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C++初阶-迭代器失效和vector::insert函数的最终实现

news 来源：原创 2025/7/14 15:48:58

1.vector::insert函数

1.1问题分析

1.2vector::insert函数的最终实现

1.3vector::insert函数的分析

2.第二种迭代器失效

3.第三种迭代器失效

4.迭代器失效deepseek的回答

1. 迭代器失效的原因

2. 不同容器的迭代器失效情况

（1）std::vector

（2）std::deque

（3）std::list / std::forward_list

（4）std::map / std::set（及 unordered_ 版本）

3. 如何避免迭代器失效？

（1）更新迭代器

（2）使用索引替代迭代器

（3）先收集再删除

（4）谨慎使用 reserve / rehash

4. 总结

5.总结

1.vector::insert函数

我们测试一下这个函数：

void func(const td::vector<int>& v)
{for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;
}
void test()
{vector<int> v1; v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);func(v1);v1.insert(v1.begin(), 10);func(v1);v1.erase(v1.begin() + 3);func(v1);
}

那么运行结果为：

如果我们把代码改为如下形式：

void test()
{vector<int> v1; v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);func(v1);v1.insert(v1.begin(), 10);func(v1);v1.erase(v1.begin() + 3);func(v1);
}

则运行结果为：

也就是说insert函数是一定有问题的，这个需要我们调试分析一下代码：

1.1问题分析

我们发现在经过这个reserve后_start地址改变了，而这个pos地址不变，也就是说pos指向旧空间，但reserve函数在调用时会释放旧空间，it是_finish-1，而pos还是旧空间，在循环时一直判断it>=pos，那么就不会结束，会造成越界。

这种情况就是迭代器失效，pos指向旧空间，但扩容导致迭代器失效，本质上就是野指针了。

所以我们应该这样写：

1.2vector::insert函数的最终实现

//insert函数的实现2
void insert(iterator pos, const T& x)
{//判断是否合法assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//判满if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator it = _finish - 1;//移动数据while (it >= pos){*(it + 1) = *it;--it;}*pos = x;++_finish;
}

1.3vector::insert函数的分析

这是一个比较浅的迭代器失效的问题，但是这里也提醒我们了一个很重要的点：需要注意函数调用后可能会导致迭代器失效的问题。

2.第二种迭代器失效

我们看如下代码：

void test()
{vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);int i;cin >> i;auto it = v1.begin() + 1;v1.insert(it, 10);cout << *it << endl;
}

那么运行结果为：

不管我们输入0-3中的任意数字，最终打印结果一定不是最终值，这是因为再进行插入，那么最终会导致扩容，而扩容导致原地址失效，导致it为野指针，这个it的类型可以写为：td::vector<int>::iterator，所以导致了打印结果不正确。且insert是否扩容是不确定的，无法判断是否有迭代器失效。

那如果我们把insert改为如下定义：

void insert(iterator& pos, const T& x)
{//判断是否合法assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//判满if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator it = _finish - 1;//移动数据while (it >= pos){*(it + 1) = *it;--it;}*pos = x;++_finish;
}

也就是说我们把第一个形参改为引用，这样就可以了吗？

用如下函数测试：

void test()
{vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);int i;cin >> i;auto it = v1.begin() + 1;//不行v1.insert(it + 1, 10);//不行v1.insert(v1.begin(), 10);cout << *it << endl;
}

那么会有两个报错：

所以我们不能这样写！

所以我们最终解决办法就只能是再创建一个迭代器，否则很容易出错！

3.第三种迭代器失效

int main()
{std::vector<int>v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);auto it = v1.begin();while (it != v1.end()){if (*it % 2 == 0){v1.erase(it);}++it;}for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

那么运行结果为：

首先声明一下：这里的是库里面的函数，而且如果测试都是没有其他问题的，但是如果你打印也会有问题。

为什么用erase也会失效？

首先我们若遇到偶数，判断出2为偶数，但是v1会直接跳过3的位置去判断下一个位置了，所以会导致结果不准确，然后最终非法访问？

那么我们改代码为如下形式：

int main()
{std::vector<int>v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);auto it = v1.begin();while (it != v1.end()){if (*it % 2 == 0){v1.erase(it);}else{++it;}}for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

为什么还是会有问题（这个取决于编译器，在g++下是运行正确的）？

这个取决于编译器，VS会认为erase、insert后的迭代器是失效的。可以任务迭代器有个标记，在经过这些过程后会改变标记，因为这是一个更加严格的检查！而在不同的编译器可能运行结果是不同的，所以我们在之后的学习中要把一段程序在多个编译器运行，保证它在每个编译器都能运行！

但是也要注意：erase在多数编译器中会只挪动数据，但有些编译器可能为了节省空间而缩容，所以单单erase也可能导致野指针！

结论：erase（it）以后，不同平台实现有差异，但是我们统一认为it失效了！我们在用完了一个后需要进行迭代器的更新！

4.迭代器失效deepseek的回答

通过deepseek我们可以更加深入的了解迭代器失效的问题，也方便了我们之后避免此类问题。以下是deepseek的搜索结果：

在 C++ 中，迭代器（iterator） 是指向容器（如 vector、list、map 等）元素的抽象指针。但某些操作会导致迭代器失效（invalidated），即它不再指向有效的元素，继续使用会导致未定义行为（UB），如程序崩溃或数据错误。

1. 迭代器失效的原因

迭代器失效通常发生在容器结构被修改时，例如：

插入元素（insert, push_back, emplace 等）
删除元素（erase, pop_back, clear 等）
容器扩容（如 vector 的 reserve 或自动增长）

失效的根本原因是：

内存重新分配（如 vector 扩容，旧迭代器指向被释放的内存）
元素位置移动（如 vector 插入/删除导致后续元素位移）
数据结构变化（如 unordered_map 的 rehash）

2. 不同容器的迭代器失效情况

不同容器对迭代器失效的敏感程度不同：

（1）`std::vector`

操作	迭代器失效情况
`push_back` / `emplace_back`	可能失效（如果触发扩容，所有迭代器失效；否则仅 `end()` 失效）
`insert` / `emplace`	可能失效（插入点及之后的迭代器失效，如果扩容则全部失效）
`erase`	被删元素及之后的迭代器失效
`pop_back`	仅 `end()` 失效
`clear` / `resize`	所有迭代器失效
`reserve`	不影响现有迭代器（除非 `capacity` 改变）

示例：

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin() + 1; // 指向 2
v.push_back(4);          // 可能扩容，it 失效！
// std::cout << *it;     // 未定义行为（UB）！

（2）`std::deque`

操作	迭代器失效情况
`push_back` / `push_front`	通常不影响现有迭代器（除非重新分配）
`insert` / `emplace`	所有迭代器失效
`erase`	被删元素及之后的迭代器失效
`pop_back` / `pop_front`	仅被删元素的迭代器失效
`clear`	所有迭代器失效

特点：

deque 是分段连续存储，头尾插入通常不影响中间迭代器。
但 insert 可能导致所有迭代器失效（因为可能重新分配）。

（3）`std::list` / `std::forward_list`

操作	迭代器失效情况
`push_back` / `push_front`	不影响现有迭代器
`insert` / `emplace`	不影响其他迭代器
`erase`	仅被删元素的迭代器失效
`pop_back` / `pop_front`	仅被删元素的迭代器失效
`clear`	所有迭代器失效

特点：

list 是双向链表，forward_list 是单向链表。
插入/删除只影响当前节点，其他迭代器仍然有效。

示例：

std::list<int> l = {1, 2, 3};
auto it = ++l.begin(); // 指向 2
l.erase(it);           // it 失效，但其他迭代器仍然有效

（4）`std::map` / `std::set`（及 `unordered_` 版本）

操作	迭代器失效情况
`insert` / `emplace`	不影响现有迭代器
`erase`	仅被删元素的迭代器失效
`clear`	所有迭代器失效

特点：

基于红黑树（map/set）或哈希表（unordered_map/unordered_set）。
插入/删除通常不影响其他迭代器（除非 rehash，如 unordered_map 扩容）。

unordered_map 的 rehash 问题：

std::unordered_map<int, int> m;
auto it = m.begin();
m.reserve(1000); // 可能触发 rehash，it 失效！
// std::cout << it->first; // UB！

3. 如何避免迭代器失效？

（1）更新迭代器

某些操作（如 erase）会返回新的有效迭代器：

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin() + 1;
it = v.erase(it); // it 现在指向 3（原 2 被删）

（2）使用索引替代迭代器

vector 可以用 [] 或 at() 访问：

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
size_t idx = 1;
v.erase(v.begin() + idx); // 用索引计算新迭代器

（3）先收集再删除

避免在循环中直接删除：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> to_remove = {2, 4};
for (auto val : to_remove) {v.erase(std::remove(v.begin(), v.end(), val), v.end());
}

（4）谨慎使用 `reserve` / `rehash`

vector / unordered_map 扩容会导致所有迭代器失效：

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();
v.reserve(100); // 可能扩容，it 失效！

4. 总结

容器	插入操作	删除操作	扩容/rehash
`vector`	可能失效	可能失效	全部失效
`deque`	通常安全	部分失效	可能失效
`list`	安全	仅当前失效	不适用
`map/set`	安全	仅当前失效	不适用
`unordered_map`	安全	仅当前失效	全部失效（rehash）

最佳实践：

vector：小心 push_back / insert / erase，尽量用索引。
list / map：插入/删除较安全，但 erase 后别用旧迭代器。
unordered_map：注意 reserve / rehash 导致失效。

理解迭代器失效机制，能避免很多隐藏的 UB（未定义行为）问题！

5.总结

这讲内容比较简单，但是还是说明我们也需要进行判断自己的迭代器是否会失效，这也是比较重要的知识。

下节将继续讲解vector的模拟实现的内容。好了，这讲结束了，喜欢的可以一键三连哦！下节再见！

C++初阶-迭代器失效和vector::insert函数的最终实现

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编程日记 2025/7/10 16:17:17

Java转Go日记（四十二）：错误处理

1.1.1. 错误处理执行任何操作后，如果发生任何错误，GORM将其设置为*DB的Error字段 if err : db.Where("name ?", "jinzhu").First(&user).Error; err ! nil {// 错误处理...}// 如果有多个错误发生，用GetErrors获…...

编程日记 2025/7/13 1:33:48

考研系列-408真题计算机组成原理篇（2020-2023）

写在前面此文章是本人在备考过程中408真题计算机组成原理部分（2020年-2023年）的易错题及相应的知识点整理，后期复习也常常用到，对于知识提炼归纳理解起到了很大的作用，分享出来希望帮助到大家~ # 2020年 1.机器字长相关指令字长和机器字长没有明确的关系，但是一般来说…...

编程日记 2025/7/3 5:19:38

经典面试题：TCP 三次握手、四次挥手详解

在网络通信的复杂架构里，“三次握手”与“四次挥手”仿若一座无形的桥梁，它们是连接客户端与服务器的关键纽带。这座“桥梁”不仅确保了连接的稳固建立，还保障了连接的有序结束，使得网络世界中的信息能够顺畅、准确地流动。在面…...

编程日记 2025/7/8 19:21:14

Raft算法学习（1）博士论文大纲

参考资料原文一共257页，其中前六章为算法重点介绍，第七章有点像A/B TEST 论文标题： 共识：连接理论与实践 (CONSENSUS: BRIDGING THEORY AND PRACTICE) 作者： Diego Ongaro 日期： 2014年8月机构&#xff…...

编程日记 2025/7/14 14:55:12

PDF处理控件Aspose.PDF教程：以编程方式将 PDF 导出为 JPG

在本节中，我们将探讨如何使用 Aspose.PDF 库将 PDF 文档转换为 JPG 图像。Aspose.PDF 是一个功能强大且用途广泛的库，专为需要以编程方式处理 PDF 文件的开发人员而设计。它提供了丰富的功能，可用于跨多个平台创建、编辑和转换 PDF 文档。其主…...

编程日记 2025/6/28 23:12:58

记录一下flutter项目自己封窗的弹窗

在评委项目开发中我使用到的弹窗dialog与modal sheet底部弹出组件，我对其进行了基础的封装，以适用于本项目，代码如下： class JudgeDialog {// 内容边距static EdgeInsetsGeometry _contentPadding(String? content) {return c…...

编程日记 2025/7/9 14:11:20

计算机网络基础概念

网络通信的本质就是进程间通信。我们日常使用的聊天软件、在线视频软件等，事实上都是本机客户端进程与远地服务端进程之间进行网络通信所实现的。我们与朋友进行远程聊天，本质上是从本地客户端将聊天内容发送给服务端，再由服务端转发给目标客…...

编程日记 2025/7/13 17:37:23

【原创】ubuntu22.04下载编译AOSP 15

repo init -u http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/AOSP/platform/manifest -b master source build/envsetup.sh lunch aosp_cf_x86_64_phone-trunk_staging-userdebug find ./ -name “index.lock” -exec rm -f {} ; find ./ -name “index.lock” -exec rm -i {} ;…...

编程日记 2025/7/13 6:02:39

1.vector::insert函数

1.1问题分析

1.2vector::insert函数的最终实现

1.3vector::insert函数的分析

2.第二种迭代器失效

3.第三种迭代器失效

4.迭代器失效deepseek的回答

1. 迭代器失效的原因

2. 不同容器的迭代器失效情况

（1）std::vector

（2）std::deque

（3）std::list / std::forward_list

（4）std::map / std::set（及 unordered_ 版本）

3. 如何避免迭代器失效？

（1）更新迭代器

（2）使用索引替代迭代器

（3）先收集再删除

（4）谨慎使用 reserve / rehash

4. 总结

5.总结

相关文章：

（1）`std::vector`

（2）`std::deque`

（3）`std::list` / `std::forward_list`

（4）`std::map` / `std::set`（及 `unordered_` 版本）

（4）谨慎使用 `reserve` / `rehash`