STL之vector迭代器失效问题

最新推荐文章于 2024-10-07 14:20:25 发布

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文章标签： c/c++ runtime

原文链接：http://www.cnblogs.com/Qice/p/10119962.html

本文深入探讨了在C++中，vector迭代器在特定操作如push_back、insert和erase下失效的原因，特别是在Debug与Release模式下的表现差异。通过具体代码案例，揭示了迭代器失效的场景及VC++迭代器检测规则。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

环境：visual studio 2017（v141）

在vector中，我们经常会使用迭代器iterator对vector中的元素进行索引，也经常需要将迭代器作为参数传递到vector的成员函数中，迭代器使用非常方便，但使用不当也会给我们带来巨大的麻烦，下面就深入分析vector迭代器失效的场景

push_back导致迭代器失效
- 原因
  - 我们都知道，vector在push_back的时候当容量不足时会触发扩容，导致整个vector重新申请内存，并且将原有的数据复制到新的内存中，并将原有内存释放，这自然是会导致迭代器失效的，因为迭代器所指的内存都已经被释放
- 案例
  - ```
   1 int main()
   2 {
   3 
   4     vector<int> ta;
   5     ta.push_back(1);
   6     ta.push_back(2);
   7     vector<int>::iterator it = ta.begin();
   8 
   9     cout << "it的值是  " << *it << endl;
  10     cout << "容量是  " << ta.capacity() << endl;
  11 
  12     ta.push_back(3);
  13     ta.push_back(5);
  14 
  15     cout << "push_back后容量是    " << ta.capacity() << endl;
  16 
  17     cout << "此时it指向的值是    " << *it << endl;
  18 
  19     return 0;
  20 }
```
  在Release模式下，这段代码是可以正常执行完成的，，
  
  但是Debug模式下，会抛出异常
- 为什么？
  - Release模式下能正常运行，是因为迭代器 it指向的内存虽然被释放了，但是it保存的内存地址依然是有效的，　这时候如果没有往这个地址对应的内存进行写操作的话，得到的结果自然是正确的，而C++并不会对这种情况做判断
  - Debug模式下，会抛异常，是由于VC实现的stl中，对debug模式下的迭代器操作做了更为严格的处理，扩容时将迭代器赋值为了nullptr，自然会抛异常。稍后将会详细讲解

insert和erase导致的迭代器失效

原因
- 插入操作导致vector扩容，迭代器失效原因和push_back相同
- 插入操作引起vector内元素移动，导致被移动部分的迭代器失效

案例

 //Insert操作
 1 int main()
 2 {
 3 
 4     vector<int> ta;
 5     for (int i = 0; i < 10; ++i)
 6     {
 7         ta.push_back(i);
 8     }
 9 
10     vector<int>::iterator it = ta.begin();
11 
12     it += 5;
13 
14     cout << "容量是  " << ta.capacity() << endl;
15     cout << "it的值是  " << *it << endl;
16     ta.insert(it, 100);
17 
18     cout << "insert后容量是    " << ta.capacity() << endl;
19     cout << "此时it指向的值是    " << *it << endl;
20 
21     return 0;
22 }

在Release模式下，一切正常，在Debug模式下，抛出异常

这里我尝试在insert或erase后输出原来的it+3的值，依然抛出异常。

//erase操作
 1 int main()
 2 {
 3 
 4     vector<int> ta;
 5     for (int i = 0; i < 10; ++i)
 6     {
 7         ta.push_back(i);
 8     }
 9 
10     vector<int>::iterator it = ta.begin();
11 
12     it += 5;
13     cout << "容量是  " << ta.capacity() << endl;
14     cout << "it的值是  " << *it << endl;
15 
16     ta.erase(it);
17     cout << "erase后容量是    " << ta.capacity() << endl;
18     cout << "此时it指向的值是    " << *it << endl;
19 
20     return 0;
21 }

这里和insert操作一样会在release下正常运行，但是debug下抛出异常，

为什么？
- 在未扩容的情况下，虽然vector的内存是不变的，但依照C++标准，插入和删除位置之后的迭代器是应该失效的， 具体迭代器失效规则查看C++标准文档中文版
- 在Debug模式下，VC++会使用更加严格的检测规则，对传入的迭代器进行处理和监测，但Release模式下是不会对迭代器做过多检测和判断的；

VC++下迭代器检测规则
- MSDN Checked Iterators有提到，我们可以通过_ITERATOR_DEBUG_LEVEL宏来控制迭代器检测的严格等级，在Release模式下，默认是0，即关闭迭代器检查，在Debug模式下，默认为2，即开启全部的检查规则。
  - You can use the _ITERATOR_DEBUG_LEVEL preprocessor macro to enable or disable the checked iterators feature. If _ITERATOR_DEBUG_LEVEL is defined as 1 or 2, unsafe use of iterators causes a runtime error and the program is terminated. If defined as 0, checked iterators are disabled. By default, the value for _ITERATOR_DEBUG_LEVEL is 0 for release builds and 2 for debug builds.
- MSDN Debug Iterator Support中，详细介绍了几种在Debug模式下会进行检查的迭代器
  - Invalid iterators 　　无效迭代器，即C++标准中定义已经失效的迭代器；关闭检测时，使用失效迭代器行为为定义
  - Unitialized iterators 使用未初始化的迭代器
  - Incompatible iterators 不兼容的迭代器，使用两个不同vector的迭代器进行比较等操作
  - Iterators going out of scope 迭代器超出作用域
  - Destructors for debug iterators 手动释放迭代器的内存
小结
- 我们应当时刻遵守C++标准，避免使用无效迭代器
- 同时，应当好好利用VC++在Debug模式下的迭代器检测功能，帮助我们提前发现可能出错的迭代器操作。