迭代器失效（迭代器及时跟新或者使用索引（类似数组））

迭代器失效（Iterator Invalidation）

在 C++ 中，迭代器失效（Iterator Invalidation）指的是 迭代器在容器发生修改后变得无效，访问它会导致未定义行为（UB）。迭代器失效通常发生在 删除（erase）、插入（insert）、扩容（resize）、清空（clear） 等操作后。

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1. 迭代器失效的常见情况

（1）删除元素（erase() 导致迭代器失效）

• 在 vector、deque、list 等容器中，删除元素可能会使当前迭代器或后续迭代器失效。

✅ 解决方法

• 对于 vector 和 deque，删除元素后，必须更新迭代器。
• 对于 list 和 unordered_map，erase() 仅使当前迭代器失效，后续迭代器仍然有效。

示例：vector 的 erase()

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto it = v.begin() + 2;  // 指向 v[2] (3)
    
    v.erase(it);  // 删除 v[2] (3)，导致迭代器失效

    std::cout << *it;  // ❌ 未定义行为（UB），it 失效
}

✅ 解决方法

auto it = v.erase(it);  // `erase()` 返回删除元素的下一个迭代器
std::cout << *it;  // ✅ 安全

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（2）插入元素（insert() 可能导致扩容）

• 对于 vector 和 deque，如果 insert() 触发 扩容（reallocation），则所有迭代器都会失效。
• list 和 map 的 insert() 不会使已有迭代器失效。

示例：vector 的 insert()

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3};
    auto it = v.begin();  // 指向 v[0]

    v.insert(v.begin(), 0);  // 在开头插入元素

    std::cout << *it;  // ❌ UB，迭代器失效
}

✅ 解决方法

auto new_it = v.insert(v.begin(), 0);  // 重新获取有效迭代器
std::cout << *new_it;  // ✅ 安全

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（3）容器扩容（push_back()、resize() 导致迭代器失效）

• vector 可能扩容（reallocate）导致所有迭代器失效。
• list 和 map 由于动态分配内存，不受影响。

示例：vector 的 push_back()

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3};
    auto it = v.begin();  // 指向 v[0]

    v.push_back(4);  // 可能触发扩容，所有迭代器失效

    std::cout << *it;  // ❌ UB，it 失效
}

✅ 解决方法

v.reserve(10);  // 预分配足够空间，避免扩容

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（4）清空容器（clear() 导致所有迭代器失效）

• clear() 会删除所有元素，因此所有迭代器都失效。

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();

v.clear();  // 清空容器，所有迭代器失效

std::cout << *it;  // ❌ UB

✅ clear() 后需要重新获取迭代器！

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（5）deque 特殊情况

• deque 的 erase() 会导致所有后续迭代器失效，但不会影响前面的迭代器。
• push_front() 或 push_back() 可能导致所有迭代器失效。

示例

#include <deque>
#include <iostream>

int main() {
    std::deque<int> dq = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto it = dq.begin() + 2;  // 指向 dq[2]

    dq.erase(it);  // 删除 dq[2]，后续迭代器失效
}

✅ list 不会出现此问题，因为它是双向链表，erase() 只影响当前迭代器。

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2. 容器迭代器失效规则

容器	插入元素	删除元素	扩容（resize() / push_back()）	清空（clear()）
vector	可能导致扩容，所有迭代器失效	失效 & 需要更新迭代器	可能扩容，所有迭代器失效	失效
deque	push_front() / push_back() 可能导致所有迭代器失效	删除后续迭代器失效	可能扩容，所有迭代器失效	失效
list	不影响迭代器	仅当前迭代器失效	不会扩容，安全	失效
map/set	不影响迭代器	仅当前迭代器失效	不会扩容，安全	失效

✅ 避免 vector、deque 的迭代器失效，list、map 更安全！

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3. 解决迭代器失效的方法

（1）更新迭代器

auto it = v.erase(it);  // `erase()` 返回删除元素的下一个迭代器

（2）使用索引而非迭代器

for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) {  // 避免迭代器失效
    if (v[i] == 3) {
        v.erase(v.begin() + i);
    }
}

（3）使用 remove_if() + erase()

v.erase(std::remove_if(v.begin(), v.end(), [](int x) { return x == 3; }), v.end());

✅ 更安全的方式，避免手动管理迭代器！

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4. 结论

• 删除元素（erase()）：对 vector 和 deque，必须更新迭代器，list 影响最小。
• 插入元素（insert()）：vector 可能导致扩容，所有迭代器失效。
• 容器扩容（push_back()）：vector 和 deque 可能触发所有迭代器失效。
• 清空容器（clear()）：所有迭代器失效。

✅ vector 和 deque 迭代器失效风险高，list 和 map 更稳定！
✅ 使用 erase() 返回值、索引遍历、remove_if() 等方式避免迭代器失效！

🚀 牢记迭代器失效规则，写出更安全的 C++ 代码！