【C++】浅谈 vector 迭代器失效深拷贝问题

前言

一、底层空间改变

【错误版本1】

🌟【解答】正确版本

【错误版本2】

🌟【解答】正确版本

二、指定位置元素的删除操作--erase

【错误版本1】

🌟【解答】

【错误版本2】

🌟【解答】

三、深拷贝问题

前言

迭代器在遍历访问的时候非常好用，但是可能会出现迭代器失效的问题。

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，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

一、底层空间改变

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。

【错误版本1】

insert 头插和在指定位置插入，发现都可以插入成功。但是当 insert 需要扩容时，会发现出现随机值，这也就是迭代器失效。

🌟【解答】正确版本

出错原因：因为当需要扩容时，是异地扩容，然后拷贝数据，将原空间释放，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。pos 变成了野指针。因此我们需要更新pos的位置。计算扩容之前 pos 和 _start 之间的距离，在扩容之后计算出新的pos的位置。

【错误版本2】

当我们更新了 pos 的位置之后，但是不能对 pos 的值进行修改。

🌟【解答】正确版本

这里的迭代器失效的原因还是因为原空间被销毁，pos位置变成野指针了。要注意虽然我们已经完善了内部迭代器失效，但因为这里是传值传参，形参的改变不会影响实参，虽然形参的迭代器不会失效，但是实参还是会失效的。通过返回值，返回 pos ，返回新插入元素迭代器的位置。

二、指定位置元素的删除操作--erase

【错误版本1】

判断 pos 位置的合理性，然后将 pos 后的数据往前覆盖，挪动完成之后将_finish往前移一位。

但当删除的是最后一个数据时，迭代器会失效。

🌟【解答】

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会进行强制检查，认为该位置迭代器失效了。

【错误版本2】

当我们需要删除偶数时，vs会报错，实际上就是迭代器失效。

🌟【解答】

当识别到需要删除的数据时，erase 之后会覆盖数据，it 往后移。这样下一个数据就不会被判断。

解决方法就是利用返回值，将 erase 删除位置的下一个元素的位置返回回去，这样it就会更新成被删除元素的的下一个位置。

【注意】string 也会出现迭代器，但是在string类中使用 insert 和 erase 时会使用下标，避免迭代器失效的问题。

三、深拷贝问题

如果不写拷贝构造函数，直接调用默认拷贝构造。

当我们调用默认拷贝构造时，就会形成浅拷贝，程序就会崩溃。

因为 _start 会指向同一块空间，析构会析构两次，而且一个的修改还会影响另一个。

【因此我们需要自己使用深拷贝构造函数，在异地开辟一块空间，然后将数据拷贝过来。】

利用memcpy函数将数据按照字节的方式将 _start 指向的数据一个一个拷贝到 this 指向的空间里，此时就可以成功拷贝。但是当 vector<string> 类型的数据扩容时，会有隐藏的深拷贝。
因为此时拷贝的数据是 vector<int> 类型的，即内置类型，内置类型使用memcpy按照字节的方式拷贝是没有问题的。
但 string 类是自定义类型的，使用 memcpy 就不能拷贝成功了。

因为虽然在异地开辟了空间，但是 string 类是自定义类型，_str还是会指向同一块空间，在 v1 中的 string 类析构之后，v2 也需要析构，同一块空间被析构了两次。

所以在拷贝自定义类型的数据时，我们不能使用 memcpy ，可以使用赋值，string 类的赋值就是在异地开辟一块空间，再将数据拷贝过去。

我们会发现在 reserve 里也使用了 memcpy ，在拷贝自定义类型时遇到扩容也会导致程序崩溃。

四、全部代码

namespace zhou
{//这里的vector实现需要使用模板，因为vector就是用模板实例化出各种类型的vector；template<class T>class vector{public://迭代器是一种新型类型，需要自己定义；typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector():_start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){}vector(size_t n, const T& val = T()):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}//vector<int> v(10, 5); 如果调用  n是无符号，T 是 int，会发生类型转换// 编译器就会自动调用模板构造函数，int类型不能解引用，就报错了//类模板的成员函数使用模板，就可以不限制类型template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());//一个一个赋值for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endOfStorage = _start + v.capacity();}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}size_t capacity() const{return _endOfStorage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){//new 不需要检查是否为空，因为如果为空，直接抛异常T* tmp = new T[n];size_t sz = size();if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());for (size_t i = 0; i < sz; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endOfStorage = _start + n;}}iterator insert(iterator pos, const T& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);// 扩容后更新pos，解决pos失效的问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = val;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator start = pos + 1;while (start != _finish){*(start - 1) = *start;++start;}--_finish;return pos;}void push_back(const T& x){if (_finish == _endOfStorage){//错误代码//reserve(capacity() * 2);//正确代码reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;_finish++;}bool empty(){return _start == _finish;}void pop_back(){assert(!empty());_finish--;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){//删除数据_finish = _start + n;}else{if (n > capacity()){reserve(n);}while (_finish != _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}~vector(){if (_start){delete[]_start;_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;}}//成员变量三个迭代器private:iterator _start;		// 指向数据块的开始iterator _finish;		// 指向有效数据的尾iterator _endOfStorage;  // 指向存储容量的尾};void func(const vector<int>& v){for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << " ";}cout << endl;/*vector<int>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl << endl;*/}void test_vector1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);func(v);for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto ch : v){cout << ch << " ";}}void test_vector2(){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);//头插v1.insert(v1.begin(), 0);func(v1);//在pos前插入auto pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);if (pos != v1.end()){v1.insert(pos, 30);}func(v1);}void test_vector3(){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);//在pos前插入auto pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);if (pos != v1.end()){v1.insert(pos, 30);}func(v1);(*pos)++;func(v1);}void test_vector4(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);func(v1);auto pos = find(v1.begin(), v1.end(),3);if (pos != v1.end()){v1.erase(pos);}cout << (*pos) << endl;func(v1);}void test_vector5(){vector<int> v1;v1.push_back(10);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);func(v1);zhou::vector<int>::iterator it = v1.begin();while (it != v1.end()){if (*it % 2 == 0){it = v1.erase(it);//这里erase之后迭代器就失效了，同时偶数也无法正常删除。}else{++it;}}func(v1);}void test_vector6(){vector<int> v(10u, 5);//在数字后面加上u就是无符号整型func(v);}void test_vector7(){vector<int> v(10, 5);func(v);vector<int> v1(v);func(v);}void test_vector8(){vector<std::string> v1(3,"111111111111");for (auto ch : v1){cout << ch << " ";}vector<std::string> v2(v1);for (auto ch : v2){cout << ch << " ";}v2.push_back("22222222222");v2.push_back("22222222222");v2.push_back("22222222222");}
}