STL之迭代器失效

本文深入探讨了迭代器失效的概念,特别是在vector容器中由于插入或删除操作导致内存重新分配时的情况。通过具体示例代码展示了迭代器失效的过程及其潜在的问题。

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所谓迭代器失效,是指迭代器已经不是指向原来的位置,这总是出现在需要连续存储的容器中,如:vector,deque,string。

拿vector来说,当需要插入或者删除元素时,如果原来的容量(capacity)不足以满足插入的需求,则必须重新分配一块内存,然后将vector对象中所有元素都搬新家,这必然会导致所有元素的迭代器都会发生变化(即原来迭代器失效)。这和动态数组是一样的。

例如:

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a{1,2,3,4};
	int i=0;
	vector<int>::iterator beg=a.begin(),end=a.end();
	for( ;(beg+i)!=end; i++)
		cout<<*beg+i<<" "; 
	cout<<endl;
	
	a.insert(beg,9);
	
//	beg=a.begin(),end=a.end();	//若注释这一行,则因为插入,需要重新申请内存,所以最后用来存储
//新的a数组的内存已经发生改变,则此时的a.begin()获得的迭代器已经不是开始时候的那个了	
	i=0;
	for( ;(beg+i)!=end; i++) //所以如果继续这样使用,beg所指向则是一块已经被释放的内存的起始位置
//即beg已经是野指针了(注意,迭代器是广义的指针概念,但和一般的指针有所区别,可以用sizeof验证) 
		cout<<*(beg+i)<<" ";
	cout<<endl;
	
	return 0;
}


资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/9e7ef05254f8 行列式是线性代数的核心概念,在求解线性方程组、分析矩阵特性以及几何计算中都极为关键。本教程将讲解如何用C++实现行列式的计算,重点在于如何输出分数形式的结果。 行列式定义如下:对于n阶方阵A=(a_ij),其行列式由主对角线元素的乘积,按行或列的奇偶性赋予正负号后求和得到,记作det(A)。例如,2×2矩阵的行列式为det(A)=a11×a22-a12×a21,而更高阶矩阵的行列式可通过Laplace展开或Sarrus规则递归计算。 在C++中实现行列式计算时,首先需定义矩阵类或结构体,用二维数组存储矩阵元素,并实现初始化、加法、乘法、转置等操作。为支持分数形式输出,需引入分数类,包含分子和分母两个整数,并提供与整数、浮点数的转换以及加、减、乘、除等运算。C++中可借助std::pair表示分数,或自定义结构体并重载运算符。 计算行列式的函数实现上,3×3及以下矩阵可直接按定义计算,更大矩阵可采用Laplace展开或高斯 - 约旦消元法。Laplace展开是沿某行或列展开,将矩阵分解为多个小矩阵的行列式乘积,再递归计算。在处理分数输出时,需注意避免无限循环和除零错误,如在分数运算前先约简,确保分子分母互质,且所有计算基于整数进行,最后再转为浮点数,以避免浮点数误差。 为提升代码可读性和可维护性,建议采用面向对象编程,将矩阵类和分数类封装,每个类有明确功能和接口,便于后续扩展如矩阵求逆、计算特征值等功能。 总结C++实现行列式计算的关键步骤:一是定义矩阵类和分数类;二是实现矩阵基本操作;三是设计行列式计算函数;四是用分数类处理精确计算;五是编写测试用例验证程序正确性。通过这些步骤,可构建一个高效准确的行列式计算程序,支持分数形式计算,为C++编程和线性代数应用奠定基础。
### STL `erase` 方法导致迭代器失效的问题 当使用 C++ 标准模板库 (STL) 的容器成员函数 `erase` 删除元素时,可能会使某些迭代器失效。这取决于所使用的具体容器类型。 对于 **序列式容器** 如 `std::vector`, 当执行 `erase` 操作移除某个位置上的元素之后,在该位置及其后的所有迭代器都会被视作已失效[^5]。这意味着如果尝试继续使用这些旧有的迭代器来访问或修改容器内的其他项,则可能导致未定义行为。 而对于像 `std::list` 或者双向链表这样的双端开口列表来说,只有指向被删节点本身的那个特定迭代器会被标记为无效;其余部分保持有效状态不变。 至于 **关联式容器**, 例如 `std::map` 和 `std::set`, 它们内部实现通常基于平衡树结构。因此在这类集合上调用 `erase` 函数仅会使对应键值对映射关系断开连接,并不会影响到任何现存的有效迭代器指针。 #### 解决方案 为了安全地遍历并可能从中删除项目而不引起迭代器失效问题: - 使用返回新合法迭代器的方法:许多容器提供了一个版本的 `erase` ,它接受单个参数(即要擦除的位置),并且返回紧跟其后的下一个可用位置的一个迭代器。这样可以在循环体内直接更新当前迭代器变量。 ```cpp for(auto it = vec.begin(); it != vec.end();) { if(/* condition */) { it = vec.erase(it); } else { ++it; } } ``` - 利用范围形式的 `erase`: 如果可以预先知道哪些区间内全部都需要清除掉的话,那么可以直接指定起始结束边界来进行批量处理操作,从而减少不必要的多次单独调用所带来的性能损耗以及潜在风险。 ```cpp auto start_it = find_if(vec.begin(), vec.end(), /* predicate */); auto end_it = remove_if(start_it, vec.end(), /* another_predicate */); vec.erase(start_it, end_it); ``` - 针对支持随机存取特性的容器如数组向量等特殊情形下还可以考虑采用先交换再弹出的方式完成目标对象清理工作,此做法能够有效地规避因连续内存布局特性引发的一系列连锁反应式的迭代器破坏现象发生。 ```cpp if (!vec.empty() && should_remove_last_element()) { std::swap(*find_position_to_erase, vec.back()); vec.pop_back(); } ```
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