C++初阶学习第十弹——探索STL奥秘(五)——深入讲解vector的迭代器失效问题

简介: C++初阶学习第十弹——探索STL奥秘(五)——深入讲解vector的迭代器失效问题

前言:

在前面我们已经学习了vector的使用和其模拟实现,相信也帮助我们了解了vector这个容器的基本规则,但其实在我们讲解的过程中,有一些知识点我们还没提到,今天,我们就专门来讲一下vector在使用和模拟实现的过程中一个容易出错的知识点——迭代器失效问题

一、vector的迭代器失效问题的本质

迭代器的作用就是能让我们忽略变量的类型,方便我们访问,其本质其实还是指针,类如对于vector的类型的,++后往后访问其实也是将指针改为指向下一个数据的指针,迭代器失效就是迭代器底层使用的指针指向的空间被释放了,这样再使用这个迭代器就会造成程序崩溃,这就是迭代器失效(迭代器失效也与编译环境有一定关系)

二、vector迭代器失效的原因

vector容器可能会发生迭代器失效的操作有以下几种:

1、引起底层空间改变的操作

比如resize、reserve、insert、assign、push_back等

例如:

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
 
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;
}

对于这样一个程序,我们定义了一个v,并用迭代器来实现全部访问,运行结果如下:

在这个程序中,我们记录下了v的begin迭代器,并一步步向后走,从而实现遍历,但我们知道vector的本质上与顺序表是类似的, 它是在内存上找一段能放下当前数据的空间,但是当我们进行扩容等操作的时候的时候,可能原空间下就不够用了,就需要找一个新的位置开辟空间并且销毁旧空间,这个时候迭代器指向的位置就会发生变化,而it还记录的原来begin指向原来的那段空间,所以就会导致程序崩溃,出现迭代器失效的现象

例如(错误示范):

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
 
int main()
{
  vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
  auto it = v.begin();
  v.resize(100, 8);            //这里会扩容
  while (it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;
  return 0;
}

运行结果:

2、进行指定元素删除的时候—erase

当进行指定位置删除时,最终返回的是删除元素的位置,当我们访问这个位置的时候,如果删除元素后面还有值,那么就会往前挪,我们就能访问到元素,但是当删除位置pos位于最后一个元素时,删除后我们访问就会访问到begin(),就会越界

代码实例:

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
  int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
  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
  return 0;
}

运行结果:

3、在其他编译环境下的失效情况

这一点并不是很重要,在上面我们也提到了vector的迭代器失效也与编译器环境有关,这里有关指的是报错情况及运行上,例如在Linux下,g++对于迭代器失效的检查就没有那么严格,一般迭代器失效也能运行,只不过运行结果会出错,并不会直接中断,总之,迭代器失效一定会导致错误,我们在平时使用迭代器的时候一定要注意这个问题

4、string的迭代器失效

string在内存中的存储情况有一点类似vector,也是在内存上先开辟空间,所以也会出现上面的哪些情况,出现迭代器失效的问题,具体原因与上面一样,下面我们给出一个例子观察一下

代码实例:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
 
int main()
{
  string s("hello");
  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())
  {
    it = s.erase(it);
    // 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、vector迭代器失效的解决方法

解决方法非常简单:在使用前重新赋值即可

例如1中的:

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
 
int main()
{
  vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
  auto it = v.begin();
  v.resize(100, 8);        //这里会扩容
  it = v.begin();          //使用前重新赋值
  while (it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;
  return 0;
}

运行结果:

四、总结

以上就是vector迭代器失效的问题,这个问题还是挺容易出现的,稍不留意就可能会出错,我们平时使用迭代器的时候要注意这点

感谢各位大佬观看,创作不易,还请各位大佬点赞支持!!!

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