如何将C风格编译期数组转换为std::array并尽可能减少冗余开销

C++17及以上版本（最推荐） #

C++17引入的类模板实参推导(CTAD) 可以完全省略std::array的模板参数，不需要手动指定数组大小，和原生C数组的写法几乎一致，且完全零开销：

基础数值数组改造示例 #

#include <array>
// 自动推导元素类型为int、大小为5，编译后生成的代码和原生数组完全一致
static constexpr std::array g_numbers{ 1, 2, 3, 4, 5 };

自定义结构体数组改造示例 #

#include <array>
#include <string_view> // 推荐替换裸const char*，编译期可用、无额外开销

// 结构体可命名方便后续复用，也可保留匿名结构
struct CollectionItem
{
    int m_nID;
    std::string_view m_pszName;
};

static constexpr std::array g_collection
{
    CollectionItem{ 1, "Max" },
    CollectionItem{ 2, "Fabian" },
    CollectionItem{ 3, "Martin" },
    // 其余元素直接追加即可，不需要修改模板参数
};

开销说明 #

std::array是标准规定的聚合类型，内存布局和原生C数组完全一致，没有任何额外成员、虚函数表之类的开销，编译优化后生成的汇编代码和原生数组100%相同，不会有代码膨胀或者运行时性能损失。
另外把static const替换为constexpr可以让数组完全在编译期完成初始化，运行时不需要任何构造逻辑，还能直接参与编译期计算。

C++11/14兼容方案 #

如果项目暂时无法升级到C++17，可以用辅助模板自动推导大小，避免手动数元素：

#include <array>
#include <utility>

// 辅助模板，自动推导数组大小和元素类型
template<typename T, typename... Args>
constexpr std::array<T, sizeof...(Args)> make_array(Args&&... args)
{
    return { std::forward<Args>(args)... };
}

// 使用示例
static const auto g_numbers = make_array<int>(1,2,3,4,5);

struct CollectionItem
{
    int m_nID;
    const char* m_pszName;
};

static const auto g_collection = make_array<CollectionItem>(
    CollectionItem{1, "Max"},
    CollectionItem{2, "Fabian"},
    CollectionItem{3, "Martin"}
);

这种写法也不需要手动指定数组大小，开销和C++17版本完全一致。

改造收益 #

• 天然携带数组大小信息，调用STL算法或者传递参数时不会出现数组退化为指针丢失长度的问题
• 自带size()、empty()等工具方法，不需要手动计算数组长度，减少越界风险
• 完全兼容所有原生数组的操作方式，迁移成本极低

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