【C++】STL--Vector迭代器失效问题

原创于 2025-09-15 11:36:40 发布 · 791 阅读

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#c++ #开发语言 #迭代器失效 #vector

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1. 迭代器的定义及其使用

2. 底层空间改变的操作可能引起迭代器失效

3. 指定位置元素被删除导致迭代器失效

4. 对比g++编译器对迭代器失效的检查与处理

4.1. 空间扩容

4.2. earse删除任意位置（非尾删）

4.3. earse删除末尾元素

5. 结论

问题引入

在上一篇文章中我们详细讲解了vector的常见接口及其模拟实现，大家可以自行参阅：【C++】STL--Vector使用极其模拟实现，但是我们在接口insert和earse中有时候会发生迭代器失效的情况，我们今天来深入学习一下。

1. 迭代器的定义及其使用

在学习STL库之前我们应该了解STL库的6大组件，分别是仿函数、算法、迭代器、空间配置器、容器和配接器。通过我们之前的初步了解，我们知道其实迭代器的底层逻辑就是一个指针，例如：string类的迭代器就是一个char*，vector的迭代器就是一个T*原生指针。所以当迭代器对应的底层指针所指向的空间被销毁，而此时如果迭代器继续使用这一块已经被释放的空间，程序就会崩溃。

那么了解了这一基础知识之后，我们来对vector可能导致迭代器失效的原因进行分析。

2. 底层空间改变的操作可能引起迭代器失效

涉及底层空间改变的接口：resize、reserve、insert、push_back、assign。
出错原因：上面的操作都可能进行扩容，扩容会导致原来的旧空间被释放掉，那么此时it迭代器指向的依然是被释放的旧空间，如果继续使用该迭代器，就会导致程序崩溃。
解决方案：如果想继续使用it迭代器，那么就需要对it进行重新赋值。
案例说明：

如上图，我想要在3之前插入一个20，但是这个时候空间不够，我就需要扩容。那么原来pos位置的迭代器it就会失效，所以我们需要将pos的位置，也就是新的迭代器指向新的空间。

我们采用的解决方式是计算相对位置，也就是说我们先记下_start和pos之间的距离n，然后在新空间的_start上加上n就能得到新空间的pos位置，it就会有了新空间的指向。

代码实现：
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos <= _finish && pos >= _start);
	if (_finish == _endofstoage)
	{
		size_t n = pos - _start;
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + n;
	}
	iterator end = _finish - 1;
	while(end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;

	return pos;
}

3. 指定位置元素被删除导致迭代器失效

vector中还有一个接口earse会导致迭代器失效，他是怎么引起的呢？

实际上，删除指定位置元素后，该位置的后面元素整体往前移动一位，这并没有导致空间的改变，理论上是不是失效的。但是如果这个删除是尾删，那么末尾元素的后面就是end的位置，这个位置是无效的，那么此时的迭代器就会失效。于是VS为了统一管理，将会强制认为删除任意位置都将会引起迭代器失效。
#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;
}
PS：我们这里先是使用的C++库自己vector

因为只有尾删才会导致迭代器失效，所以我们只要稍微修改一下尾删的逻辑即可：
iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos <= _finish);
	iterator it = pos + 1;
	while (it != _finish)
	{
		*(it - 1) = *it;
		++it;
	}
	--_finish;
 
	return pos;
}

4. 对比g++编译器对迭代器失效的检查与处理

4.1. 空间扩容

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

int main()
{
    vector<int> v{ 1,2,3,4 };
    for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
        cout << v[i] << " ";
    cout << endl;
    auto it = v.begin();
    cout << "Before expansion:vector.capacity():" << v.capacity() << endl;

    v.reserve(100);
    cout << "After expansion:vector.capacity():" << v.capacity() << endl;

    while (it != v.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

在VS下会直接崩溃：

在Clion/g++下能够运行，但是结果肯定错误：

4.2. earse删除任意位置（非尾删）
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
 
int main()
{
  vector<int> v{1,2,3,4,5};
  vector<int>::iterator it = find(v.begin(),v.end(),3);
 
  v.erase(it);
  cout<< *it << endl;
  
  while(it != v.end())
  {
    cout<< *it << " ";
    ++it;
  }
  cout<<endl;
 
  return 0;
}
在VS下：依然和之前一样崩溃。

Clion/g++下：

结论：

erase删除任意位置，g++下迭代器并没有失效，因为空间还是原来的空间，后续元素往前搬移了，it位置还是有效的；vs下erase统一认定为迭代器失效。

4.3. earse删除末尾元素

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
 
int main()
{ 
  vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
  vector<int>::iterator it = v.begin();
 
  while(it != v.end())
  {
    if(*it % 2 == 0)
    {
      v.erase(it);
    }
    ++it;
  }
 
  for(auto e : v )
  {
    cout << e << " ";
  }
  
  cout << endl;
  return 0;
}

在Clion/g++下：