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一、list的迭代器失效
二、vector的迭代器失效
1、空间缩小操作
2、空间扩大操作
三、总结 在C中#xff0c;当对容器进行插入或删除操作时#xff0c;可能会导致迭代器失效的问题。所谓迭代器失效指的是#xff0c;原先指向容器中某个元素的迭代器#xff0c;在…目录
一、list的迭代器失效
二、vector的迭代器失效
1、空间缩小操作
2、空间扩大操作
三、总结 在C中当对容器进行插入或删除操作时可能会导致迭代器失效的问题。所谓迭代器失效指的是原先指向容器中某个元素的迭代器在容器发生结构性变化比如插入、删除元素后可能不再指向之前预期的位置甚至变得无效不能再安全地使用。
迭代器失效通常会导致程序出现未定义行为比如访问无效内存地址、产生崩溃等问题。这是因为在容器发生结构性变化时迭代器所持有的指针或引用可能已经不再有效但程序仍然试图通过这些失效的迭代器来访问容器中的内容从而导致错误。
本文别以list和vector为例给出代码示例并分析迭代器失效的情况。 一、list的迭代器失效
此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的只有在删除时才会失效并且失效的只是指向被删除节点的迭代器其他迭代器不会受到影响。下面我们来了解一下list的erase函数 该函数用于从list容器中删除单个元素或者一个范围内的元素。删除元素会导致容器大小减少并且被销毁。与其他标准序列容器不同list和forward_list对象专门设计用于在任何位置高效地插入和删除元素即使是在序列的中间位置。参数包括position指向要从list中删除的单个元素的迭代器以及[first, last)指定要删除的范围的迭代器包括first指向的元素但不包括last指向的元素。返回值是一个迭代器指向函数调用erase的最后一个元素之后的元素。如果操作erase了序列中的最后一个元素则返回容器的末尾位置。迭代器类型iterator是一个双向迭代器类型用于指向元素。 list的迭代器失效问题
先看一个正常使用迭代器的例子 #include iostream#include listint main() {std::listint myList {1, 2, 3, 4, 5};auto it myList.begin();// 在迭代器指向位置2之后插入一个元素it; // 移动到位置2myList.insert(it, 10);for (auto it myList.begin(); it ! myList.end(); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;//1 10 2 3 4 5 return 0;}
在上面的代码中我们在list中插入元素时使用了insert方法来在迭代器指向的位置后面插入一个新的元素。这样做是安全的因为insert方法会返回一个指向新插入元素的迭代器原先的迭代器仍然有效。
接下来再看一个list的迭代器失效问题 #include iostream#include listint main() {std::listint myList {1, 2, 3, 4, 5};auto it myList.begin();// 删除迭代器指向的位置2处的元素it; // 移动到位置2myList.erase(it);//cout *it; for (auto it myList.begin(); it ! myList.end(); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;return 0;}
在这个例子中我们删除了迭代器指向的位置2处的元素。此时原先指向位置2的迭代器已经失效应该避免继续使用它。即erase()函数执行后it所指向的节点已被删除因此it无效在下一次使用it时必须先给其赋值。
如果我们在 myList.erase(it);后输入 cout *it;在vs下会报如下错误 这个错误信息表明程序中出现了尝试对值初始化的list迭代器进行解引用的情况。当你试图对指向列表中无效元素的迭代器进行解引用时会导致未定义的行为并可能引发断言失败。
在调用 erase 函数之后被删除元素的迭代器会失效因此不能再安全地对它进行解引用操作。在这种情况下尝试输出 *it 会导致错误因为 it 已经不再指向有效的元素了。
要避免这个问题我们可以在调用 erase 函数之后更新你的迭代器使其指向正确的位置或者使用 it myList.erase(it); 来获取指向下一个有效元素的迭代器。
我们要避免这个问题应该始终在对迭代器进行解引用操作之前检查它是否有效。你可以将迭代器与 list.end() 进行比较以确定它是否指向列表的末尾然后再尝试访问它所指向的元素。 二、vector的迭代器失效
迭代器的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。vector导致迭代器失效的情景是引起其底层空间改变的函数或操作。
在C的STL中vector容器可以动态地增长和收缩以适应元素数量的变化。当向vector容器中插入元素时如果元素数量超过了当前容器的大小vector会进行空间扩展操作而当从vector容器中删除元素时如果元素数量变少到一定程度vector可能会进行空间收缩操作。
我们从两个方面来谈
1、空间缩小操作
当使用pop_back()函数删除元素且元素数量减少到一定程度以下时vector可能会执行空间收缩操作。具体的收缩条件和实现细节因编译器和STL库的不同而有所差异。一般来说vector并不会在每次删除元素后立即收缩内存空间而是在适当的时机进行调整以提高性能。
使用erase()函数删除元素同样可能触发空间收缩操作。
下面我们来了解一下vector的erase函数我们仅使用erase函数来描述空间缩小的情况 该函数用于从vector中删除单个元素或者一个范围内的元素。删除元素会导致容器大小减少并且被销毁。由于vector使用数组作为其底层存储因此在除了末尾位置之外的位置上擦除元素会导致容器重新定位被擦除段之后的所有元素到它们的新位置。与其他类型的序列容器如list或forward_list相比这通常是一种低效的操作。参数包括position指向要从vector中删除的单个元素的迭代器和[first, last)指定要删除的范围的迭代器包括first指向的元素但不包括last指向的元素。返回值是一个迭代器指向函数调用erase的最后一个元素之后的新位置。如果操作erase了序列中的最后一个元素则返回容器的末尾位置。 #include iostream#include vectorint main() {std::vectorint myVector {1, 2, 3, 4, 5};auto it myVector.begin();// 删除迭代器指向的位置2处的元素it it 2; // 移动到位置2myVector.erase(it);for (auto it myVector.begin(); it ! myVector.end(); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;return 0;}
在这个例子中我们删除了迭代器指向的位置2处的元素。与list类似删除操作后原先的迭代器已经失效应该避免继续使用它。
再例如如下案例 #include iostream#include vectorusing namespace std;int main(){vectorint v{ 1, 2, 3, 4 };auto pos v.begin();while (pos ! v.end()){if (*pos % 2 0)v.erase(pos);pos;}return 0;}
erase删除pos位置元素后pos位置之后的元素会往前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。vs下直接报错 根据上面的内容我们应在删除元素后对迭代器进行赋值使操作合法化 #include iostream#include vectorusing namespace std;int main(){vectorint 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;}
2、空间扩大操作
当使用push_back()函数向vector末尾添加元素并且当前元素数量已经达到了vector的容量上限时vector会执行空间扩大操作。通常情况下vector会重新分配更大的内存空间将原有元素拷贝到新的内存空间中并释放原来的内存空间。
使用insert()函数在任意位置插入元素如果导致vector超出容量上限也会触发空间扩大操作。
下面我们来了解一下vector的erase函数我们仅使用erase函数来描述空间缩小的情况 #include iostream#include vectorint main() {std::vectorint myVector {1, 2, 3, 4, 5};auto it myVector.begin();// 在迭代器指向位置2之后插入一个元素it it 2; // 移动到位置2myVector.insert(it, 10);for (auto it myVector.begin(); it ! myVector.end(); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;return 0;}
我们在vector中插入元素时使用了insert方法并通过迭代器移动到指定位置。以上操作可能会导致vector扩容也就是说vector底层原理旧空间被释放掉 而在打印时如cout *it;it还使用的是释放之间的旧空间在对it迭代器操作时实际操作的是一块已经被释放的 空间而引起代码运行时崩溃。 与vector类似string在插入扩容操作erase之后迭代器也会失效。本文不再赘述请读者结合vector理解。 需要注意的是不同的编译器有不同的处理方式Linux下g编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格处理也没有vs下极端。扩容之后迭代器已经失效了程序虽然可以运行但是运行结果已经不对。或者erase删除任意位置代码后Linux下迭代器并没有失效因为空间还是原来的空间后序元素往前搬移了it的位置还是有效的。 三、总结
因此在实际编程中当对list、vector以及string 进行插入或删除操作时需要格外小心避免在迭代器失效的情况下继续使用迭代器。如果需要在循环中对容器进行插入或删除操作可以考虑使用迭代器的insert和erase方法并注意更新迭代器的位置以避免迭代器失效问题。
一句话就能总结解决迭代器失效问题在使用前对迭代器重新赋值即可。
为了避免迭代器失效问题通常建议在对容器进行插入或删除操作时谨慎处理迭代器的使用 在循环中进行插入或删除操作时可以考虑使用迭代器的insert和erase方法这些方法会返回一个新的迭代器避免原迭代器失效。 插入或删除元素后及时更新迭代器的位置确保迭代器指向的是正确的元素。 避免在迭代器失效的情况下继续使用迭代器。
总之迭代器失效是指迭代器指向的位置在容器结构发生变化后不再有效因此在对容器进行修改操作时需要特别注意迭代器的使用以避免出现迭代器失效导致的问题。
