如何创建存储非默认构造类型的固定大小std::array类成员

原代码无法编译的核心原因是std::array是聚合类型：当你在array_of_ndc的构造函数体中尝试给arr赋值时，arr已经完成了默认初始化——而默认初始化std::array<T,N>会尝试默认构造每一个T元素，这对于无默认构造函数的类型（比如not_default_constructible）来说直接触发编译错误。

你的手动内存管理方案虽然可行，但放弃了std::array的所有原生特性（迭代器、STL算法兼容、内置的size/data接口等），完全没必要。以下是符合STL风格的解决方案，既保留std::array的优势，又避免默认构造要求。

C++20 简洁实现 #

利用C++20的模板lambda和编译期索引序列，直接在成员初始化列表中完成std::array的初始化：

#include <array>
#include <cstddef>
#include <type_traits>
#include <utility>

struct not_default_constructible
{
    not_default_constructible(int){}
};

static_assert(!std::is_default_constructible_v<not_default_constructible>);

template<typename T, long N>
struct array_of_ndc
{
    std::array<T, N> arr;

    // 拷贝初始化每个元素
    explicit array_of_ndc(const T& init)
        : arr([&]<std::size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
            // 折叠表达式生成N个init的拷贝，static_cast<void>(Is)消除索引未使用警告
            return std::array<T, N>{(static_cast<void>(Is), init)...};
        }(std::make_index_sequence<N>{}))
    {}

    // 移动初始化每个元素（优化右值场景）
    explicit array_of_ndc(T&& init)
        : arr([&]<std::size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
            return std::array<T, N>{(static_cast<void>(Is), std::move(init))...};
        }(std::make_index_sequence<N>{}))
    {}
};

int main()
{
    array_of_ndc<not_default_constructible, 2> ndc(not_default_constructible{2});
}

原理说明 #

• std::make_index_sequence<N>生成编译期整数序列0,1,...,N-1，标记数组的每个位置
• 模板lambda接收这个序列，通过折叠表达式生成N个init的拷贝（或移动），直接初始化std::array的所有元素
• 整个初始化过程在array_of_ndc的构造函数初始化阶段完成，完全跳过T的默认构造步骤

C++17 兼容实现 #

如果无法使用C++20，可通过辅助函数替代模板lambda：

#include <array>
#include <cstddef>
#include <type_traits>
#include <utility>

struct not_default_constructible
{
    not_default_constructible(int){}
};

static_assert(!std::is_default_constructible_v<not_default_constructible>);

// 辅助函数：用给定初始化值生成std::array
template<typename T, std::size_t... Is>
std::array<T, sizeof...(Is)> make_array_from_init(const T& init, std::index_sequence<Is...>)
{
    return {(static_cast<void>(Is), init)...};
}

template<typename T, std::size_t... Is>
std::array<T, sizeof...(Is)> make_array_from_init(T&& init, std::index_sequence<Is...>)
{
    return {(static_cast<void>(Is), std::move(init))...};
}

template<typename T, long N>
struct array_of_ndc
{
    std::array<T, N> arr;

    explicit array_of_ndc(const T& init)
        : arr(make_array_from_init(init, std::make_index_sequence<N>{}))
    {}

    explicit array_of_ndc(T&& init)
        : arr(make_array_from_init(std::move(init), std::make_index_sequence<N>{}))
    {}
};

int main()
{
    array_of_ndc<not_default_constructible, 2> ndc(not_default_constructible{2});
}

方案优势 #

• 完全保留std::array的所有特性：支持迭代器、size()/data()接口、兼容所有STL算法
• 不需要手动管理内存和析构逻辑，由std::array自动处理
• 符合STL设计风格，代码简洁且类型安全

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Thornsider3