C++ STL容器迭代器失效

迭代器是封装了指针、重载了 -> 、* 、++等操作符的类模板，具有类似指针的行为。迭代器的设计是对数据结构的泛化，使不同容器具有相同的访问方式，让代码不必依赖于特定的数据结构。指针也可以狭义的理解为迭代器。

在C++中经常使用迭代器对STL容器进行操作，但很多同学没怎么关注过迭代器失效的问题。迭代器失效，指迭代器指向错误的元素或无效的内存地址。要理解迭代器失效，首先要知道为什么会造成迭代器失效。不同容器内部数据结构不一样，插入、删除容器中元素的操作会导致内部数据结构内存布局的改变，那么就可能引起迭代器失效。所以理解迭代器失效，首先要了解容器的内部数据结构、以及该容器存储新元素和删除旧元素时的内存状态。

容器类型

根据容器内部的数据结构，我们可以将容器简单分为：

标准STL序列容器：vector、string、dequeue、list
标准STL关联容器：set、multiset、map、multimap

迭代器失效原则

vector

内部数据结构：数组(一段连续内存空间)
插入操作：
1. 插入(push_back/insert)操作在vector中加入新的元素，但vector中元素总数仍不大于capacity，这时插入位置后的元素都被依次移动到下一个位置，所以插入位置之后的迭代器都会失效。
2. 插入(push_back/insert)操作在vector中加入新的元素，但vector中元素总数大于capacity，这个时候会重新开辟更大的内存空间，将原来的vector中的内容复制到新的vector中，回收原先vector的内存空间。由于新的vector的地址已完全改变，所以原先的所有迭代器都会失效。
删除操作：删除(pop_back/erase)操作在vector中删除元素，删除位置后的元素都被依次复制到前一个位置，所以删除位置之后的迭代器都会失效。

deque

内部数据结构：数组(多段连续内存空间，如图所示)

插入操作：
1. 插入操作向deque 两端 加入新元素时，如果这一端的分段数组未满，则直接加入，如果这一端的分段数组已满，只需创建新的分段数组，并把该分段数组的地址加入到索引数组中即可。无论哪种情况都不需要对已有元素进行移动，故不会引起迭代器失效。
2. 插入操作向deque 中间 加入新元素时，需要将插入点到某一端之间的所有元素向容器的这一端移动，因此会使所有迭代器失效。
删除操作：
1. 删除操作在deque 两端 删除元素时，由于不需要移动元素，故只会使指向被删除元素的迭代器失效。
2. 删除操作在deque 中间 删除元素时，需要将删除点到某一端之间的所有元素都向删除点移动，因此会使所有迭代器失效。

list

内部数据结构：双向环状链表
插入操作：插入操作会申请新的节点空间，然后加入到链表中，原来的迭代器指向的内存空间都未改变，故不会出现迭代器失效。
删除操作：删除操作只会引起被删除节点的迭代器失效。

set、map

内部数据结构：红黑树
插入操作：插入操作会申请新的节点空间，然后加入都红黑树中，原来的迭代器指向的内存空间都未改变，故不会出现迭代器失效。
删除操作：删除操作只会引起被删除节点的迭代器失效。