C++11基于范围的for循环vector容器扩容详解迭代器失效

news2025/1/11 1:40:06

C++11基于范围for循环

vector容器扩容详解

迭代器失效

总结

C++11基于范围for循环

对于一个有范围的集合
来说，在程序代码中指定循环的范围有时候是多余的，还可能犯错误。

为此C++11中引入了基于范围的for循环。

语法：

语法：

for (迭代的变量 : 迭代的范围)

{

// 循环体。

}

对于一个vector<int>容器，我们一般会这样遍历：

但是基于范围的for循环是这样的：

它的原理就是从v01中取到一个内容赋值给变量val；然后在循环体中操作val；

记住他的原理，很重要！

迭代的范围不仅仅可以使用容器，也可以使用数组或者初始化列表，如下：

还有很重要的一点：

如果容器中的元素是结构体和类，迭代器变量应该申明为引用，加const约束表示只读。

我们演示一下类，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	string m_name;

	MyClass() { cout << "默认构造函数AA()。\n"; }

	MyClass(const string& name) : m_name(name) { cout << "构造函数，name=" << m_name << "。\n"; }

	MyClass(const MyClass& a) : m_name(a.m_name) { cout << "拷贝构造函数，name=" << m_name << "。\n"; }

	MyClass& operator=(const MyClass& a) { m_name = a.m_name;  cout << "赋值函数，name=" << m_name << "。\n";  return *this; }

	~MyClass() { cout << "析构函数，name=" << m_name<<"。\n"; }
};

int main()
{

    return 0;
}

首先我们需要先明白vector容器扩充的原理：

main函数代码如下：

int main()
{
    vector<MyClass> v;
	cout << "v.capacity()=" << v.capacity() << "----------------------------------\n";
	v.emplace_back("www");
	cout << "v.capacity()=" << v.capacity() << "----------------------------------\n";
	v.emplace_back("eee");
	cout << "v.capacity()=" << v.capacity() << "----------------------------------\n";
	v.emplace_back("rrr");
	cout << "v.capacity()=" << v.capacity() << "----------------------------------\n";

    return 0;
}

capacity指的是vector已使用的大小；

运行：

接下来我们一步一步分析；

vector容器扩容详解

首先我们使用了vector的无参构造，它已使用容量大小是0；

然后emplace_back()函数构造了一个m_name为"www"的对象，调用了一次MyClass的构造函数；

然后显示容量此时为1；

重点：

然后再次构造一个m_name为eee的对象，输出了三行日志，为什么呢？

首先vector容器原来的大小capacity()=1，1是无法满足两个元素的("www"，"eee")，所以需要扩充，但是vector容器的扩充分为四个步骤：

1、申请一个新的地址，这个地址可以存放下"www"，和"eee"的对象，这一步没有日志；

2、构造"eee"存放到新的地址，显示构造函数，name="eee"。

3、将原来地址中的"www"拷贝过来，显示拷贝构造，name="www"。

4、释放原来的内存，显示析构函数，name="www"。

知道了vector扩充的步骤，下面的日志大家可以自己分析了；

讲vector容器扩充的步骤，主要是为了分析日志，让大家不要对接下来的输出的日志感觉迷茫；

现在我们已知，该容器有三个元素，那么我们会怎么访问这三个元素呢？

我们首先想到的肯定是这样写：

for (auto a : v)
	cout << a.m_name << " ";
cout << endl;

auto可以自动推导出v的类型；

运行一下：

红框上面的我们已经介绍了，不会再迷茫了；

红框中的内容又输出了一堆，为什么呢？我们分析一下：

还记不记得上面讲的基于范围for循环原理？从迭代的范围中取到一个内容赋值给迭代的变量

在这里就是从v中取到一个内容赋值给a；

v中都是什么内容呢？"www"、"eee"、"rrr"的对象，一共三个对象；

那么第一次循环，我们将"www"的对象赋值给a，会调用拷贝构造，显示拷贝构造函数，name=www。

然后我们循环体中显示www和一个空格（也就是第二行日志的开头）；

然后因为我们是将"www"的对象拷贝给a，那么a使用完这个对象肯定要析构啊，所以调用了析构函数，显示析构函数，name=www。

至此前两行的日志已经解释完毕；下面的原理都一样，不解释了；

所以下面这张图我们应该明白了：

for循环输出一个内容，就要拷贝一次，析构一次，这肯定不是我们想要的结果对吧？

那么怎么办呢？

因为我们a是拷贝过来的副本，所以a才有必要析构它，但是如果a使用的就是vector容器中的对象，不是拷贝过来的副本，就没有必要析构它，因为他不归a所管；

怎么让a是容器中的对象而不是拷贝的副本呢？引用；

如下：

没有拷贝构造，因为我们使用的是vector容器中的对象本身，不会发生拷贝，既然没拷贝就不会有拷贝构造的日志，a也不会析构它；

这样还不是最完美的，为什么呢？

因为我们的a现在拿到的不是拷贝副本，而是vector容器中真正的数据，那么如果a操作了vector容器中的数据还是比较危险的，所以a应该加上const，不可修改vector容器中的数据；

如下：

所以这就是为什么：如果容器中的元素是结构体和类，迭代器变量应该申明为引用，加const约束表示只读。

迭代器失效

最后基于范围的for循环还要注意迭代器失效的问题，在vector容器中，使用resize()、reserve()、assign()、push_back()、pop_back()、insert()、erase()等函数会引起vector容器的动态数组发生变化，可能导致vector迭代器失效。

演示一下，迭代器失效，代码如下：

上面是正常情况下的运行结果，下面取消注释：

只有1，正常显示了，这是为什么呢？就是迭代器失效了

如果不知道为什么迭代器失效，说明上面的vector容器扩充的四个步骤没有学好

我们分析一下：

首先第一次循环，先输出val和空格；此时val是第一个元素，所以输出了1；

然后v.push_back(2)；这一行代码，由于原来的vector容器的数量不能满足再填充一个2进去，所以这行代码会触发vector容器的扩充；

扩充四个步骤：1、申请新地址；2、将新的内容填充到新地址；3、将原地址中的内容拷贝到新地址；4、释放原地址；

当我们的v.push_back(2)运行完了之后，vector容器元素的地址已经发生了改变，但是我们的val还是在原来的地址中取内容，因为这是已经编译好的地址，同时原来的地址已经被释放了，所以输出了四个垃圾值；

最后注意：

如果我们想验证容器扩充之后，地址发生了改变，那么假设我们的容器是vector<int> aa({1,2,3,4,5})；那么我们想要输出aa元素的首地址，千万不能这样写：&aa；因为这样获得的是vector容器的地址，在栈区；我们想要输出aa元素的首地址必须使用STL提供的函数，aa.data()这样就能获取aa元素的首地址；