C++ STL 迭代器失效问题的剖析

STL中容器分为顺序容器和关联容器，顺序容器有：vector、deque、list；关联容器有：set、map、multiset、multimap。

一、vector、deque、list容器

在vector、deque、list 中遍历删除某些元素时可以使用下面方式

（1）正确用法1

通过erase方法的返回值来获取下一个元素的位置。

std::vector<int> Vec;std::vector<int>::iterator itVec;for(itVec = Vec.begin(); itVec != Vec.end(); ){    if (WillDeleteCondition(*itVec))        itVec = Vec.erase(itVec);    else        itVec++;}

std::list<int> List;std::list<int>::iterator itList;for(itList = List.begin(); itList != List.end(); ){    if (WillDeleteCondition(*itList))        itList = List.erase(itList);    else        itList++;}

（2）对于list也可以使用下列方法

在调用erase方法之前先使用"++"来获取下一个元素的位置

std::list<int> List;std::list<int>::iterator itList;for(itList = List.begin(); itList != List.end(); ){    if (WillDeleteCondition(*itList))        List.erase(itList++);    else        itList++;}

（3）错误用法

在调用erase方法之后使用"++"来获取下一个元素的位置，由于在调用erase方法之后，该元素的位置已经被删除，如果再根据这个旧的位置来获取下一个位置，则会出现异常。

std::list<int> List;std::list<int>::iterator itList;for(itList = List.begin(); itList != List.end(); itList++){    if (WillDeleteCondition(*itList))        List.erase(itList);}

二、set、map容器

在set、map中遍历删除某些元素时可以使用下面方式

（1）正确写法A

std::map<int, int> Mapstd::map<int, int>::iterator itMapfor(itMap = Map.begin(); itMap != Map.end(); ){    if (WillDeleteCondition(itMap->second))        Map.erase(itMap++);    else        itMap++;}

三、剖析原因

C++标准中，顺序容器的erase函数会返回iterator，但关联容器的erase函数不返回iterator。

（1）对于顺序容器 vector、deque，删除当前的iterator会使后面所有元素的iterator都失效。这是因为vector、deque使用了连续分配的内存，删除一个元素导致后面所有的元素会向前移动一个位置。erase方法可以返回下一个有效的iterator。【即正确用法1】

（2）对于关联容器map、set、multimap、multiset，删除当前的iterator，仅仅会使当前的iterator失效，只要在erase时，递增当前iterator即可。这是因为map之类的容器，使用了红黑树来实现，插入、删除一个结点不会对其他结点造成影响。【即正确用法A】

（3）对于顺序容器list，erase方法可以返回下一个有效的iterator【即正确用法1】。由于list是一个链表，删除当前的iterator，仅仅会使当前的iterator失效，所以也可以在erase时，递增当前的iterator【即正确用法A】。

（4）erase函数返回被删除元素的下一个元素的迭代器。在STL中，不能以指针来看待迭代器，指针是与内存绑定的，而迭代器是与容器里的元素绑定的。

四、迭代器失效的情况

（1）vector

内部数据结构：数组

随机访问每个元素，所需要的时间为常量。

在末尾add/delete元素所需时间与元素数目无关，在开头或中间add/delete元素所需时间随元素数目呈线性变化。

可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。

add元素：所有元素的迭代器失效（内存重新分配时）（当把超过capacity()-size()个元素插入vector中时，内存会重新分配）

               当前元素以后的任何元素的迭代器失效（内存没有重新分配时）

delete元素：被删除元素以后的任何元素的迭代器都将失效

（2）deque

内部数据结构：数组

随机访问每个元素，所需要的时间为常量

在开头或末尾add/delete元素所需时间与元素数目无关，在中间add/delete元素所需时间随元素数目呈线性变化。

可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，不提供用于内存管理的成员函数。

add元素：迭代器失效

delete元素：迭代器失效（删除中间元素）

                    指向该元素的迭代器失效（删除头/尾元素）

（3）list

内部数据结构：双向环状链表

不能随机访问一个元素，可双向遍历。

在开头/中间/末尾add/delete元素所需时间都为常量

可动态增加或减少元素，内存管理自动完成。

add元素：不会使迭代器失效

delete元素：指向当前被删除元素的迭代器失效，其它迭代器都不会失效

（4）set

内部数据结构：红黑树

键和值相等，键唯一，元素默认按升序排列。

add元素：不会使迭代器失效

delete元素：指向当前被删除元素的迭代器失效，其它迭代器都不会失效

（5）map

内部数据结构：红黑树

键唯一，元素默认按键的升序排列。

add元素：不会使迭代器失效

delete元素：指向当前被删除元素的迭代器失效，其它迭代器都不会失效

五、实例

// iteratorInvalidateVector.cpp#include <iostream>#include <vector>typedef std::vector<int> Vector;typedef std::vector<int>::iterator VectorIt;void printLog(Vector vectOne){    VectorIt it;    for (it = vectOne.begin(); it != vectOne.end(); it++)    {        std::cout<< *it<<" ";    }    std::cout<<std::endl;}void deleteValue(Vector &vectOne, int n){    VectorIt it;    for (it = vectOne.begin(); it != vectOne.end(); )    {        if (0 == (*it % n))            it = vectOne.erase(it);        else            it++;    }}int main(){    Vector vectOne;    int i,j = 0;    for(i = 0; i < 21; i++)    {        j = i;        if (i == 3)            j = i+1;        vectOne.push_back(j);    }    printLog(vectOne);    deleteValue(vectOne, 2);    printLog(vectOne);    return 0;}

//iteratorInvalidateList.cpp#include <iostream>   #include <list>   typedef std::list<int> List;typedef std::list<int>::iterator ListIt;void printLog(List listOne){    ListIt it;    std::cout<<std::endl;    for (it = listOne.begin(); it != listOne.end(); it++)           std::cout << *it << " ";       std::cout << std::endl;}void deleteValue(List &listOne, int n){    ListIt it;    for (it = listOne.begin(); it != listOne.end(); )    {        if (0 == (*it % n))            //it = listOne.erase(it);            listOne.erase(it++);        else            it++;    }}int main()   {       List listOne;    int i, j = 0;    for(i = 0; i < 21; i++)    {        j = i;        if (i == 3)            j = i+1;        listOne.push_back(j);    }    printLog(listOne);    deleteValue(listOne, 2);    printLog(listOne);    return 0;} 

// iteratorInvalidateMap.cpp#include <iostream>#include <map>#include <vector>typedef std::map<int, int> Map;typedef std::map<int, int>::iterator MapIt;void printLog(Map m){    MapIt it;    for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)    {        std::cout<< it->second <<" ";    }    std::cout<<std::endl;}void deleteValue(Map &m, int n){    MapIt it;    for (it = m.begin(); it != m.end(); )    {        if (0 == (it->second % 2))        {            m.erase(it++);        }        else        {            it++;        }    }}void deleteValueOne(Map &m, int n){    MapIt it;    for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)    {        if (0 == (it->second % 2))            m.erase(it);    }}int main(){    Map m;    int i = 0;    for(i = 0; i < 21; i++)    {        m[i] = i;    }    m[3] = 4;    printLog(m);    deleteValue(m, 5);    printLog(m);    return 0;}

注意：在iteratorInvalidateMap.cpp 中如果使用函数deleteValueOne()，并不会造成crash，但没有得到正确的结果，得到的结果如下

0 1 2 4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 4 5 7 9 11 13 15 17 19 

因为（it指向2时）在执行m.erase(it)之后，it自动绑定到下一个元素（第一个4），此时又执行for循环中的it++（it指向第二个4），就跳过了map中的第一个4。