C++面试八股文：std::array如何实现编译器排序？

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第25面：

面试官：array熟悉吗？

二师兄：你说的是原生数组还是std::array?

面试官：你觉得两者有什么区别？

二师兄：区别不是很大，原生数组（非动态数组）和std::array都在栈上开辟空间，初始化的时候需要提供数组长度，且长度不可改变。有一点区别的是，std::array提供了安全的下标访问方法at，当下标越界时会抛出异常。

面试官：还有其他区别吗？

二师兄：让我想想。。。在当作参数传递时，原生数组会退化为指针，而std::array会保留类型和长度信息。

面试官：好的。知道空数组的长度和长度为0的std::array对象有什么区别吗？

二师兄：（这也太***钻了吧。。）空数组的长度应该是0，但是长度为0的std::array对象的长度是1，因为它是空类。

面试官：如果一个类型的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符是被删除的，可以使用std::array存储它吗？

二师兄：当然可以。只是不能传递这个std::array对象，而只能传递这个对象的引用或指针。

面试官：你觉得array和vector的性能哪个好？

二师兄：array的性能更好，array的内存分配在栈上，编译时候确定需要在栈上开辟的空间。vector的元素存在堆上，需要开辟和释放堆内存。但vector更灵活，如果能提前确定数据量，使用reserve函数一次性开辟空间，性能和array没有太大的差距。

面试官：好的。你刚才说array能在编译时候确定需要在栈上开辟的空间，请问array在编译时还能够做些什么？

二师兄：比如给定一个array，我们可以在编译时求它所以元素的和。

#include <iostream>
#include <array>
constexpr int sum(auto arr)
{
    int res = 0;
    for (size_t i = 0; i < arr.size(); i++) res += arr[i];
    return res;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    constexpr std::array arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    constexpr int res = sum(arr);
    std::cout << res << std::endl;
    return 0;
}
//g++ test.cpp -std=c++20 

面试官：好的，使用array实现编译期排序，没问题吧？

二师兄：（终于，该来的还是来了！）我尝试一下：

#include <iostream>
#include <array>

constexpr auto sort(auto arr)
{
    for ( int i = 0; i < arr.size() -1; i++)
    {
        for ( int j = 0; j < arr.size() - i -1; j++)
        {
            if (arr[j] < arr[j + 1])
            {
                auto tmp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = tmp;
            }
        }
    }
    return arr;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    constexpr std::array arr {10.5, 28.6, 4.4, 23.8, 12.4, 3.8, 19.7, 17.5, 19.1, 0.6, 1.9, 1.5, 25.4, 5.4};

    constexpr auto arr2 = sort(arr);
    
    for (size_t i = 0; i < arr2.size(); i++)
    {
        std::cout << arr2[i] << std::endl;
    }

    return 0;
}
//g++ test2.cpp -std=c++20

二师兄：使用了C++20的auto参数类型自动推断特性，实现了类似于泛型的效果。arr可以是任何实现了constexpr opearator<函数的类型。

面试官：好的，不错，回去等通知吧。