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C++ 迭代器失效详解：如何避免 vector 操作中的陷阱

news 2025/9/15 2:49:10

1. 什么是迭代器失效？

2. 哪些操作会导致迭代器失效？

2.1 vector 的插入操作（push_back, insert）

示例：push_back 导致迭代器失效

如何避免？

2.2 vector 的删除操作（erase, pop_back）

示例：erase 导致迭代器失效

如何正确删除？

3. 其他容器的迭代器失效情况

4. 总结

1. 什么是迭代器失效？

在 C++ 中，迭代器（iterator） 是一种类似指针的对象，用于遍历 STL 容器（如 vector、list、map 等）。
迭代器失效 是指在对容器进行某些操作（如插入、删除）后，原本有效的迭代器变得不可用，继续使用它会导致 未定义行为（Undefined Behavior, UB），如程序崩溃、数据错误等

2. 哪些操作会导致迭代器失效？

不同的容器有不同的迭代器失效规则，本文主要讨论 vector 的迭代器失效问题。

2.1 `vector` 的插入操作（`push_back`, `insert`）

当向 vector 插入元素时：

如果 size() == capacity()（容量已满）：
- vector 会重新分配更大的内存，并拷贝原有数据。
- 所有迭代器失效（包括 begin(), end() 等）。
如果 size() < capacity()（容量未满）：
- 插入点之前的迭代器仍然有效。
- 插入点及之后的迭代器失效（因为元素可能被移动）。

示例：`push_back` 导致迭代器失效

vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin(); // it 指向 1
v.push_back(4);      // 可能触发重新分配内存
cout << *it;         // ❌ 危险！it 可能失效

如何避免？

提前预留空间（reserve()）：

vector<int> v;
v.reserve(100);    // 预留 100 个元素的空间
auto it = v.begin();
v.push_back(1);    // 不会重新分配，it 仍然有效

使用索引代替迭代器（如果允许）。

2.2 `vector` 的删除操作（`erase`, `pop_back`）

当从 vector 删除元素时：

被删除元素的迭代器失效。
被删除元素之后的所有迭代器失效（因为后面的元素会向前移动）。
删除点之前的迭代器仍然有效。

示例：`erase` 导致迭代器失效

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin() + 2; // it 指向 3
v.erase(v.begin() + 1);  // 删除 2
cout << *it;             // ❌ 危险！it 已经失效（3 已经前移）

如何正确删除？

使用 erase 的返回值（返回下一个有效迭代器）：

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {if (*it % 2 == 0) {it = v.erase(it); // 删除并更新 it} else {it++;             // 否则正常递增}
}

反向遍历（避免迭代器失效）

for (auto it = v.rbegin(); it != v.rend(); ) {if (*it % 2 == 0) {it = vector<int>::reverse_iterator(v.erase(it.base() - 1));} else {it++;}
}

3. 其他容器的迭代器失效情况

容器	插入操作（`insert`）	删除操作（`erase`）
`vector`	可能失效（取决于容量）	被删除及后面的失效
`deque`	可能失效（首尾安全）	被删除及附近的失效
`list`	不会失效	仅被删除的失效
`map`/`set`	不会失效	仅被删除的失效