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531-C++迭代器失效问题及解决方法

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我是靠谱客的博主 优雅心锁，最近开发中收集的这篇文章主要介绍531-C++迭代器失效问题及解决方法，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

初步在自定义vector类中实现迭代器

迭代器示意图：
在这里插入图片描述
为什么方式都是一样？ 因为迭代器遍历完当前元素跳到下一个元素，底层数据结构的具体的遍历方式都封装在这个迭代器的++运算符函数了。
所以，作为使用方，我们不需要知道底层的数据结构原理。
我们只知道底层数据元素的遍历都封装在++运算符重载函数里面。

在这里插入图片描述

迭代器一般实现成容器的嵌套类型
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
只有容器底层数据结构内存是连续的，才提供[]运算符的重载
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
对于vector来说，我们可以通过[]运算符重载函数遍历访问容器，也可以定义迭代器访问容器，也可以使用for_each访问容器

迭代器失效问题

场景1
如果只删除容器中第一个偶数
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
进程返回为0，没有问题。

如果是把容器中所有的偶数都删除
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
进程运行出现了意外的中止，不可预期的错误。
进程不是正常结束运行
在这里插入图片描述
迭代器失效了，再进行++it就有问题了，是非法操作

场景2
如果只增加元素1次
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
进程是正常的结束。

如果把break去掉。需要添加元素多次。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
进程意外中止
在这里插入图片描述
对失效的迭代器加加，就是非法的操作了。

我们分析一下
当我们使用迭代器从首元素开始遍历的时候，遇到一个偶数88，要进行删除操作。
在这里插入图片描述
把it指向的元素删除掉，当我们把88删除以后，删除点到容器末尾的位置的所有生成的迭代器就都失效了，也就是删除元素的迭代器本身，和后边有生成的迭代器都失效了，再使用就都出现错误了。
在这里插入图片描述
增加元素的情况也是一样的。
删除点或者增加点之前的迭代器都是好的，删除点或者增加点的迭代器及之后的迭代器都是失效的。
在这里插入图片描述
增加元素还有一种情况：扩容了，就是在其他地方重新开辟内存，相当于原来的容器底层上保持的迭代器就全部都失效了，因为vector底层是数组，vector的迭代器就是指针，原来的迭代器指向的是原来的数组内存空间，肯定完全失效了。

迭代器为什么会失效？

a：当容器调用erase方法后，当前位置到容器末尾元素的所有的迭代器全部失效了
b：当容器调用insert方法后，当前位置到容器末尾元素的所有的迭代器全部失效了
在这里插入图片描述

c：对于insert插入来说，如果引起容器内存扩容，那么原来容器的所有的迭代器就全部失效了
在这里插入图片描述
d：不同容器的迭代器是不能进行比较运算的

迭代器失效了以后，问题该怎么解决？

对插入/删除点的迭代器进行更新操作

我们发现：erase和insert都会返回一个新的迭代器。给当前位置插入元素或者删除元素，当前元素的后边元素都会发生移动，指向当前元素的迭代器就失效了。
当我们增加或者删除操作，会把操作完的当前位置的新的迭代器返回。
（生成当前位置的合法的迭代器并返回）
我们用it去接收返回的更新的迭代器。
我们删除了元素以后，后边的元素都会前移，所以it就不要++了。

//把vec容器中所有的偶数全部删除
auto it = vec.begin();
while (it != vec.end())
{
	if (*it % 2 == 0)
	{
		it = vec.erase(it);//更新删除当前元素的位置的迭代器
	}
	else
	{
		++it;
	}
}

我们现在来解决插入元素的问题
插入一个元素，就把原当前位置的元素都后移了。
所以我们的it还要再多执行1次++了。

//给vec容器中所有的偶数前面添加一个小于偶数值1的数字
auto it = vec.begin();
for (; it != vec.end(); ++it)
{
	if (*it % 2 == 0)
	{
		it = vec.insert(it, *it - 1);
		++it;
	}
}

总笔记代码

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> vec;
	for (int i = 0; i < 20; ++i)
	{
		vec.push_back(rand() % 100 + 1);
	}

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;

#if 0
	//给vec容器中所有的偶数前面添加一个小于偶数值1的数字
	auto it = vec.begin();
	for (; it != vec.end(); ++it)
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = vec.insert(it, *it-1);
			++it;
		}
	}
#endif

#if 0
	//把vec容器中所有的偶数全部删除
	auto it = vec.begin();
	while (it != vec.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			//迭代器失效的问题，第一次调用erase以后，迭代器it就失效了
			it = vec.erase(it); // insert(it, val)   erase(it)
			//break;  迭代器失效了，再进行++it就有问题了，是非法操作 
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}
#endif

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}
#endif

完善vector类的迭代器代码

迭代器的构造函数：
在这里插入图片描述
构造完生成1个节点
在这里插入图片描述
构造函数的内容相当于头插法

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
形成链表，记录用户从容器中获取的是哪个元素的迭代器
迭代器的成员：
在这里插入图片描述

#include <iostream>
using namespace std;


//定义容器的空间配置器，和C++标准库的allocator实现一样
template<typename T>
struct Allocator
{
	T* allocate(size_t size)//负责内存开辟
	{
		return (T*)malloc(sizeof(T) * size);
	}
	void deallocate(void *p)//负责内存释放
	{
		free(p);
	}
	void construct(T *p, const T &val)//负责对象构造
	{
		new (p) T(val);//定位new
	}
	void destroy(T *p)//负责对象析构
	{
		p->~T();// ~T()代表了T类型的析构函数
	}
};

/*
容器底层内存开辟，内存释放，对象构造和析构，都通过allocator空间配置器来实现
*/
template<typename T, typename Alloc = Allocator<T>>
class vector
{
public:
	vector(int size = 10)//构造函数 
	{
		//需要把内存开辟和对象构造分开处理
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		_last = _first;
		_end = _first + size;
	}
	~vector()//析构函数 
	{
		//析构容器有效的元素，然后释放_first指针指向的堆内存
		//delete[]_first;
		for (T *p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);//把_first指针指向的数组的有效元素进行析构操作
		}
		_allocator.deallocate(_first);//释放堆上的数组内存
		_first = _last = _end = nullptr;
	}
	vector(const vector<T> &rhs)//拷贝构造函数 
	{
		int size = rhs._end - rhs._first;
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		int len = rhs._last - rhs._first;
		for (int i = 0; i < len; ++i)
		{
			//_first[i] = rhs._first[i];
			_allocator.construct(_first + i, rhs._first[i]);
		}
		_last = _first + len;
		_end = _first + size;
	}
	vector<T>& operator=(const vector<T> &rhs)//重载赋值函数 
	{
		if (this == &rhs)
			return *this;

		//delete[]_first;
		for (T *p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);//把_first指针指向的数组的有效元素进行析构操作
		}
		_allocator.deallocate(_first);

		int size = rhs._end - rhs._first;
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		int len = rhs._last - rhs._first;
		for (int i = 0; i < len; ++i)
		{
			//_first[i] = rhs._first[i];
			_allocator.construct(_first + i, rhs._first[i]);
		}
		_last = _first + len;
		_end = _first + size;
		return *this;
	}
	void push_back(const T &val)//向容器末尾添加元素
	{
		if (full())
			expand();
		//*_last++ = val;   _last指针指向的内存构造一个值为val的对象
		_allocator.construct(_last, val);
		_last++;
	}
	void pop_back() // 从容器末尾删除元素
	{
		if (empty())
			return;
		//erase(it);  verify(it._ptr, _last);
		//insert(it, val); verify(it._ptr, _last);
		verify(_last - 1, _last);//检查指定范围的迭代器 
		//--_last; //不仅要把_last指针--，还需要析构删除的元素
		--_last;
		_allocator.destroy(_last);
	}
	T back()const//返回容器末尾的元素的值
	{
		return *(_last - 1);
	}
	bool full()const { return _last == _end; }
	bool empty()const { return _first == _last; }
	int size()const { return _last - _first; }
	T& operator[](int index) // vec[2]
	{ 
		if (index < 0 || index >= size())
		{
			throw "OutOfRangeException";
		}
		return _first[index]; 
	}

	//#1迭代器一般实现成容器的嵌套类型
	class iterator
	{
	public:
		friend class vector<T, Alloc>;
		iterator(vector<T, Alloc> *pvec=nullptr
			, T *ptr = nullptr)
			:_ptr(ptr), _pVec(pvec)
		{
			Iterator_Base *itb = 
				new Iterator_Base(this, _pVec->_head._next);
			_pVec->_head._next = itb;
		}
		bool operator!=(const iterator &it)const
		{
			//检查迭代器的有效性
			if (_pVec == nullptr || _pVec != it._pVec)//不同容器的迭代器不能进行比较 
			{
				throw "iterator incompatable!";
			}
			return _ptr != it._ptr;
		}
		void operator++()
		{
			//检查迭代器的有效性
			if (_pVec == nullptr)//创建的时候是不为空的 
			{
				throw "iterator invalid!";
			}
			_ptr++;
		}
		T& operator*() 
		{ 
			//检查迭代器的有效性
			if (_pVec == nullptr)
			{
				throw "iterator invalid!";
			}
			return *_ptr; 
		} 
		const T& operator*()const 
		{ 
			//检查迭代器的有效性
			if (_pVec == nullptr)
			{
				throw "iterator invalid!";
			}
			return *_ptr; 
		}
	private:
		T *_ptr;
		//当前迭代器迭代的是哪个容器对象
		vector<T, Alloc> *_pVec;
	};
	//需要给容器提供begin和end方法
	iterator begin() { return iterator(this, _first); }
	iterator end() { return iterator(this, _last); }

	//检查迭代器失效
	void verify(T *first, T *last)
	{
		Iterator_Base *pre = &this->_head;
		Iterator_Base *it = this->_head._next;
		while (it != nullptr)//遍历存储迭代器的链表 
		{
			if (it->_cur->_ptr > first && it->_cur->_ptr <= last)//在指定检查的范围检查，让这个范围里的迭代器失效 
			{
				//迭代器失效，把iterator持有的容器指针置nullptr
				it->_cur->_pVec = nullptr;
				//删除当前迭代器节点，继续判断后面的迭代器节点是否失效
				pre->_next = it->_next;
				delete it;
				it = pre->_next;
			}
			else
			{
				pre = it;
				it = it->_next;
			}
		}
	}

	//自定义vector容器insert方法的实现
	iterator insert(iterator it, const T &val)
	{
		/* 
		我们： 
		1.不考虑扩容 verify(_first - 1, _last);
		2.不考虑it._ptr的指针合法性
		*/
		verify(it._ptr - 1, _last);//检查这个范围的迭代器，让其失效 
		T *p = _last;//最后一个元素的后继位置 
		while (p > it._ptr)
		{
			_allocator.construct(p, *(p-1));//在当前位置p上构造*(p-1)的对象 
			_allocator.destroy(p - 1);//把p-1位置的对象析构掉 
			p--;//从后向前走 
		}
		_allocator.construct(p, val);
		_last++;
		return iterator(this, p);//返回p位置生成的新的迭代器 
	}

	//自定义vector容器erase方法的实现 
	iterator erase(iterator it)
	{
		verify(it._ptr - 1, _last);
		//检查这个范围的迭代器，让其失效 -1是为了让当前传入的这个迭代器也失效 
		T *p = it._ptr;
		while (p < _last-1)//删除元素，元素的后边位置都要前移 
		{
			_allocator.destroy(p);//析构当前p位置的元素 
			_allocator.construct(p, *(p + 1));//在当前p位置上构建后一个位置上的元素 
			p++;//后移 
		}
		_allocator.destroy(p);
		_last--;
		return iterator(this, it._ptr);
	}

private:
	T *_first;//指向数组起始的位置
	T *_last;//指向数组中有效元素的后继位置
	T *_end;//指向数组空间的后继位置
	Alloc _allocator; // 定义容器的空间配置器对象

	//容器迭代器失效增加代码
	struct Iterator_Base
	{
		Iterator_Base(iterator *c=nullptr, Iterator_Base *n=nullptr)
			:_cur(c), _next(n) {}
		iterator *_cur;//指向某个迭代器的指针 
		Iterator_Base *_next;//next指针，保存地址 
	};
	Iterator_Base _head;//头结点，形成链表，记录用户从容器中获取的是哪个元素的迭代器 

	void expand()//容器的二倍扩容
	{
		int size = _end - _first;
		//T *ptmp = new T[2 * size];
		T *ptmp = _allocator.allocate(2 * size);
		for (int i = 0; i < size; ++i)
		{
			//ptmp[i] = _first[i];
			_allocator.construct(ptmp + i, _first[i]);
		}
		//delete[]_first;
		for (T *p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);
		}
		_allocator.deallocate(_first);
		_first = ptmp;
		_last = _first + size;
		_end = _first + 2 * size;
	}
};

int main()
{
	vector<int> vec(200);
	for (int i = 0; i < 20 ; ++i)
	{
		vec.push_back(rand() % 100 + 1);
	}

	auto it = vec.begin();
	while (it != vec.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			//迭代器失效的问题，第一次调用erase以后，迭代器it就失效了
			it = vec.erase(it);//insert(it, val)   erase(it)
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;



#if 0
	auto it1 = vec.end();
	vec.pop_back();//verify(_last-1, _last)
	auto it2 = vec.end();
	cout << (it1 != it2) << endl;


	int size = vec.size();
	for (int i = 0; i < size; ++i)
	{
		cout << vec[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	auto it = vec.begin();
	for (; it != vec.end(); ++it)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//foreach
	for (int val : vec)//其底层原理，就是通过容器的迭代器来实现容器遍历的
	{
		cout << val << " ";
	}
	cout << endl;
#endif
	return 0;
}
#endif

最后

以上就是优雅心锁为你收集整理的531-C++迭代器失效问题及解决方法的全部内容，希望文章能够帮你解决531-C++迭代器失效问题及解决方法所遇到的程序开发问题。

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