C++迭代器失效

        在STL中,有些操作会导致迭代器失效,即之前获取的迭代器无法再安全地使用。这是因为这些操作可能会改变容器的结构,例如插入、删除元素等。

        具体来说,以下情况下迭代器会失效:

1. 当插入或删除元素导致容器中的内存重新分配时,所有指向容器元素的迭代器都会失效。这是因为容器重新分配了内存空间,原来的迭代器指向的内存已经无效。
2. 当插入元素导致迭代器位置被移动时,被移动的迭代器和之后的所有迭代器都会失效。这是因为插入元素后,容器中的元素位置发生了改变。
3. 当删除元素导致迭代器位置被移动或失效时,被删除元素的迭代器和之后的所有迭代器都会失效。这是因为删除元素后,容器中的元素位置发生了改变或者被删除的元素迭代器已经不存在。
4. 当对容器进行排序操作时,迭代器的相对顺序可能发生变化,因此之前的迭代器可能会失效。

        为避免迭代器失效,可以采取以下策略:

1. 尽量避免在循环中进行插入和删除元素的操作。如果必须进行这些操作,可以使用插入和删除后返回新的迭代器,而不是继续使用之前的迭代器。
2. 在遍历容器时,尽量使用前向迭代器或双向迭代器,避免使用随机访问迭代器。因为前向迭代器和双向迭代器的失效范围更小,而随机访问迭代器的失效范围更大。
3. 在可能引起迭代器失效的操作之后,务必更新迭代器,保证它们仍然指向有效的位置。
4. 如果需要在迭代器失效的情况下继续操作容器,可以使用容器提供的索引值或其他标识来重新获取迭代器。

        总之,迭代器失效是在使用STL容器时需要注意的问题,了解容器操作可能引起迭代器失效的情况,能够帮助避免潜在的错误。在编写代码时,建议谨慎使用迭代器,并在操作容器后适时更新迭代器,以确保程序的正确性。

4.1 示例

4.1.1 插入操作导致的迭代器失效

<1> vector 容器 

std::vector v{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = v.begin();

v.insert(it + 2, 9); // 在迭代器位置之前插入元素

// 插入元素后,原来的迭代器`it`已经失效,需要重新获取迭代器
it = v.begin();

for (; it != v.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

输出结果:1 2 9 3 4 5

        在vector容器中,插入元素后,原来的迭代器会失效,因为插入元素后,可能会导致容器重新分配内存,迭代器指向的位置被移动。

<2> list容器 

std::list lst{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = lst.begin();

lst.insert(std::next(it, 2), 9); // 在迭代器位置之后插入元素

// 插入元素后,原来的迭代器`it`仍然有效
for (; it != lst.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

输出结果:1 2 3 9 4 5

        在list容器中,插入元素不会导致迭代器失效,因为list使用链表结构存储元素,插入元素后,原来的迭代器仍然保持有效。

 <3> map容器

std::map m{{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
auto it = m.begin();

m.insert(std::make_pair(4, "four")); // 插入键值对

// 插入元素后,原来的迭代器`it`仍然有效
for (; it != m.end(); ++it) {
    std::cout << it->first << ":" << it->second << " ";
}

输出结果:1:one 2:two 3:three 4:four

map容器中,插入元素不会导致迭代器失效。

4.1.2 删除操作导致的迭代器失效

下面是一个示例代码,演示了使用vector容器删除元素操作导致迭代器失效的情况:

#include 
#include 

int main() {
    std::vector v{ 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    auto it = v.begin();
    while (it != v.end()) {
        if ((*it % 2) == 0) {
            std::cout << "erase " << *it << std::endl;
            v.erase(it); // 删除偶数元素
        }
        else {
            it++;
        }
    }
    return 0;
}

        这个程序会遍历vector容器v中的所有元素,如果某个元素是偶数,则删除它。然而,这个程序存在迭代器失效的问题,因为在删除元素后继续使用同一个迭代器进行遍历容器。事实上,运行这个程序会导致Segmentation fault错误,并且程序崩溃。

        这个程序的问题在于,在执行v.erase(it)操作后,迭代器it指向的位置已经变为了被删除元素的下一个位置,而不是原来的下一个位置。因此,在使用it进行下一次循环遍历时,会访问到已经被删除的元素,从而导致异常。

C++迭代器失效_第1张图片

vector iterator not incrementable错误通常是因为在使用vector容器的迭代器时出现了问题。这个错误可能由以下几种情况引起:

  1. 在循环中对迭代器进行了无效的增量操作。比如,在循环中使用++运算符对迭代器进行递增,但在某些条件下,没有确保迭代器仍然有效。这可能是由于删除元素或修改容器结构导致的。

  2. 在使用迭代器之前,对vector容器进行了修改操作。如果在使用迭代器进行遍历之前,对vector容器执行了插入、删除或排序等改变容器大小的操作,那么迭代器可能会失效。

要解决这个错误,可以考虑以下几点:

(1)确保在对迭代器进行增量操作之前,先判断迭代器是否有效。可以使用条件语句(如if)或循环控制语句(如while)来判断迭代器是否指向有效的元素。

   要判断迭代器是否有效,可以通过比较迭代器与容器的begin()end()迭代器进行判断。如果迭代器位于容器范围内,则表示迭代器有效;否则,表示迭代器无效。

以下是几种常见的方法来判断迭代器的有效性:

<1> 使用相等运算符(==!=):通过将迭代器与容器的begin()end()迭代器进行比较来判断迭代器是否位于容器范围内。例如:

std::vector v{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = v.begin();

if (it != v.end()) {
    // 迭代器有效
} else {
    // 迭代器无效
}
 

<2> 使用std::distance()函数:std::distance()函数可以返回两个迭代器之间的距离。通过计算迭代器与容器的begin()end()迭代器之间的距离,可以判断迭代器是否在容器范围内。例如:

std::vector v{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = v.begin();

if (std::distance(it, v.end()) >= 0) {
    // 迭代器有效
} else {
    // 迭代器无效
}
 

<3> 使用异常处理:有些容器提供了在迭代器失效时抛出异常的机制。例如,std::list容器在删除迭代器指向的元素后,迭代器会失效,并抛出std::list::iterator类型的异常。可以捕获这个异常来判断迭代器是否有效。例如:

std::list lst{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = lst.begin();

try {
    // 在此处进行可能导致迭代器失效的操作
} catch (const std::list::iterator& e) {
    // 迭代器无效
}
在使用迭代器时,注意避免对已经失效的迭代器进行操作,以免引发未定义行为。

(2)如果需要对vector容器进行修改操作,建议在遍历容器之前完成所有修改。

(3)如果需要在遍历过程中删除元素,可以使用正确的方式进行删除。可以使用返回新的迭代器的vector::erase()函数,并将其返回值赋值给迭代器,或者使用vector::erase()的重载版本,传递要删除的元素的位置范围。

为了解决这个问题,可以修改程序,使用返回新的迭代器的vector::erase()函数,如下所示:

#include 
#include 

int main() {
    std::vector v{ 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    auto it = v.begin();
    while (it != v.end()) {
        if ((*it % 2) == 0) {
            std::cout << "erase " << *it << std::endl;
            it = v.erase(it); // 删除偶数元素,并返回新的迭代器
        }
        else {
            it++;
        }
    }
    return 0;
}

 输出结果:

C++迭代器失效_第2张图片

        这个程序与之前的程序类似,但是使用了返回新的迭代器的v.erase(it)函数,在删除元素后将其返回值赋值给迭代器it,以保证下一次循环遍历时,迭代器指向的位置仍然是有效的。运行这个程序,会得到正确的输出,没有异常发生。

持续更新!!! 

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