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《C++ STL:vector类（下）》：攻克 C++ Vector 的迭代器失效陷阱：从源码层面详解原理与解决方案

news 2025/10/4 5:15:56

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一、vector底层

1.1 还在被冗长源码“劝退”？试试这款阅读神器Source Insight，让你效率翻倍

1.2 如何高效阅读源码？一套从“骨架”到“血肉”的实战方法

1.3 庖丁解牛：如何高效阅读一段源码？

1.3.2 注意

1.3.3 补充

1.4 攻克STL源码：构建你的系统性阅读路线图与方法论

二、告别vector：vector 迭代器失效问题

2.1 insert失效问题

2.1.1 insert

2.1.2 插入数据

2.2 指定位置元素的删除操作——erase失效问题

2.2.1 erase

2.2.2 删除所有的偶数

2.3 Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测不严格

2.3.1 扩容之后，迭代器已经失效了

2.3.2 erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效

2.3.3 erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end

2.3.4 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

本文代码完整展示

vector.h：

Test.c：

结尾

一、vector底层

1.1 还在被冗长源码“劝退”？试试这款阅读神器Source Insight，让你效率翻倍

链接：Source Insight

1.2 如何高效阅读源码？一套从“骨架”到“血肉”的实战方法

底层用到了再去学，用不到，看得懂功能就行

1.3 庖丁解牛：如何高效阅读一段源码？

源码还是太吃操作了，主包还是个小马喽，所以博主就简单带大家来看一段吧

这里就直接看迭代器：begin()、end()就可以了

1.3.2 注意

调内存池（没有初始化，只是开空间）

这里不是malloc、new出来的，没有初始化，只是开了个空间，所以如果直接赋值会出问题

1.3.3 补充

1.4 攻克STL源码：构建你的系统性阅读路线图与方法论

二、告别vector：vector 迭代器失效问题

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间

下面，我们会罗列一些对于vector可能会导致其迭代器失效的操作

我们先写好这个框架

namespace bit
{void Print(const vector<int>& v){for (auto e : v){cout << e <<' ';}cout << endl;for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << ' ';}cout << endl;}void test_vector1(){bit::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}
}

2.1 insert失效问题

2.1.1 insert

会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、
assign、push_back等

//会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };auto it = v.begin();// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容// v.resize(100, 8);// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变// v.reserve(100);// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放// v.insert(v.begin(), 0);// v.push_back(8);// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变v.assign(100, 8);/*出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新赋值即可。*/while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

2.1.2 插入数据

	void test_vector2(){bit::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);Print(v);v.insert(v.begin(), 0);Print(v);auto it = v.begin() + 3;//insert以后it是否失效？it失效，也就意味着insert以后，it失效，it就不能在使用了v.insert(it, 30);Print(v);}

2.2 指定位置元素的删除操作——erase失效问题

2.2.1 erase

//指定位置元素的删除操作--erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main()
{int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。v.erase(pos);cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问return 0;
}

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end 的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？

//以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0;
}int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else++it;}return 0;
}

2.2.2 删除所有的偶数

void test_vector3()
{bit::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);Print(v);v.erase(v.begin());Print(v);auto it = v.begin() + 2;//insert以后it是否失效？ 失效，不能访问，访问结果未定义v.erase(it);Print(v);
}

我们的解决方案就是：重置 + 更新

void test_vector4()
{bit::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);//Print(v);//删除所有偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}else{++it;}}for (auto e : v){cout << e <<  ' ';}cout << endl;
}

2.3 Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测不严格

注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端

2.3.1 扩容之后，迭代器已经失效了

扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了

// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;auto it = v.begin();cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效    v.reserve(100);cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：

//程序输出：
1 2 3 4 5
//扩容之前，vector的容量为: 5
//扩容之后，vector的容量为 : 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5

2.3.2 erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效

因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it 的位置还是有效的

// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);v.erase(it);cout << *it << endl;while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：

4
4 5

2.3.3 erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end

此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃

// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}for (auto e : v)cout << e << " ";cout << endl;return 0;
}

运行结果：

========================================================
// 使用第一组数据时，程序可以运行
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out
1 3 5
======================================================== =
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ vim testVector.cpp
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out
Segmentation fault

2.3.4 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

#include <string>
void TestString()
{string s("hello");auto it = s.begin();// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃//s.resize(20, '!');while (it != s.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;it = s.begin();while (it != s.end()){it = s.erase(it);// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后// it位置的迭代器就失效了// s.erase(it);  ++it;}
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

本文代码完整展示

vector.h：

#pragma once#include<assert.h>namespace jqj
{template<class T>class vector{public:/*typedef T* iterator;*/using iterator = T*;using const_iterator = const T*;//using这里是复用了展开命名空间的关键词，关键词复用在C++很常见//迭代器iterator begin(){return _start;}//迭代器iterator end(){return _finish;}//const修饰的情况const_iterator begin() const{return _start;}//const修饰的情况const_iterator end() const{return _finish;}//构造vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storqge(nullptr){ }//析构~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storge = nullptr;}}//boolbool empty() const{return _start == _finish;}//扩容void reserve(size_t n){if (n > capacity())//这里是调用capacity的函数{size_t sz = size();//记录size的值T* tmp = new T[n];if (_start){memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;//这里加size会出问题_end_of_storqge = _start + n;}}//容量size_t capacity() const{return _end_of_storge - _start;}//有效长度size_t size() const{return _finish - _start;}T& operator[](size_t i){assert(i < size());return _start[i];}const T& operator[](size_t i) const{assert(i < size());return _start[i];}void push_back(const T& x){if (_finish == _end_of_storge){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);//扩两倍}*_finish = x;++_finish;}void pop_back(){assert(!empty());//判空--_finish;}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}//如果是malloc，这里就不能这么写了*pos = x;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};
}

Test.c：

#include"vector.h"namespace jqj
{void Print(const vector<int>& v){//范围forfor (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;//for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)//{//	//v[0]++;//不行//	cout << v[i] << " ";//}//cout << endl;}void Test_vector1(){jqj::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v.push_back(5);v[0]++;Print(v);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}//insert迭代器失效void Test_vector2(){jqj::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//v.push_back(5);Print(v);v.insert(v.begin(), 0);Print(v);auto it = v.begin() + 3;//第4个位置//insert以后，it是否失效？//it失效了，也就意味着，insert以后，it失效了，it就不能使用了v.insert(it, 30);Print(v);}//erase迭代器失效void Test_vector3(){jqj::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);Print(v);v.erase(v.begin());Print(v);auto it = v.begin() + 2;//it是否失效？失效，不能访问，访问结果未定义v.erase(it);Print(v);}void Test_vector4(){jqj::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);//Print(v);//不能用Printfor (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;////删除所有的偶数//auto it = v.begin();//while (it != v.end())//{//	if (*it % 2 == 0)//	{//		v.erase(it);//	}//	++it;//}auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);//重置更新}else{++it;}}for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}
}int main()
{//jqj::Test_vector1();//jqj::Test_vector2();//jqj::Test_vector3();jqj::Test_vector4();return 0;
}