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C++ STL 迭代器失效问题

2016-07-29 15:03 603 查看
之前看《C++ Primier》的时候,也解到在顺序型窗口里insert/erase会涉及到迭代器失效的问题,并没有深究。今天写程序的时候遇到了这个问题。

1 莫名其妙的Erase  

  最初我的程序是酱紫的,别说话,我知道这样是有问题的,可这样是最直观的想法

int arr[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  vector<int> a(arr,arr+sizeof(arr)/sizeof(*arr));for (auto it = a.begin(); it != a.end();++it ){
if ((*it)&1){
a.erase(it);
}
}


  没错,程序崩溃!删除了迭代器it之后,it迭代器失效了,无法再进行++it操作了。

  可是,当我觉得erase做的只是把it之后的元素向前移动一个位置而已,为什么迭代器失效了呢?我翻开《STL源码剖析》,SGI STL的vector<T,Alloc>::erase的源码是这样的:

iterator vector<T, Alloc>::erase(iterator position)
{
if (position + 1 != end())
copy(position + 1, finish, position);
--finish;
destroy(finish);
return position;
}


  正如我所想,erase函数并没有对输入的position迭代器进行改写!我打印出调试信息,发现erase之后,迭代器的_Ptr成员,也就是指针的值并没有发生变化,而此指针所指的元素的确是下一个元素。那么为什么失效了呢?

  我又查了《C++ Primier》,发现此书上的标准写法是这样的:

int arr[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  vector<int> a(arr,arr+sizeof(arr)/sizeof(*arr));
for (auto it = a.begin(); it != a.end();){
if ((*it)&1){
it=a.erase(it);
}
else
++it;
}


  运行了一下,这样是没错的。我打印了调试信息,发现与之前一样,erase之后把结果赋给it,it里的成员_Ptr并没有发生变化。唯一的可能就是迭代器里还有别的标志,如果当前元素被删除之后,该迭代器也就“失效”了。《C++ Primier》并未对此作出过多解释,只是说,erase函数返回被删除元素的下一个元素的迭代器。

  结论:在STL里,我们不能以指针来看待迭代器,指针是与内存绑定的,而迭代器是与容器里的元素绑定的,删除了之后,该迭代器就失效了,在对其重新赋值之前,不能再访问此迭代器。

2 更加小心冀冀地Insert

  机智如我,自然会去探索一下insert之后,迭代器会怎样。于是:  

vector<int> a;
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
a.push_back(i);
}

for (auto it = a.begin(); it != a.end(); ++it){
if (*it == 5){
a.insert(it, 100);
       ++it;
}
}


  你猜怎么着??

  啥事儿没有!你可能会问,插入之后为什么要++it。插入之前,it指向5,在5之前插入100后,it指向100。这样下一次循环,it依然会指向5。相信我,你的程序会爆炸的!

  我作了个++it之后,it又指向5,下一次循环就直接指向5之后的元素了,顺利完成插入工作。

  世界和平~世界和平~我还真不确定。

  突然想到,当插入元素过多,vector的capacity会增加,这时会不会问题呢?说干就干:  

vector<int> a;
for (int i = 0; i < 13; ++i)
{
a.push_back(i);
}

for (auto it = a.begin(); it != a.end(); ++it){
if (*it == 5){
a.insert(it, 100);
       ++it;
}
}


  BOOM!果然崩溃了!也就是说插入之后的迭代器失效了。那之前的呢?

  我决定粗暴地测试一下:

vector<int> a;
for (int i = 0; i < 13; ++i)
{
a.push_back(i);
}
auto it1=a.begin();
for (auto it = it1; it != a.end(); ++it){
if (*it == 5){
a.insert(it, 100);
        it=it1;
}
}


  我插入之后,直接让it指向begin(),然后单步调试。执行完it=it1还好好的,可再去执行++it还是崩溃了。

  也就是说,capacity变化之后,所有的迭代器都失效了!这是当然了呀!capacity发生变化,容器内部做的不仅仅是增加capacity这么简单,因为容器所在内存后面可能没有足够的内存让我们使用,所以,容器要重新开辟一段足够大的内存来存储容器里的元素,当前内存会被释放。这样一来,迭代器自然失效了。

3 C++ Primier的总结

  关于容器的迭代器失效的问题,C++ Primier用了一小节作了总结,我翻译成中文如下:

  (1)增加元素到容器后

  对于vector和string,如果容器内存被重新分配,iterators,pointers,references失效;如果没有重新分配,那么插入点之前的ite
4000
rator有效,插入点之后的iterator失效;

  对于deque,如果插入点位于除front和back的其它位置,iterators,pointers,references失效;当我们插入元素到front和back时,deque的迭代器失效,但reference和pointers有效;

  对于list和forward_list,所有的iterator,pointer和refercnce有效。

  (2)从容器中移除元素后

  对于vector和string,插入点之前的iterators,pointers,references有效;off-the-end迭代器总是失效的;

  对于deque,如果插入点位于除front和back的其它位置,iterators,pointers,references失效;当我们插入元素到front和back时,off-the-end失效,其他的iterators,pointers,references有效;

  对于list和forward_list,所有的iterator,pointer和refercnce有效。

  (3)在循环中refresh迭代器

  当处理vector,string,deque时,当在一个循环中可能增加或移除元素时,要考虑到迭代器可能会失效的问题。我们一定要refresh迭代器。

int arr[] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
deque<int> v(arr,arr+sizeof(arr)/sizeof(*arr));
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); )
{
if ((*it) & 1)
{
it = v.insert(it, *it);
it += 2;
}
else
it = v.erase(it);
}


  至于it+=2,很容易解释,insert之后,it指向新增加的元素,+2之后,it指向下一个要处理的元素。

  (4)在循环不变式中不要store off-the-end迭代器

  这个很容易理解了,增加或移除元素之后,off-the-end失效了,不store的话,每次从end()函数中取的都是最新的off-the-end,自然不会失效。

  最后:《C++ Primier》是本好书

  

  
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