为何std::array的operator[]不保留数组的值类别？

我原本以为当std::array是右值时，调用operator[]会返回右值，但实际并非如此——它没有按值类别区分的重载。反观std::optional，就会尊重值类别提供对应的重载，比如：

const T &&operator[](size_type pos) const &&
const T &operator[](size_type pos) const &
T &&operator[](size_type pos) &&
T &operator[](size_type pos) &

这个问题不止出现在operator[]上，std::array的所有访问函数都存在这个情况。

下面的代码可以直观展示std::array和原生数组的差异：原生数组作为右值时，下标运算符会返回右值引用，但std::array做不到这一点：

#include <array>
#include <utility>
#include <type_traits>
#include <cstdio>

int main() {
    int old_way[1];
    std::array<int, 1> new_way;

    printf("old_way, is_rvalue_reference: %d\n", std::is_rvalue_reference_v<decltype(std::move(old_way)[0])>);
    printf("new_way, is_rvalue_reference: %d\n", std::is_rvalue_reference_v<decltype(std::move(new_way)[0])>);
}

程序输出：

old_way, is_rvalue_reference: 1
new_way, is_rvalue_reference: 0

背后的设计原因 #

1. 标准迭代的时间差：std::array在C11就已加入标准库，而基于值类别区分成员函数重载的设计范式，是在C17引入std::optional这类新组件时才被广泛应用的。早期标准库设计时，右值引用的最佳实践还未完全成熟。

2. 兼容性优先：标准委员会对已有标准库组件的修改极为谨慎，避免破坏现有代码的兼容性。虽然给std::array添加值类别重载逻辑上合理，但可能存在依赖当前行为的旧代码，因此没有贸然修改。

3. 定位与权衡：std::array的核心定位是“轻量包装原生数组”，早期设计更侧重与原生数组在内存布局、性能特性上的对齐，而值类别匹配的语义完善被放在了次要位置。后续新增的标准库组件则吸收了更成熟的右值引用设计经验，自然支持了这类重载。

如果需要让右值std::array的访问返回右值引用，可以手动显式转换，比如对右值std::array的元素取右值引用：static_cast<T&&>(std::move(new_way)[pos])。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者geza