STL之vector迭代器失效问题

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。
posted @ 2018-12-14 16:06  不负初心  阅读(999)  评论(0)  编辑  收藏  举报