C++——vector迭代器失效问题

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前言

本节主要讲述的是vector的迭代器失效问题，这个问题是大家比较不容易注意到的，有时候要是没有仔细的观察就有可能犯这种错误。

为什么会发生迭代器失效

首先，我们要了解迭代器的主要作用就是让算法不用关心底层数据结构，其底层实际上就是一个指针，或者是对指针进行了封装(通过重载运算符让其达到和指针一样的效果)，例如：vector的迭代器就是原生指针T*,而list的迭代器就是封装过的指针。

迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间已经被销毁了，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)。

引发迭代器失效的操作

对于vector来说可能导致迭代器失效的操作有：

1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能导致迭代器失效
   例如： resize，reserve, insert, assign, push_back等

#include 
using namespace std; 
#include 
int main() 
{
	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);

	//进行了如上操作后，it迭代器已经失效，不能继续使用
	/*while(it != v.end())
 	{
		cout<< *it << " " ; 
		++it;
	}*/
	cout<<endl; 
	return 0;
}

这些操作可能导致vector失效的根本原因就是以上操作都有可能导致vector扩容，而对于 vector来说，其的扩容在底层所作的事就是释放当前指针指向的空间，然后再new一个更大的空间(相当于是进行了异地扩容的操作)，那么，其数据存放的地址就不是在原来的位置了，对于上面的例子来说，it迭代器内保存的依旧是扩容前的地址，该地址上的空间已经失效了无法继续使用，继续使用是会报错的。

2. erase操作也可能导致迭代器失效

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。

有了上面的基础，我们来看看下面这个给删除vector中所有偶数的代码是否正确：

#include  
using namespace std; 
#include 
int main() 
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 }; 
	auto it = v.begin(); 
	while (it != v.end()) 
	{
		if (*it % 2 == 0) 
			v.erase(it);
		++it; 
	} 
	return 0; 
}

答案当然是错误的，那么为什么呢？看最后一步，当it走到4之后，进行erase操作导致vector内部指向结尾的指针–，此时end()已经等于it了，但是程序没有结束，it继续++,导致it指向end()的下一个位置，从而使得结束条件不成立继续循环，而*it要访问一个野指针是不被允许的，所以程序报错！

这段代码不仅在最后一个数是偶数时会出现问题，有连续的偶数时也会，如下：

在这种情况下，连续的两个偶数只会删去一个。

那么，如果根据上面的理解，修改成下面的代码，是否可行呢？

#include  
using namespace std; 
#include 
int main() 
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 }; 
	auto it = v.begin(); 
	while (it != v.end()) 
	{
		if (*it % 2 == 0) 
			v.erase(it);
		else  
			++it; 
	} 
	return 0; 
}

逻辑上确实没有问题，在linux的g++编译器下也确实能成功运行。

但是如果在vs下运行呢？

我们发现在vs下甚至无法正常运行，这是由于c++标准并没有规定使用失效的迭代器的后果，所以两款编译器的实行结果是不一样的，vs对其进行了强制检查，不允许使用失效的迭代器，而linux下g++对迭代器的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。

所以，上面的代码没有可移植性，也是一个错误的代码，那么，该如何解决这个问题呢？
我们看看文档中的函数声明:

从该声明中我门可以发现，erase函数有一个返回值，根据文档，这个返回值指向的是被删除元素的下一个元素的迭代器，不难发现insert函数也有这一返回值，那么我们就可以利用这一返回值来解决迭代器失效问题了！

最终代码如下：

#include  
using namespace std; 
#include 
int main() 
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 }; 
	auto it = v.begin(); 
	while (it != v.end()) 
	{
		if (*it % 2 == 0) 
			it = v.erase(it);
		else  
			++it; 
	} 
	return 0; 
}

上面的代码在vs下也可以正常运行了！

总结

迭代器失效问题是我们有可能会忽略的一个问题，不仅仅是vector有这个问题，所有stl容器和string都有可能会出现这一问题，有时候会给我们造成很大麻烦，所以大家在平时写代码时一定要注意这一问题！