C++初阶：STL详解（四）——vector迭代器失效问题

news2024/11/17 7:53:21

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所属专栏：C++：由浅入深篇

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一：迭代器失效的本质

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

二：迭代器失效的几种场景

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

以下的这几种场景也可以分成是由扩容引起的迭代器失效和非扩容引起的迭代器失效。

1. 引起其底层空间改变的操作（扩容）

这都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。

举个例子：

int main()
{
	vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
	
    auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
    {
	   cout << *it << " ";
	   ++it;
    } 

   cout << endl;
   return 0;

}

运行结果：

此时还是正常的，我们接着往下看。

void vector1()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();

	// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
	v.resize(100, 8);

	// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
	// v.reserve(100);

	// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
	// v.insert(v.begin(), 0);
	// v.push_back(8);

	// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
	//v.assign(100, 8);

	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	
	
}

运行结果：

出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。

2.指定位置元素的插入删除操作—insert / erase（非扩容）

insert:

void vector3()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	int x;
	cin >> x;
	auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
		// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
		v.insert(p, 20);
		(*p) *= 10;
	}

}

运行结果：

这里没有扩容，为什么insert还是导致迭代器失效了？其实我们p起初是指向2位置的迭代器，我们在p位置插入数据后，p就不指向2位置的迭代器了，虽然并没有因为扩容，使得p成为野指针，但是我们认为位置意义已经变了，insert之后迭代器也失效了，不要访问，如果非要访问，就更新这个失效的迭代器的值。

erase：

void vector2()
{
	int a [] = { 1,2,3,4,5,6 };

	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);

	// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
	v.erase(pos);

	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
}

运行结果：

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。

后者的情况更好理解一点，前面那种情况我们可以类比insert来理解，删除指定位置上的元素后，位置意义已经变了，erase之后，迭代器也失效了。

3.其他环境下的迭代器失效

注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端，一般迭代器失效也能运行，只不过运行结果会出错。要知道的是迭代器失效一定会导致结果错误，所有我们使用过程中要非常注意。

4.string的迭代器失效

与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效。

void vector4()
{
	string s("hello world");
	auto it = s.begin();
	// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
	// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
	// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
	s.resize(20, '!');
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	} 
		cout << endl;
	it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
	// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
	// it位置的迭代器就失效了
	   s.erase(it);
	   ++it;
	}
}

运行结果：

三.迭代器失效的解决方法

万能钥匙：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

示例一：

void vector01()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();

	v.resize(100, 8);

    it = v.begin();//重新赋值
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;


}

运行结果：

示例二：

void vector02()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	int x;
	cin >> x;
	auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
		// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
		p = v.insert(p, 20);//更新迭代器，给迭代器重新赋值
		(*p) *= 10;
	}

	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}

	cout << endl;
}

运行结果：

示例三：

void vector03()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5,6 };

	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);

	// 删除pos位置的数据,对pos迭代器重新赋值，更新迭代器
	pos = v.erase(pos);

	cout << *pos << endl; 
}

运行结果：