C++ 迭代器失效详解：如何避免 vector 操作中的陷阱

目录

1. 什么是迭代器失效？

2. 哪些操作会导致迭代器失效？

2.1 vector 的插入操作（push_back, insert）

示例：push_back 导致迭代器失效

如何避免？

2.2 vector 的删除操作（erase, pop_back）

示例：erase 导致迭代器失效

如何正确删除？

3. 其他容器的迭代器失效情况

4. 总结

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1. 什么是迭代器失效？

在 C++ 中，迭代器（iterator） 是一种类似指针的对象，用于遍历 STL 容器（如 vector、list、map 等）。
迭代器失效 是指在对容器进行某些操作（如插入、删除）后，原本有效的迭代器变得不可用，继续使用它会导致 未定义行为（Undefined Behavior, UB），如程序崩溃、数据错误等

2. 哪些操作会导致迭代器失效？

不同的容器有不同的迭代器失效规则，本文主要讨论 vector 的迭代器失效问题。

2.1 vector 的插入操作（push_back, insert）

当向 vector 插入元素时：

• 如果 size() == capacity()（容量已满）：
  • vector 会重新分配更大的内存，并拷贝原有数据。
  • 所有迭代器失效（包括 begin(), end() 等）。
• 如果 size() < capacity()（容量未满）：
  • 插入点之前的迭代器仍然有效。
  • 插入点及之后的迭代器失效（因为元素可能被移动）。

示例：push_back 导致迭代器失效

vector v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin(); // it 指向 1
v.push_back(4);      // 可能触发重新分配内存
cout << *it;         // ❌ 危险！it 可能失效

如何避免？

• 提前预留空间（reserve()）：

vector v;
v.reserve(100);    // 预留 100 个元素的空间
auto it = v.begin();
v.push_back(1);    // 不会重新分配，it 仍然有效

• 使用索引代替迭代器（如果允许）。

2.2 vector 的删除操作（erase, pop_back）

当从 vector 删除元素时：

• 被删除元素的迭代器失效。
• 被删除元素之后的所有迭代器失效（因为后面的元素会向前移动）。
• 删除点之前的迭代器仍然有效。

示例：erase 导致迭代器失效

vector v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin() + 2; // it 指向 3
v.erase(v.begin() + 1);  // 删除 2
cout << *it;             // ❌ 危险！it 已经失效（3 已经前移）

如何正确删除？

• 使用 erase 的返回值（返回下一个有效迭代器）：

vector v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {
    if (*it % 2 == 0) {
        it = v.erase(it); // 删除并更新 it
    } else {
        it++;             // 否则正常递增
    }
}

反向遍历（避免迭代器失效）

for (auto it = v.rbegin(); it != v.rend(); ) {
    if (*it % 2 == 0) {
        it = vector::reverse_iterator(v.erase(it.base() - 1));
    } else {
        it++;
    }
}

3. 其他容器的迭代器失效情况

容器	插入操作（insert）	删除操作（erase）
vector	可能失效（取决于容量）	被删除及后面的失效
deque	可能失效（首尾安全）	被删除及附近的失效
list	不会失效	仅被删除的失效
map/set	不会失效	仅被删除的失效

4. 总结

• vector 插入时：
  • 可能失效（如果触发重新分配）。
  • 避免方法：提前 reserve() 或使用索引。
• vector 删除时：
  • 被删除及后面的迭代器失效。
  • 正确做法：使用 erase 返回值或反向遍历。
• 其他容器（如 list、map）通常更安全，但仍需谨慎。

最佳实践：

1. 避免在遍历时直接修改容器，除非明确知道迭代器是否有效。
2. 尽量使用 range-based for 或算法（如 remove_if），减少手动管理迭代器。
3. 调试时使用 -D_GLIBCXX_DEBUG（GCC）检测迭代器错误。