C++迭代器失效

迭代器失效

你想握住的，可能已经散了

迭代器没报错，不代表还能用

在C++中，STL容器提供了一系列丰富的功能：从动态数组vector、链表list、到序列容器set/map等。

正因为底层实现不同，导致在插入、删除、扩容、排序等操作，可能有以下行为：

• 迭代器失效
• 悬挂指针/引用

所以，本文会细节剖析迭代器失效的问题

什么是迭代器失效

迭代器：是C++中算法和容器之间的桥梁，主要目的是为了提供一种类指针的工具来操作容器。

迭代器、指针、引用，在STL中本质是指向容器元素的句柄。

vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};

// it就是一个迭代器，指向vector的第一个元素
auto it = nums.begin(); 
cout << *it << endl; // 输出1

但是，当容器内部结构变更的时候，如：

• 元素被删除/插入
• 容器进行扩容或者重排
• hash表的rehash
• 底层数据的迁移

这时候，句柄还可能被用户拿着，指向修改之前的内容，而继续操作这些原有的句柄，就会导致UB行为，最可能的情况就是段错误。

容器的迭代器的操作是否失效对比

容器	插入是否失效	删除	扩容
vector	插入的位置之后的迭代器全部失效	删除及其之后的全部失效	全部失效
deque	插入之前/后的迭代器失效	删除及其之前/后的全部失效	是
list	否	否(仅删除元素本身)	否
map/set	否	否仅删除元素本身)	否
unordered_set/map	是（可能造成rehash）	是	是，全部失效

常用操作带来的失效问题

满大街都是这种文章

vector：

• erase：略
• push_back：略，扩容/尾迭代器失效
• insert
  • 首先，和 push_back 一样，如果 vector 容量不够，insert会导致重新分配内存，所有迭代器就全军覆没了
  • 即使没有重新分配内存，insert也会让插入位置及其后面的所有元素向后挪位置，这会使这些位置的迭代器全部"串位"

list：略

deque：略

map/set：略

unordered_map/set：略

earse和remove

• remove只是重排，不是真正的删除元素（本质上是覆盖） + ease执行真正的删除逻辑

代码示例：

std::remove(v.begin(), v.end(), val);	// error
std::erase(std::remove(v.begin(), v.end(), val), v.end());	// ok

解决策略

方法一：返回值

> insert同erase >

实际上，erase之后，会返回下一次的迭代器，那么有：

for (auto it = v.begin(); it != v.end(); it ++ )
{
    if (check())
    {
        it = v.erase(it);
    }
}

// insert的返回值
vector<int> nums2 = {1, 2, 3, 4};
auto it2 = nums2.begin();
it2 = nums2.insert(it2 + 2, 100); // it2现在指向新插入的100
cout << *it2 << endl; // 输出100

方法二：逆序删除

vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> toRemove;

for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
    if (nums[i] == 3) {
        toRemove.push_back(i);
    }
}

// 从后往前删除（避免索引变化）
for (int i = toRemove.size() - 1; i >= 0; --i) {
    nums.erase(nums.begin() + toRemove[i]);
}

方法三：remove-erase

vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
// 一行代码删除所有偶数
nums.erase(remove_if(nums.begin(), nums.end(), 
    [](int x) { return x % 2 == 0; }),
    nums.end());

总结

操作	容器	策略
遍历中删除	所有容器	+ 使用it = erase(it); + erase(it ++ )
保存指针/引用/迭代器	vector，deque，map/set，unordered_map/set	注意扩容
插入	unordered_map，vector，deque	注意rehash，扩容
指针/引用/迭代器访问	map/set	安全
数据删除	所有容器	删除后不要访问原迭代器
insert_iterator	insert-safa容器

迭代器失效看起来很复杂，但只要记住几个简单的规则，就能轻松避开这个坑：

1. vector: 插入或删除元素后，该位置及其后面的迭代器都会失效；如果重新分配内存，所有迭代器都会失效。
2. list/forward_list: 只有被删除元素的迭代器会失效。
3. map/set/multimap/multiset: 只有被删除元素的迭代器会失效。
4. unordered_map/unordered_set: 插入操作可能导致所有迭代器失效（rehash）；删除操作只会导致被删除元素的迭代器失效。

后记

小心resize、insert和clear