C++Vector迭代器失效问题的解决方法

2022-11-13 14:11:02 迭代失效解决方法

一、迭代器失效

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、可能引起的迭代器失效的操作

2.1、野指针引起迭代器失效

凡是涉及到扩容操作，都有可能引起迭代器失效，因为vector扩容是分配一个新的数组，然后全部元素移到新的数组中。

下面我们就以Insert函数来举例说明！

示例1：

void test02()
{
	// 在所有的偶数的前面插入2
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			v.insert(it, 20);
			++it; //这里++是为了解决第二种迭代器失效，防止原地踏步
		}
		++it;
	}
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

程序崩溃！

代码解释：如果我们没有预先分配空间，那么在insert的时候会发生扩容，根据我们模拟实现vector可知，STL标准库的vector中insert函数是实现了对迭代器的更新，但是形参列表没有使用输出型参数，所以我们只有通过返回值来接收新的迭代器！

示例2：

如果我们用返回值来接受新的迭代器，则不会崩溃！

void test02()
{
	// 在所有的偶数的前面插入2
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = v.insert(it, 20);//stl中的insert如果发生了扩容是实现了对it位置的更新,并用返回值输出了形参的改变
			++it; //这里++是为了解决第二种迭代器失效，防止原地踏步
		}
		++it;
	}
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

6:6
9:9
1 20 2 3 20 4 5 20 6
请按任意键继续. . .

代码解释：

STL中的insert如果发生了扩容是实现了对it位置的更新,并用返回值输出了形参的改变。

示例3：

如果我们预先预留（reserve）了空间，再插入过程中没发生扩容，那么自然也不会失效了。

void test02()
{
	// 在所有的偶数的前面插入2
	vector<int> v;
	v.reserve(20);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			//it = v.insert(it, 20);
			v.insert(it, 20);
			++it; 
		++it;
	}
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

2.2、迭代器指向的位置意义改变

一般vector删除数据，都不考虑缩容的方案。缩容方案: size() < capacity()/2时，可以考虑开一个size()大小的空间，拷贝数据，释放旧空间。缩容方案本质是时间换空间。一般设计都不会考虑缩容，因为实际比较关注时间效率，不关注空间效率，因为现在硬件设备空间都比较大，空间存储也比较便宜。

示例4：

void test03(){
	vector<int> v;
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	v.reserve(10);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
	if (pos != v.end())
	{
		v.erase(pos);
	}
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << *pos << endl; //只要一访问 系统强制检查(怎么检查的不知道！)， 就报错（linux没报错）
	*pos = 10;
	cout << *pos << endl << endl;
}

代码解释：可见代码确实是实现了删除，但是程序却崩了，原因就是erase后pos失效了，pos的意义变了，（但是在不同平台下对于访问pos的反应是不一样的，因此我们使用的时候要特别小心，统一以失效的角度去看待）。但如果不访问pos指向的内容就不会崩溃！

erase导致的失效：

erase失效都是意义变了。
一般不会有缩容方案，那么erase的失效，一般也不存在野指针的失效。

?????????????

下面我们举个实例：

要我们删除容器中所有偶数：

示例5：

void test05()
{
	std::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(2);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			v.erase(it);//删除了就不移动
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

代码解释：毫无疑问上诉代码会崩溃，因为erase后迭代器it所指向的位置失效，（虽然感觉是可以继续使用的，但在vs下就是不可以使用，在Linux下就可以对这个位置进行访问），所以下面我们用返回值来更新迭代器。

示例6：

void test05()
{
	std::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(2);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = v.erase(it);//删除了就不移动
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

1 3 5
请按任意键继续. . .

代码解释：可见成功的删除了其中的偶数！

其中缘由：erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前移动，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不会失效，但是如果pos位置刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end的位置是没有有效元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置元素时，vs均认为该位置上迭代器失效了！

除erase导致意义失效外，insert也可能导致意义失效，但是编译器却检查不出来！！！

示例7：

void test01(){
	vector<int> v;
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	v.reserve(10);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
	if (pos != v.end())
	{
		v.insert(pos, 20);
	}
	cout << v.size() << ":" << v.capacity() << endl;
	cout << *pos << endl;
	*pos = 10;
	cout << *pos << endl << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

0:0
4:10
5:10
20
10

1 10 2 3 4

代码解释：同样地，不是因为扩容而引起的意义失效，这个时候我们访问了pos指向的位置，编译器却不报错，但此时并不意味着一定对，后续如果进一步操作，还是会发生各种各样的错误！

2.3、总结

总结:

对于insert和erase造成迭代器失效问题，linux g++平台检查很佛系，基本依靠操作系统自身野指针越界检查机制，windows下vs系列检查更严格，使用一些强制检查机制，意义变了也可能会检查出来。
虽然g+＋对于erase迭代器失效检查时非常佛系的，但是套在实际场景中，迭代器意义变了，也会出现各种问题，所以我们要有正确处理迭代器失效的方式,比如用函数返回值来更新迭代器。
windows下vs系列对意义失效的检查很双标，由insert函数引起的意义失效检查不出来，而且可以访问pos位置，但是由erase函数引起的意义失效却检查很严格，丝毫不准访问pos位置。（Linux却可以）

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