copy_assignable_v<_Tp>)
    468 	    {
    469 	      array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm> __arr;
    470 	      if (!__is_constant_evaluated() && _Nm != 0)
    471 		__builtin_memcpy((void*)__arr.data(), (void*)__a, sizeof(__a));
    472 	      else
    473 		for (size_t __i = 0; __i < _Nm; ++__i)
    474 		  __arr._M_elems[__i] = __a[__i];
    475 	      return __arr;
    476 	    }
    477 	  else
    478 	    return [&__a]<size_t... _Idx>(index_sequence<_Idx...>) {
    479 	      return array<remove_cv_t<_Tp>, _Nm>{{ std::move(__a[_Idx])... }};
    480 	    }(make_index_sequence<_Nm>{});
    481 	}
    482       else
    483 	__builtin_unreachable(); // FIXME: see PR c++/91388
    484     }
    485 #endif // __cpp_lib_to_array
    486 
    487   // Tuple interface to class template array.
    488 
    489   /// Partial specialization for std::array
    490   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    491     struct tuple_size<array<_Tp, _Nm>>
    492     : public integral_constant<size_t, _Nm> { };
    493 
    494   /// Partial specialization for std::array
    495   template<size_t _Ind, typename _Tp, size_t _Nm>
    496     struct tuple_element<_Ind, array<_Tp, _Nm>>
    497     {
    498       static_assert(_Ind < _Nm, "array index is in range");
    499       using type = _Tp;
    500     };
    501 
    502 #if __cplusplus >= 201703L
    503   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    504     inline constexpr size_t tuple_size_v<array<_Tp, _Nm>> = _Nm;
    505 
    506   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    507     inline constexpr size_t tuple_size_v<const array<_Tp, _Nm>> = _Nm;
    508 #endif
    509 
    510   template<typename _Tp, size_t _Nm>
    511     struct __is_tuple_like_impl<array<_Tp, _Nm>> : true_type
    512     { };
    513 
    514 _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
    515 } // namespace std
    516 
    517 #endif // C++11
    518 
    519 #endif // _GLIBCXX_ARRAY
    520